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1、第 6 章 高压无功补偿设计示例第一部分 设计任务书一、高压无功补偿的设计内容一、高压无功补偿的设计内容（1）根据负荷资料、变电所负荷位置计算补偿无功功率值。 （2）选择适当的无功电源设备及补偿位置。 （3）通过技术经济综合比较，确定无功补偿装置。 （4）评定无功补偿装置的补偿方案。二、设计文件及图纸要求二、设计文件及图纸要求（1）设计说明书一份。 （2）计算书一份。 （3）系统接线图一张。三、原始资料三、原始资料（1）35KV 双电源变电站 10KV 供电变电站电缆供电负荷位置统计资料如图： 说明：数据单位（km）图 1（2）变电站负荷（不含输电线路）反馈资料如下：名称有功负荷（kw）同期启
2、动系数自然功率因数目标功率因数矿机厂13500.920.750.92电机厂9500.950.670.91炼油厂10500.870.740.92汽车厂10000.880.760.93化工厂9000.860.820.95表 1名称站用电（kw）目标功率因数变电站120.9表 2名称型号电压（KV）电阻（/km）电抗（/km）电缆ZLQ2-3170100.450.08表 3（3）变电站采用单母线分段接线电缆供电方式，变压器总容量为 4000KVA （4）10KV 电缆充电功率忽略不计第二部分 设计说明书一、一、 解题步骤说明解题步骤说明1、计算无功总负荷（明确无功性质：感性还是容性） 用电设备负荷无
3、功 站用电负荷无功 电力线路负荷无功2、设计无功补偿方案 无功功率补偿设备的设计方案1 无功功率电源的选择 方案一：同步电动机 方案二：并联电容器 方案三：同步调相机 方案四：静止无功发生器 方案五：并联电抗器2 无功功率补偿装置容量的选择 总容量3 无功电源容量的分区选择 分区容量4 断路器（开关）的合理选择无功功率补偿装置位置的设计方案1 变电站高压（相对变压器而言）母线侧2 变电站低压（相对变压器而言）分段母线母3 变电站低压（相对变压器而言）分段母线母4 变电站低压（相对变压器而言）旁路母线上3、各种方案之间的类比 无功补偿设备 无功补偿设备的位置4、选定最恰当的方案组合5、绘制变电站
4、电气主接线图二、二、 对待设计无功补偿装置的位置说明对待设计无功补偿装置的位置说明电力系统中针对无功补偿装置的安装位置来说，都是只管补偿后面的负荷， 不管补偿装置前面的负荷。 无功补偿的节能只是降低了补偿点至发电机之间的供电损耗，所以高压侧 的无功补偿不能减少低压网侧的损耗，也不能使低压供电变压器的利用率提高。 根据最佳补偿理论，就地补偿的节能效果最为显著。 但是由本变电站采用的是集中补偿方式（装设在企业或地方总变电所 635KV 母线上，可减少高压线路的无功损耗，而且能提高本变电所的供电电压 质量。 ） ，故无功补偿装置安装在 10KV 母线上。三、三、 无功补偿装置选择的说明无功补偿装置选
5、择的说明无功补偿装置的选择在电力系统中都是有固定的原则择优选用。 1、保证供电的可靠性； 2、设备的经济性； 3、设备的操作维护的方便性。四、四、 无功补偿装置的容量组合无功补偿装置的容量组合根据相关的设备容量分区而制定。具体的请参考计算书。方案名称额定电压最高工作电压额定容量经济投资/台数量总体经济优点缺点方案一同步电动机方案二并联电容器方案三同步调相机方案四静止无功发生器方案五并联电抗器方案位置断路器台数刀闸数电缆数经济占地面积/平方米占地面积总体经济优点缺点方案一高压母线侧方案二低压分段母线母方案三低压分段母线母五、五、 变电站主接线的确定变电站主接线的确定依据原始资料可知变电站的部分主
6、接线方式为双电源供电，单母线分段送 电。然后添加无功补偿装置电气装置即可。第三部分 计算书一、一、 负荷反馈资料中的最大有功负荷计算负荷反馈资料中的最大有功负荷计算依据最大有功功率的计算公式：JPKPmax式中：为最大有功负荷，其国际单位为瓦（w） 。maxP为同期启动系数（又名需用系数） ，其单位为 1。K为统计有功负荷，其国际单位为瓦（w） 。JP说明： 为计算方便令 1,2,3,4,5 字符分别代表矿机厂，电机厂，炼油厂，汽车厂， 化工厂（下同，不再重复说明） 。)(0 .77486. 0900)(0 .88088. 01000)(5 .91387. 01050)(5 .90295. 0
7、950)(0 .124292. 0135055max544max433max322max211max1kwPKPkwPKPkwPKPkwPKPkwPKPJJJJJ二、功率因数角的计算二、功率因数角的计算依据功率因数利用反三角函数求出功率因数角，其计算公式为： cosarccosAA则式中：为功率因数符号，单位为 1。cos为功率因数值，单位为 1。A为功率因数角，单位为度。为反三角函数的代号。arc自然功率因数角： 82.0cos76.0cos74.0cos76.0cos75.0cos5432112345arccos0.750.723 arccos0.760.707 arccos0.740.7
8、38 arccos0.760.707 arccos0.820.609 698. 0tan855. 0tan909. 0tan855. 0tan882. 0tan54321目标功率因数角： 95.0cos93.0cos92.0cos91.0cos92.0cos54321318.095.0arccos376.093.0arccos403.092.0arccos428.091.0arccos403.092.0arccos54321329. 0tan395. 0tan426. 0tan456. 0tan426. 0tan54321三、最大无功负荷的计算三、最大无功负荷的计算依据最大无功负荷计算公式：
9、tanmaxmax PQ式中：为最大无功功率，其国际单位为乏（var） 。maxQ为最大有功功率，其国际单位为瓦（w） 。maxP为功率因数角的正切值，其单位为 1。tan最大自然无功负荷：1max1max12max2max23max3max34max4max45max5max5tan1269.6 0.8821119.8()tan883.5 0.855755.4()tan887.4 0.909806.6()tan853.6 0.855729.8()tan791.2 0.698552.QPKVarQPKVarQPKVarQPKVarQP3()KVar最大目标无功负荷：1max1max12max2
10、max23max3max34max4max45max5max5tan1269.6 0.426540.8()tan883.5 0.456402.9()tan887.4 0.426378()tan853.6 0.395337.2()tan791.2 0.3QPKVarQPKVarQPKVarQPKVarQP29260.3()KVar四、四、电缆输电损耗（此处忽略不计）电缆输电损耗（此处忽略不计）依据功率损耗公式：ZZQjPjXUQPRUQPjXRUQPZUSS222222222 2)() (122222 22222 22 12 2=1 2=01 2yyPQPRUPQQjXUQBU GYB QBU
11、有功功率（）电缆功率损耗无功功率（）线路始端 电缆充电功率即 线路终端五、负荷资料整理五、负荷资料整理依据负荷求和公式：n nn nQQQQPPPP.21 121 1式中：为有功功率的求和公式符号 nP1为无功功率的求和公式符号 nQ1最大有功负荷为：)(0 .4712)(0 .7740 .8805 .9135 .9020 .1242)(51max51maxmax5max4max3max2max1 51maxkwPkwPkwPPPPPP最大自然无功负荷：var)(4 .4218var)(3 .5405 .7523 .8300 .10003 .1095var)(51max51maxmax5max
12、4max3max2max1 51maxkQkQkQQQQQQ最大目标无功负荷：var)(7 .1931var)(4 .2548 .3472 .3892 .4111 .529var)(51max51maxmax5max4max3max2max1 51maxkQkQkQQQQQQ变电站站用电负荷：max2max12()cos0.95.8(var)PkwQKQ所以：maxmaxmax4697.33969.7var1924varPkwQkQk 综上所述应该补偿感性的无功功率 2292.6 kvar六、六、 设计方案设计方案1、无功补偿装置方案方案一：并联电容器方案二：同步补偿机（同步电动机同步调相机）
13、方案三：静止无功补偿器方案四：静止无功发生器2、无功补偿装置位置方案方案一：变压器高压侧方案二：低压侧母方案三：低压侧母七、七、 方案之间类比方案之间类比1、无功补偿装置的类比：三种无功补偿类别的比较装置类型 类别 并联电容器同步补偿机静止无功补偿器设备情况静止电器，设备简单旋转机械，要附属系统，设备复杂静止电器，设备复杂操作性 、通过开关（断路器）投切，实现单向（容性）级差调节，开关投切次数和间隔均受到限制 属于静态无功补偿，主要用于稳态电压调整和功率因数校正 无功出力与电压平方成正比，调节效应差 不增加投运点 通过控制系统实现双向平滑调节 属于动态无功补偿，但响应速度受到限制（约10040
14、0ms）主要用于调相、调压，换流站提供短路容量，对提高电力系统稳定性起一定作用 调节效应好，过载能力强， 通过控制系统实现双向平滑调节 属于快速动态无功补偿，响应速度快（120ms）主要用于调相、调压，电压的动态支撑。提高电力系统的动态性能，抑制低频振荡，限制动态过电压，不平衡负荷的平衡化 依靠增大设备容量，正常运行时感性负荷对容性负荷的覆盖，改善调节效应 不能增加投运点的短的短路容量 不能分相控制 本身不产生谐波，可配置成滤波器能吸收外部谐波 设计中要校核谐振条件 运行中本身损耗小可短期强励磁 增加投运点的短路容量 不能分相控制 本身不产生谐波，也不能吸收谐波 运行中要防止自励磁 运行中本身
15、损耗大路容量 能分相控制 本身产生谐波，电容器支路配置成滤波器可吸收本身和外部的谐波 设计中要校核谐振条件 运行中本身消耗较小，但大于电容器使用范围 容量大小和设置地点灵活 主要用于电力系统负荷变电站 容量大小和设置地点均受到限制 主用用于电力系统枢纽变电站和换流站 容量大小和设置地点灵活 主要用于电力系统枢纽变电站、换流站，也用于特殊负荷（如轧机、电弧炉、电气化铁道、升降机等冲击快速变化和不平衡负荷）对运行的需要 简单，运行维护要求低 运行维护工作量大 运行维护工作量小于同步补偿机，但是要 单位容量投资小 运行费用低 单位容量投资大 运行费用极高求较高技术水平 单位容量投资大 运行费用较高静止无功补偿器和静止无功发生器的比较类别SVC（静
