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超全面的配电知识以及配电网无功补偿的五种主要方式!

配电基本知识,比较全面,供大家学习。

开关柜:是指按一定的线路方案将一次设备、二次设备组装而成的成套配电装置,是用来对线路、设备实施控制、保护的,分固定式和手车式,而按进出线电压等级又可以分高压开关柜(固定式和手车式)和低压开关柜(固定式和抽屉式)。开关柜的结构大体类似,主要分为母线室、断路器室、二次控制室(仪表室)、馈线室,各室之间一般有钢板隔离。

内部元器件包括:母线(汇流排)、断路器、常规继电器、综合继电保护装置、计量仪表、隔离刀、指示灯、接地刀等。

从应用角度划分:

(1)进线柜:

又叫受电柜,是用来从电网上接受电能的设备(从进线到母线),一般安装有断路器、CT、PT、隔离刀等元器件。

(2)出线柜:

也叫馈电柜或配电柜,是用来分配电能的设备(从母线到各个出线),一般也安装有断路器、CT、PT、隔离刀等元器件。

(3)母线联络柜:

也叫母线分断柜,是用来连接两段母线的设备(从母线到母线),在单母线分段、双母线系统中常常要用到母线联络,以满足用户选择不同运行方式的要求或保证故障情况下有选择的切除负荷。

(4)PT柜:

电压互感器柜,一般是直接装设到母线上,以检测母线电压和实现保护功能。内部主要安装电压互感器PT、隔离刀、熔断器和避雷器等。

(5)隔离柜:

是用来隔离两端母线用的或者是隔离受电设备与供电设备用的,它可以给运行人员提供一个可见的端点,以方便维护和检修作业。由于隔离柜不具有分断、接通负荷电流的能力,所以在与其配合的断路器闭合的情况下,不能够推拉隔离柜的手车。在一般的应用中,都需要设置断路器辅助接点与隔离手车的联锁,防止运行人员的误操作。

(6)电容器柜:

也叫补偿柜,是用来作改善电网的功率因数用的,或者说作无功补偿,主要的器件就是并联在一起的成组的电容器组、投切控制回路和熔断器等保护用电器。一般与进线柜并列安装,可以一台或多台电容器柜并列运行。电容器柜从电网上断开后,由于电容器组需要一段时间来完成放电的过程,所以不能直接用手触摸柜内的元器件,尤其是电容器组;在断电后的一定时间内(根据电容器组的容量大小而定,如:1分钟),不允许重新合闸,以免产生过电压损坏电容器。作自动控制功能时,也要注意合理分配各组电容器组的投切次数,以免出现一组电容器损坏,而其他组却很少投切的情况。

(7)计量柜:

主要用来作计量电能用的(千瓦时),又有高压、低压之分,一般安装有隔离开关、熔断器、CT、PT、有功电度表(传统仪表或数字电表)、无功电度表、继电器、以及一些其他的辅助二次设备(如负荷监控仪等)。

(8)GIS柜:

又叫封闭式组合电器柜,它是将断路器、隔离开关、接地开关、CT、PT、避雷器、母线等封闭组合在金属壳体内,然后以绝缘性能和灭弧性能良好的气体(一般用六氟化硫SF6)作为相间和对地的绝缘措施,适用于高电压等级和高容量等级的电网中,用作受配电及控制。

(9)断路器:

正常工作情况下,断路器处于合闸状态(特殊应用除外),接通电路。当进行自动控制或保护控制操作时,断路器可以在综保装置控制下进行电路的分断或接通操作。断路器不仅可以通断正常的负荷电流,而且能够承受一定时间的短路电流(数倍甚至几十倍的正常工作电流),并可以分断短路电流,切除故障线路和设备。所以说,断路器的主要功能就是分断和接通电路(包括分断和接通正常电流、分断短路电流)。

由于在分断和接通电路的过程中,断路器的动触头与静触头之间不可避免的要产生电弧。为了保护触头,减少触头材料的损耗和可靠分断电路,必须采取措施来尽快熄灭电弧,其中一种就是采用不同的灭弧介质填充到断路器的动、静触头间。按灭弧介质的不同断路器可以分为:油断路器(多油、少油)、六氟化硫(SF6)断路器、真空断路器、空气断路器等。我们在工程中经常接触到的高低压开关柜里的主要一次设备就是断路器。

由于断路器的动、静触头一般都是被包在充满灭弧介质的容器中,所以断路器的分、合状态不可以直接判断,一般是通过断路器的辅助器件(如分合位指针等)来判别。

(10)隔离刀闸:

隔离刀闸(或称隔离开关)由于有明显的断口可以识别接通或分断,主要是用来隔离高压电源的,以保证线路和设备的安全检修,能分断的电流很小(一般只有几个安培)。由于没有专门的灭弧装置,所以它不能用来分断故障电流和正常工作电流,不允许带负荷进行分断操作

(11)熔断器:

熔断器是一种简单的电路保护电器,其原理是当流经熔断器的电流达到或超过定值一定时间后,本身的熔体熔化,切断电路。其动作原理简单,安装方便,一般不单独使用,主要用来配合其他电器使用。

主要动作特点:

一是电流要达到一定值,该值在熔断器出厂前已经做好,无法更改;

二是电流达到一定值后要经过一定的时间,该时间也是厂家做好的,无法更改,但是类型很多,包括延时动作、快速动作、超快速动作等;

三是动作后本体损坏,不能重复使用,必须更换;

熔断器是否熔断可以通过熔断指示器判别,也可通过熔体外观上判别;常用的保险丝、保险管都属于该类电器范围。

(12)负荷开关:

负荷开关具有简单的灭弧装置,灭弧介质一般采用空气,可以接通和分断一定的电流和过电流,但是不能分断短路电流,不能用来切断短路故障。所以绝对不允许单纯用负荷开关来替代断路器;如果要采用负荷开关,必须与前面提到的高压熔断器配合使用(实际上往往用熔断器和负荷开关串联使用,用作简单的过负荷保护,以降低工程造价)。

负荷开关与隔离刀类似,都有明显的断开间隙,可以很容易的判别电路是处于接通还是断开状态

(13)变压器:

简单的说,变压器就是利用交变电磁场来实现不同电压等级转换的设备(实际上是电能的转换),其变换前后的电压不发生频率上的变化。按照其用途可以分很多种,如电力变压器、整流变压器、调压器、隔离变压器,以及CT、PT等。我们在工程现场经常遇到的是电力变压器。

与变压器相关的一些主要的技术参数包括:

1、额定容量:指额定工作条件下变压器的额定输出能力(等于U×I,单位为kVA);

2、额定电压:空载、额定分接下,端电压的值(即一次、二次侧电压值);

3、空载损耗:空载条件下,变压器的损耗(也叫铁耗);

4、空载电流:空载条件下,一次侧线圈流过的电流值;

5、短路损耗:一次侧通额定电流,二次短路时所产生的损耗(主要是线圈电阻产生的);

6、分接(抽头)的概念:

为适合电网运行需要,一般的变压器高压侧都有抽头,这些抽头的电压值都是用额定电压的百分比表示的,即所谓的分接电压。例如,高压10kV的变压器具有±5%的抽头,就是说该变压器可以运行在三个电压等级:10.5kV(+5%)、10kV(额定)、9.5kV(-5%)。一般来说,有载调压变压器的抽头数(分接点)较多,如7分接点(±3×2.5%)和9分接点(±4×2%)等。由于不能够完全保证分接开关的同步切换,所以有载调压变压器一般不能够并联运行。

配电网无功补偿的主要方式

有五种:变电站补偿、配电线路补偿、随机补偿、随器补偿、跟踪补偿。

变电站补偿:

针对电网的无功平衡,在变电站进行集中补偿,补偿装置包括并联电容器、同步调相机、静止补偿器等,主要目的是平衡电网的无功功率,改善电网的功率因数,提高系统终端变电所的母线电压,补偿变电站主变压器和高压输电线路的无功损耗。

这些补偿装置一般集中接在变电站10kV母线上,因此具有管理容易、维护方便等优点,缺点是这种补偿方式对10kV配电网的降损不起作用。

配电线路补偿:

线路无功补偿即通过在线路杆塔上安装电容器实现无功补偿。线路补偿点不宜过多;

控制方式应从简,一般不采用分组投切控制;

补偿容量也不宜过大,避免出现过补偿现象;保护也要从简,可采用熔断器和避雷器作为过流和过压保护。

线路补偿方式主要提供线路和公用变压器需要的无功,该种方式具有投资小、回收快、便于管理和维护等优点,适用于功率因数低、负荷重的长线路。缺点是存在适应能力差,重载情况下补偿不足等问题。

在低压三相四线制的城市居民和农网供电系统中:

由于用电户多为单相负荷或单相和三相负荷混用,并且负荷大小不同和用电时间的不同。所以,电网中三相间的不平衡电流是客观存在的,并且这种用电不平衡状况无规律性,也无法事先预知。导致了低压供电系统三相负载的长期性不平衡。对于三相不平衡电流,电力部门除了尽量合理地分配负荷之外几乎没有什么行之有效的解决办法。

电网中的不平衡电流会增加线路及变压器的铜损,还会增加变压器的铁损,降低变压器的出力甚至会影响变压器的安全运行,最终会造成三相电压的不平衡。

调整不平衡电流无功补偿装置,有效地解决了这个难题,该装置具有在补偿线路无功的同时调整不平衡有功电流的作用。其理论结果可使三相功率因数均补偿至1,三相电流调整至平衡。实际应用表明,可使三相功率因数补偿到0.95以上,使不平衡电流调整到变压器额定电流的10%以内。

随机补偿:

随机补偿就是将低压电容器组与电动机并接,通过控制、保护装置与电动机同时投切的一种无功补偿方式。

县级配电网中有很大一部分的无功功率消耗在电动机上,因此,搞好电动机的无功补偿,使其无功就地平衡,既能减少配电线路的损耗,同时还可以提高电动机的出力。

随机补偿的优点是用电设备运行时,无功补偿装置投入;用电设备停运时,补偿装置退出。更具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低的特点。

适用于补偿电动机的无功消耗,以补励磁无功为主,可较好的限制配电网无功峰荷。年运行小时数在1000h以上的电动机采用随机补偿较其他补偿方式更经济。

随器补偿:

随器补偿是指将低压电容器通过低压熔断器接在配电变压器二次侧,以补偿配电变压器空载无功的补偿方式。配电变压器在轻载或空载时的无功负荷主要是变压器的空载励磁无功,配电变压器空载无功是农网无功负荷的主要部分.

随器补偿的优点是接线简单,维护管理方便,能有效地补偿配电变压器空载无功,限制农网无功基荷,使该部分无功就地平衡,从而提高配电变压器利用率,降低无功网损,提高用户的功率因数,改善用户的电压质量,具有较高的经济性,是目前无功补偿最有效的手段之一。

缺点是由于配电变压器的数量多、安装地点分散,因此补偿工作的投资比较大,运行维护工作量大。

跟踪补偿:

是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置,将低压电容器组补偿在用户配电变压器低压侧的补偿方式。

这种补偿方式,部分相当于随器补偿的作用,主要适用与100kVA及以上的专用配电变压器用户。

跟踪补偿的优点

是可较好地跟踪无功负荷的变化,运行方式灵活,补偿效果好,但是费用高,且自动投切装置较随机或随器补偿的控制保护装置复杂,如有任一元件损坏,则可导致电容器不能投切。其主要适于大容量大负荷的配变。

配电网无功补偿的具体问题

1、无功倒送

无功倒送会极大的加强配电网的耗损程度,增强线路所承受的压力,这在整个电力系统中是无法被允许的。

特别是通过了补偿方式属于固定电容器的用户,在一定程度上负荷低谷阶段形成无功倒送问题,无功功率倒送危害应当受到足够重视。随着当前配电网无功补偿水平的全面发展,低压侧无功补偿这一项补偿措施于配电体系里也逐渐开始全方位的普及。

补偿方式自静态至动态,自有触点至无触点皆获得了极为实际的现实经验。

但在实践普及的过程中,也相应地暴露了部分需要重视的问题。

2、量测问题

10kV配电网线路中的负荷点通常没有电能表统计,而且工作人员的专业能力、职业素养以及管理水平存在极大的差异性,在进行电能表实际统计时,缺乏一定的准确性,这不仅增加了民众与电力系统的矛盾可能,也带给配电网无功优化计算造成了极大的阻碍。

380V终端用户往往只进行了有功电能表的装置,无法实现功率因数的测量。当然,这也是低压无功补偿无法普及的重要因素。

3、谐波

电容器自身基本拥有具某种程度的抗谐波水平,但抵抗的同时也会扩大谐波的副作用。一旦谐波处于相对饱和状态下,便容易对电容器寿命造成影响,有时会直接使得电容器损坏。不仅如此,电容器在放大谐波水平的过程,会让系统中谐波干扰更加严重。因此,在行无功补偿的过程中,就一定要综合考衡关于谐波的管束工作,在存在比较严重的谐波干扰的同时,也需补偿无功地点,权衡之下,还应加设滤波设备。

4、优化升级

无功补偿的起始视野通常都集中于用户侧,只关注对用户的功率因数补偿。但是,如果要完成卓有成效地降低损耗,就必然需要自整个电力系统的视野出发,利用分析所有电网的无功潮流,具体地制订出配电网补偿方式、地点以及优化容量,才可以在应用少量资金的前提下,发挥出最优质的实际效益。无功补偿优化升级的配置目标是能够确保配电网电压作用能力的同时,最大限度地降低电网消耗。

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