水泥厂的无功功率补偿

水泥厂的无功功率补偿
无功功率：无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。

它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。

凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。

无功功率决不是无用功率，它的用处很大。

电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动，从而带动机械运动，电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。

变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。

因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。

单位：乏（var）或千乏(Kvar)
有功功率：交流电的瞬时功率不是一个恒定值，功率在一个周期内的平均值叫做有功功率，它是指在电路中电阻部分所消耗的功率，对电动机来说是指它的出力，以字母P表示，单位为千瓦（ｋW）。

视在功率：电纯阻性电路中电压和电流是同相位的，电压和电流的乘积为有功功率；但在感性或容性电路中，电压和电流有着相位差，所以电压和电流的乘积并不是负荷实际吸收的电功率，而是表面的数值，称为视在功率。

单位（KVA）
有功功率、无功功率、视在功率三者关系可以用功率三角形表示
P
COSφ=S
无功功率 Q=Ptgφ(kvar)
视在功率 S=Q
2+(kVA)
P2
P=3UI COSφ
Q=3UI SIN
一、为什么要无功补偿
在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。

如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，那么，这些用电设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。

从发电机和高压输电线供给的无功功率，远远满足不了负荷的需要，所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率，以保证用户对无功功率的需要，这样用电设备才能在额定电压下工作。

这就是电网需要装设无功补偿装置的道理。

无功功率对供、用电产生一定的不良影响，主要表现在：
(1)降低发电机有功功率的输出。

(2)降低输、变电设备的供电能力。

(3)造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。

(4)造成低功率因数运行和电压下降，使电气设备容量得不到充分发挥。

二、基本原理
无功补偿的基本原理：电网输出的功率包括两部分：一是有功功率：直接消耗电能，把电能转变为机械能、热能、化学能或声能，利用这些能作功，这部分功率称为有功功率；二是无功功率：不消耗电能，只是把电能转换为另一种形式的能，这种能作为电气设备能够作功的必备条件，并且，这种能是在电网中与电能进行周期性转换，这部分功率称为无功功率（如电磁元件建立磁场占用的电能，电容器建立电场所占的电能）。

电流在电感元件中作功时，电流滞后于电压90度；而电流在电容元件中作功时，电流超前电压90度。

在同一电路中，电感电流与电容电流方向相反，互差180度。

如果在电磁元件电路中有比例地安装电容元件,使两者的电流相互抵消，使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小。

无功补偿的具体实现方式：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。

这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功
功率补偿。

无功补偿的意义：
⑴补偿无功功率，可以增加电网中有功功率的比例常数。

⑶降低线损，在线路中流过的电流减少了，损耗也就减少了。

cosΦ>cosΦ，所以提高功率因数后，线损率也下降了，减少设计容量、减少投资，增加电网中有功功率的输送比例，以及降低线损都直接决定和影响着供电企业的经济效益。

所以，功率因数是考核经济效益的重要指标，规划、实施无功补偿势在必行。

电网中常用的无功补偿方式包括：
①集中补偿：在高低压配电线路中安装并联电容器组；通常我们说的在总降里进行的补偿。

②分组补偿：在配电变压器低压侧和用户车间配电屏安装并联补偿电容器；通常我们在配电站及车间进行的补偿
③单台电动机就地补偿：在单台电动机处安装并联电容器等。

确定无功补偿容量时，应注意以下两点：
①在轻负荷时要避免过补偿，倒送无功造成功率损耗增加，也是不经济的。

②功率因数越高，每千伏补偿容量减少损耗的作用将变小，通常情况下，将功率因数提高到0.95就是合理补偿
三、电动机的功率因素特性：
从曲线可以看出电动机的功率因素在额定负载时有一个极值点，空载时P2=0 定子电流基本上用来建立磁场的励磁电流，这时功率因素很低一般小于0.2。

负载时，随着P2的增加，定子电流有功分量增加使功率因素上升，在额定负载附近功率因素值为最大，当负载超过额定值时由于转差率增大较多，致使转子额定频率增大，转子的无功分量增大，因而使功率因素趋于下降。

由此我们得出结论电动机的功率因素值并不是电机名牌上的值，是个变量。

所以我们在做负荷计算时要加一个系数。

注意事项：计算无功功率的同时系数一般比有功同时系数要大，比如在车间有功同时系数0.85。

无功同时系数0.9。

总降有功同时系数0.9。

无功同时系数0.95。

计算无功时要注意计算变压器的无功损耗
四、补偿电容器电压的确定
电容器对电压是敏感的产品，电压选低了电容器的使用寿命下降。

电压选高了而实际使用电压又不高时，电容器的输出容量大大降低。

因此应考虑以下因素：
1．考虑电网的因素和谐波的影响会使电压升高一般电容器的电压比网络高5％。

1．05Un
2．当电容器回路串有电抗器时会由于串接电抗器使电容器端子上的电压升高。

U=1.05xUn（1＋K）
例如：
1．对于低压三角型接线的电容器的电压（系统串7％的电抗器）
U=1.05x380(1+0.07)=427V
电容器的电压应大于427V
低压电容器的低压一般分415、450、480、525
所以最终电容器的电压去450V
对于多凯提、若基亚、帝森克罗德考虑过载能力较大可能会去480V和525V也不能认为是错的，但会大大提高成本。

2．对于中压压星型接线的电容器的电压（系统串6％的电抗器）
U=1.05x10(1+0.06)=11.13KV
中压电容器的低压一般分11、12、11/√3 、12/√3（11.5/√3）
所以最终电容器的电压去12/√3（11.5/√3）
五、串连电抗器容量的确定：
合闸涌流：电容器投运合闸时产生的合闸涌流一般分两种情况：第一种是单组电容器的合闸涌流，此种合闸涌流一般都小于开关设备允许的最大合闸涌流，故一般不采取限制涌流措施;第二种是已有一组或多组电容器在运行，再投入另一组时的合闸涌流。

实践证明，此合闸涌流可以达到电容器组的额定电流的20～250倍。

若主要是为限制涌流和短路电流其电抗率宜选0.2%～1%的电抗率。

高次谐波：在电力系统中，电气设备所产生的高次谐波电流将引起系统中电压波形的畸变，是对电网的一大公害，它将严重影响电容器组的正常运行。

由此也必须采取加装串联电抗器的办法对高次谐波加以抑制。

众所周之，传入电抗器后，对基波来讲不会有大的影响，但对谐波来说却有较大的影响。

这些非正弦波形可以用数学分析的方法分解成工频的基波和各种倍数频率的谐波。

但对电容器来讲，一般不存在偶次倍数的谐波。

因此主要考虑3、5、7、9、11、13等次谐波的影响。

在这些高谐波中以5次谐波最显著。

如某系统电压波形包括基波和5次谐波(其它高次谐波占的比例很小)。

基波电压与额定电压相等，而5次谐波电压值为额定电压的26.45%.在这种情况下经过计算可得出电容器组3.4%，过电流65.6%，电容器的无功出力过负荷35%。

结论：对于低压系统一般7％的电抗率。

对于中压系统我们一般考虑6％的电抗率。

六、电容器电压确定后对补偿总容量的影响：
Q=2⎪⎭⎫ ⎝⎛e U Un x Qj x(1-k)
例如：低压380V 系统原计算补偿330KV AR,串连电抗器7％。

由于电容器选取电压的提高
（450V ）实际要补偿的容量是：
Q=2380450⎪⎭⎫ ⎝⎛x 330 x(1-0.07)=430 KVAR
例如：中压10V 系统原计算补偿3300KV AR,串连电抗器6％。

由于电容器选取电压的提高
（12/√3 )实际要补偿的容量是：
Q=21012⎪⎭⎫ ⎝⎛x 3300 x(1-0.06)=4466KVAR
七、电动机机旁就地补偿容量计算：
1. I 0=2I N (1- COS ϕ1) I C ≤0.9I 0
2. Q c =P 1 (tg ϕ1- tg ϕ2) P 1 =P N /η
例如：P N =4000kW U N =10kV I N =462A η=95.6% COS ϕ1=0.84
补偿后 COS ϕ2=0.95
Q c1=P 1
(tg ϕ1- tg ϕ2)＝956.04000
（0.65-0.33）=1339kvar Q c2=21012⎪⎭⎫ ⎝⎛x 1339 x(1-0.06)=1812KVAR 取整数1800kvar
I c2=1800/√3x10=104A ≤0.9I 0
I 0=2I N (1- COS ϕ1)=2x462(1-0.84)=148A
0.9I 0=0.9x148=133A。