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无功补偿装置技术的发展

 发布时间:2017-03-29

  无功补偿的基本原理  电力系统中,电动机及其它有线圈的设备用的很多,这类设备除从线路中取得一部分电流做功外,还要从线路上消耗一部分不做功的电感电流,这就使得线路上的电流要额外的加大一些,功率因数就是用来衡量这一部分不做功的电流的,当电感电流为0时,功率因数等于1,当电感电流所占比例逐渐增大时,功率因数逐渐下降,显然,功率因数越低,线路额外负担越大,发电机、电力变压器及配电装置的额外负担也较大,这除了降低线路及电力设备的利用率外,还会增加线路上的功率损耗,增大电压损失,降低供电质量。为此,应当提高功率因数。提高功率因数最方便的方法就是并联电容器,产生电容电流抵消电感电流,将不做功的所谓无功电流减小到一定范围以内。无功电源同有功电源一样,是保证电能质量不可缺少的部分,在电力系统中应保持无功平衡,否则,将会使系统电压降低,设备损坏,功率因数下降,严重时,会引起电压崩溃,系统解裂,造成大面积停电事故,因此,解决电网无功容量不足,增装无功补偿设备,提高网络的功率因数,对电网降损节电,安全可靠运行有着极为重要的意义。 2. 提高功率因数的办法  提高功率因数的方法常用的是补偿法,低压配电系统中常用并联电力电容器的办法来补偿用电设备需要的无功功率,这就称为电容无功补偿法。在感性负载上并联电容器可用电容器的无功功率来补偿感性负载的无功功率,从而减少甚至消除感性负载于电源之间原有的能量交换。在交流电路中,纯电阻电路,负载中的电流与电压同相位,纯电感负载中的电流滞后于电压90º,而纯电容的电流则超前于电压90º,电容中的电流与电感中的电流相差180º,能相互抵消。电力系统中的负载大部分是感性的,因此总电流将滞后电压一个角度,如图1所示,将并联电容器与负载并联,则电容器的电流将抵消一部分电感电流,从而使总电流减小,功率因数将提高。

 

  KYTBB高压无功补偿装置属于电力系统中一次设备,作用在于提供感性负载所消耗的无功功率,减少了电网电源向感性负荷提供由线路输送的无功功率,降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗,而在大系统中,还起到调整电网电压,提高电网稳定性的作用。在我国政府大力倡导节能减排的背景下,在电力系统中利用KYLB无功补偿装置提高设备的利用率,充分利用发电机的出力而降低对石化燃料的需求是一种有效的“节能减排”手段。同时未来智能电网及特高压输电线路的建设将为本行业带来巨大的发展机遇。

  1、KYLB无功补偿装置行业发展

  80年代以前,KYLB无功补偿装置是由电力电容器厂以“散件”形式提供,客户自行组装来实现的。80年代后,电容器制造厂开始设计、制造和提供KYLB无功补偿成套装置,并建成专业的成套车间,截止到目前,国内电容器制造企业基本上是以提供KYLB无功补偿成套装置为主,极少以电容器散件供应。同时产品种类也不断得到丰富和提高,逐步形成了传统型、KYSVC、KYSVG等多种KYLB 无功补偿装置产品同时存在的格局,并且由于各种类型的KYLB 无功补偿装置各具特色,均有其适用的客户群体,多种KYLB 无功补偿装置并存的局面将持续存在。

  KYSVG虽然是目前最先进的一种无功补偿方式,但是由于造价较高,稳定性较低等问题,考虑到我国实际国情,短期内还难以普及,目前只适用于小范围要求较高的领域。目前应用的最广泛的依然是传统型KYLB无功补偿装置和KYSVC静止无功补偿装置为主,其中传统型KYLB无功补偿装置以及KYTBB高压并联无功补偿装置为主,占据80%以上的份额;KYSVC静止无功补偿装置中应用最为广泛包括TCR型KYSVC静止无功补偿装置和MCR型KYSVC静止无功补偿装置,占据90%以上的份额。KYTBB高压无功补偿装置主要为KYTBB高压并联电容器装置和MCR型KYSVC静止无功补偿装置。前者为目前行业采用最广泛,利用率最高的补偿方式,后者为技术日趋成熟,未来市场发展空间巨大的KYSVC静止型动态无功补偿装置。

  从生产无功补偿装置的核心器件电力电容器的产能情况来看,目前我国电力无功补偿装置生产能力已居世界第一,装备水平也进入世界先进水平行列。原来一直由国外进口产品垄断的高电压等级产品市场,在最近几年国产无功补偿装置的占有率不断提高。

  2、KYTBB高压无功补偿装置技术

  (1)技术现状

  伴随交流电力系统容量的扩大,电压等级的提高和输电距离的增加,我国无功补偿技术和配套设备也得到了快速的发展。尤其是并联电容器装置,目前我国单台电容器由纸浸矿物油、容量10~12kvar、重量约2kg/kvar、介质损耗3W/kvar的产品,发展到目前绝大部分已采用全膜、容量334~500kvar、重量0.2kg/kvar左右、介质损耗下降到0.2W/kvar以下,年损坏率在0.5%以下的产品,接近国际水平。另外开发了带有内熔丝的电容器和具有中国特色的高电压集合式并联电容器。电容器组的电压等级由10kV、单组容量8Mvar左右发展到大量的35~66kV电压等级,容量为40~120Mvar的电容器组,最大的单组容量已达120Mvar,产品基本满足了电力系统对无功功率的需求。

  目前无功补偿装置主要可归纳为传统KYLB无功补偿、KYSVC静止型动态无功补偿装置和KYSVG静止无功发生器三种,而KYSVC静止型动态无功补偿装置包含具备滤波功能的器件,所以既具有无功补偿作用,又能够起到谐波治理的功能。作为目前比较先进的无功补偿手段,KYSVC应用比KYSVG产品更为广泛,其中根据设计的不同又分为多种形式。

 

  (2)技术和产品未来发展趋势

  未来KYTBB高压无功补偿装置的技术发展将会伴随电网建设升级的步伐而前进,未来技术发展趋势将呈现以下特征:

  ① 核心器件制造技术水平升级化

  作为无功补偿设备的核心器件,电力电容器的制造水平对KYLB无功补偿装置升级起到决定性作用,目前我国电力电容器的技术水平与国外先进技术还有很大差距,主要表现在介质工作场强低、比特性较低,单元容量小,外观质量差。今后将利用新进口的先进设备和国际一流的生产线,采用先进的制造工艺和质量控制手段,尽快达到或接近世界先进水平。

  ②产品性能先进化与稳定化

  首先是可靠性,主要在电容器及配套的投切开关、串联电抗器上进行质量改进,采取有力措施降低集合式电容器的故障率,延长无故障使用周期,开发使用灵活、检修方便的可拆卸集合式电容器。实行无功补偿装置完整的成套供货也有利于设备的可靠运行。设备选型、制造和运行维护方面都应贯彻执行全国电力系统高电压专业工作网无功补偿装置专家工作组制定的《预防电容器装置事故的技术措施》。

  ③产品使用环境节能化与无油化

向节能和无油化方向发展,无功补偿装置具有节能功效,设备本身也应重视节能, 主要是在电容器、串联电抗器设备上降低损耗。无功补偿装置长期在满负荷下连续运行,降损带来的节能效益也是可观的。在防火、防爆要求高的场所推广采用无油化无功补偿装置以确保安全是十分必要的, 为此需采用高压自愈式干式电容器、充气集合式电容器和干式电抗器、干式放电线圈等设备。

  ④电压等级高压化

  由于无功补偿装置电压等级的不同,补偿地的选择也有所差异,目前国外广泛采用在345 kV及以下主负荷侧补偿,而国内则以在66 kV及以下主变三次侧补偿为主。在主负荷侧补偿的优点是直接补偿、效果好,并可使主变压器结构简化、造价降低、输送功率提高。未来伴随国内无功补偿产品等级不断提高,将会逐渐向国外主负荷侧补偿方式靠拢,由此将为包括上海坤友电气有限公司在内的能够提供更高电压等级产品的重点生产企业带来更多的市场机会。

  未来对智能电网的规划中,1000kV交流和±800kV级直流系统特高压电网将成为主要方向,建设长距离的超高压电网,需要大量的变电设备,而特高压输电线路对于输电设备的要求非常高,普通电力电容器不能满足需求,将会促使无功补偿装置向更高电压等级方向发展。

  ⑤无功补偿方式有源化

  目前动态无功补偿设备主要是以KYSVC为主,未来的方向是向KYSVG有源动态无功补偿装置发展,不过由于 KYSVC静止型动态无功补偿装置技术仍有进一步发展空间,目前KYSVC静止型动态无功补偿装置仍是世界上最为通用的动态无功补偿装置。尽管KYSVG(STATCOM)在构成原理、响应速度、补偿特性、双向调节以及占地面积上均比KYSVC优越,但受技术、经济因素的制约,KYSVG在35kV电压以下方面有一定的市场,因为KYSVG需要变压器进行电压匹配。短时间(约10年)内,在大容量高压静止型动态无功补偿装置方面还难以取代高压并联无功补偿装置及KYSVC的主导地位。

  保定市北电电气科技有限公司,专业从事电力系统研发、生产、和销售。主要产品有无功补偿设备,无功补偿装置,谐波治理设备,柱上无功补偿等。欢迎来电咨询0312-7506056