电力电容器及无功补偿.doc

电力电容器及无功补偿
技术手册

沙舟编著

目录

前言
第一章基本概念………………………………………………..……………….……………(1)
§1-1交流电的能量转换………………………………………...……….…….……...……(1)
§1-2有功功率与无功功率………………………………………..………….…………….(2)
§1-3电容器的串联与并联…………………………………………..……….…………….(3)
§1-4并联电容器的容量与损耗………………………………………..…….…………….(3)
§1-5并联电容器的无功补偿作用………………………………………..….…………….(4)
第二章并联电容器无功补偿的技术经济效益……………………………..….……………(5)
§2-1无功补偿经济当量…..………………………………………………..…...……….…(5)
§2-2最佳功率因数的确定…………………………………………………..…...……..….(7)
§2-3安装并联电容器改善电网电压质量……………..…………………………...…..….(8)
§2-4安装并联电容器降低线损…………………………………………..…….…...……(11)
§2-5安装并联电容器释放发电和供电设备容量………………..…………….……..….(13)
§2-6安装并联电容器减少电费支出…………………………..……………….………...(15)

前言

众所周知，供电质量主要决定于电压、频率和波形三个方面。电网频率稳定决定于电网有功平衡，波形主要决定于网络和负荷的谐波，电压稳定则决定于无功平衡。当然三者之间也具有一定的内在关系。无功平衡决定于网络中无功的产生和消耗。在系统中无功电源有同步发电机、同步调相机、电容器、电缆、输电线路电容、静止无功补偿装置和用户同步电动机，无功负荷则有电力变压器，输电线路电感和用户的感应电动机，各种感应式加热炉、电弧炉等。为了满足系统中无功电力的需求，单靠发电机、调相机、电缆和输电线路电容是不够的，静补装置中也是采用电容器等。因此电容器在系统的无功电源中占有相当比重，加之调相机为旋转设备。建设投资大，运行维护费用高。近年来世界各国都积极装设电容器，满足系统无功电力要求，维持电压稳定。但各国主要是装设并联电容器，装串联电容器者较少，因此编者主要介绍并联电容器无功补偿技术，它还广泛应用于谐波滤波装置，动态无功补偿设备和电气化铁道无功补偿装置之中，因与电力系统谐波有关。限于篇幅，准备在“谐波技术”中详述。这里主要介绍一些无功补偿技术基础。限于编者水平，加上时间仓促，不当之处难免，请读者批评指正。

第一章基本概念
§1-1交流电的能量转换
电力工程中常用的电流、电压、电势等均按正弦波规律变化，即它们都是时间的正弦函数。以电压u为例，可用下式表达：
u=Umsin(ωt+)(1-1)
式中u为电压瞬时值，Um为电压最大值，=2f为角频率，表示电压每秒变化的弧度数，f为电网频率，为每秒变化的周数，我国电网f=50Hz，国外有50Hz和60Hz。当t=0时，相角为，称之初相角，若选择正弦电压通过零点作为时间起点，则=0，则：
u=Umsint(1-2)
如果将此电压加于电阻R两端，按欧姆定律，通过电阻的电流i为：
(1-3)
由上式可见，电阻上的电压u和电流i同相位，电压和电流同时达到最大值和零，电阻电路中的功率：
PR=ui=UmImsin2t=UI(1－cos2t)(1-4)
式中U，I分别为电压和电流的有效值，由于电压和电流的方向始终相同，故功率始终为正值，电阻电路始终吸收功率，转换为热能或光能等被消耗掉。
当正弦电流I=Imsint通过电感时，则电感两端的电压为：
(1-5)
式中=LIm。可见电感两端的电压uL和电流i都是频率相同的正弦量，其相位超前于电流或90，即电压达最大值时电流为零，电感的功率为：

(1-6)
它也是时间的正弦函数，但频率为电流频率的两倍，由图1-1可见，在第一、三个四分之一周期内电感吸收功率（PL>0），并把吸收的能量转化为磁场能量，但在第二、四个四分之一周期内电感释放功率（PL<0〉磁场能量全部放出。磁场能量和电源能量的转换反复进行，电感的平均功率为零，不消耗功率。

图1-1电感中电流、电压和功率的变化
把正弦电压u=sint接在电容C的两端，流过电容C中的电流为：(1-7)
电容电流ic和电压u为频率相同的正弦量，电流最大值Im=c，电流相位超前电压或90，即电压滞后于电流，电容的功率：
Pc=uicImsintco