分组自动无功补偿在低压电网中的应用

摘要:根据各层配电照明箱的设置分组装设电容补偿的方式,较好地解决了集中和个别设置补偿造成的线路中,无功电流增大、相应配电线路截面及开关容量加大和补偿投资成本大、安装分散、后期维修量大、维修困难等问题。

关键词:配电网;分组;无功补偿;应用

1 引言

低压电网中的电压水平和有功功率损耗很大程度上取决于配电网中的无功功率产生和流向,所以高低压线路中的无功补偿装置如何配置对提高电压合格率和降低线损至关重要。由于电力负荷带有随机性,三相负荷特别是无功负荷并不总是平衡的。事实上,某一相负荷的功率因数接近1,而另一相的功率因数却很低的现象经常存在,这就使得三相共补的无功补偿装置无法充分发挥作用,所以,使用分相无功补偿装置是必要的。

2 分组自动补偿在配电系统中的配点选择

在民用建筑中大量使用的是单相负荷,照明、空调等由于负荷变化的随机性大,容易造成三相负载的严重不平衡,尤其是住宅楼在运行中三相不平衡更为严重。由于调节补偿无功功率的采样信号取自三相中的任意一相,造成未检测的两相要么过补偿,要么欠补偿。如果过补偿,则过补偿相的电压升高,造成控制、保护元件等用电设备因过电压而损坏;如果欠补偿,则补偿相的回路电流增大,线路及断路器等设备由于电流的增加而导致发热被烧坏。这种情况下用传统的三相无功补偿方式,不但不节能,反而浪费资源,难以对系统的无功补偿进行有效补偿,补偿过程中所产生的过、欠补偿等弊端更是对整个电网的正常运行带来了严重的危害。

用户低压端无功补偿装置一般按照用户无功负荷的变化自动投切补偿电容器,可以做到不向高压线路反送无功电能。在配电网中,如果各用户低压侧配置了足够的无功补偿装置,则可使配电线路中的无功电流最小,也使配电线路的有功功率损耗最小,这是最理想的效果。另外,线路中的无功电流小,也使线路压降减少,电压波动减少。

由此得出,在配电网中的用户端实现无功就地补偿是合理的无功补偿方式,否则,即使在线路关口处的功率因数很高,也不能有效地降低线路的有功功率损耗。在配电网中,无功补偿应以低压侧就地补偿为主,高压线路中的补偿为辅。要很好地实现恰当的无功补偿,只能采用自动控制的方式,通过自动补偿控制器,采集电网的电压、电流、功率及功率因数等参数,随时跟踪电网的运行状态,综合各种运行参数,发出适当的操作指令,使配电网运行在一个最佳的工作状态。

3 分组电容自动补偿的应用

在低压电网中大量的用电设备为电感性,尤其是在大面积、大开间的商场、办公楼等日常生活和办公场所,大都会采用发光效果好的荧光灯进行人工照明。荧光灯具有光效好、寿命长、无污染等特点,属绿色光源。目前,民用建筑工程中大量使用电感型镇流器荧光灯,它具有成本低、寿命长、维修工作量少、投资少等优点,但其启动时间长,功率因数低,约为0.5~0.6,自身损耗大,加大了供配电系统网络损耗,造成了能源的浪费。通过电容补偿的方式来解决大面积商场、办公楼的感性负荷功率因数低的问题是目前设计中常用的方法。

我们在设计中通常的做法有两种:在变配电所设置集中高压或低压补偿柜,对系统前端进行补偿,虽能满足供电部门对并网功率因数的要求,但对以下各级分支电路不作补偿,因此低压配电线路中无功电流大,从而造成线路截面和配电开关容量不能减小,且不能保证整个低压系统的供电质量;另一种做法是在每台用电设备或每盏照明灯具内设置电容器个别单独进行补偿,这种方式效果较好,对于厂矿企业使用的单台大容量用电设备比较适用,但对于大型商场等民用建筑来说,补偿投资成本太大,性价比低,安装分散,造成后期维修量大、维修困难,且电容器利用率低,实际应用并不理想,所以很少采用。在目前低压补偿电容器技术和制造质量、自动投切装置有了很大提高的前提下,笔者认为在这类民用建筑的配电系统中分组设置补偿电容,即根据建筑使用功能分区,用电较集中、电气设备功率因数较低的配电箱处设置电容补偿装置较为适宜。

(1)分组补偿可提高设备利用率,减少配电系统容量;(2)在选用型号及截面相同的电缆时,减少了线路损耗。

在变配电所设置集中高压或低压补偿柜,对系统前端进行补偿,虽然能满足供电部门对并网功率因素的要求,但对以下各级分支电路不做补偿,因此,低压配电线路中无功电流大,从而造成线路截面和配电开关容量不能减少,且不能保证整个低压系统的供电质量;另一种做法是在每台用电设备或每盏照明灯具内设置电容器,对个别单独进行补偿,这种方式效果较好,对于厂矿企业使用的单台大容量用电设备比较合适,但对于大型商场等民用建设来说,补偿投资成本太大,性价比低,安装分散,造成后期维修量大,维修困难,且电容器利用率低,实际应用并不理想,所以很少采用。

下面结合工程应用举例说明分组补偿的可行性。某地新华书店大楼由商场、书店营业厅、餐饮、宾馆、地下车库、办公室组成,属一类高层,功能较复杂。其中1~6层为书店营业厅,单层面积约2800M2(标准层,每层均相同),其照明采用电感类荧光灯,功率因数较低。方案设计时只在变电所设集中补偿柜。根据计算结果,1层~6层配电照明箱在变配电所分两个回路供电,开关均为1000A,空气绝缘母线槽分别为1000A,每层配电照明箱进线开关选用400A;在变配电所设置集中补偿,按供电局要求补偿到0.9,1层~6层需补偿631.88kW施工图设计时考虑改为分组补偿,即在每层配电照明箱处进行补偿,补偿后功率因数为0.9。每层需补偿131.47kW,6层合计788.82kW。1层~6层配电照明箱由变配电所采用一回路供电,开关为1250A,空气绝缘母线槽选用一段1250A,每层配电照明箱进线开关选用250A;分组每层设电容补偿比在变配电所设集中补偿柜电容器总容量要高出20%左右。但减少了开关、供电线路的投资,这部分费用相对于电容器的投资要高许多。每层在配电照明箱处设电容补偿并不增加配电箱的数量,只需将配电照明箱的尺寸加大,电容器装于箱内,这样也节省了低压配电室内电容补偿柜的占地面积。另因为补偿电容配置了智能控制器,产品模块化,具有数据采集功能和标准的通信接口(RS232),可实现远程实时监测和计算机联网管理,便于检测、维护和升级。

4 结论

根据各层配电照明箱的设置分组装设电容补偿的方式较好地解决了集中和个别设置补偿造成的线路中无功电流增大、相应配电线路截面及开关容量加大和补偿投资成本大、安装分散、后期维修量大、维修困难等问题。对于大型商场、写字楼等大量使用低功率因数设备的民用建筑设计应根据具体情况采用分组设置电容补偿方式比较合理。分组无功补偿装置有着广泛的应用前景,但是也有很多特点需要研究,还有很多问题需要解决,在专家、科技人员的努力下,这项技术将会得到安全可靠的应用。

参考文献

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[4]刘利成,韩学民.城市低压电网分相自动无功补偿的应用.电气时代,2007(2):88-89.

作者简介:傅维元(1977.08-),男,福建三明人,工程师,工作单位:三明电业局