无功补偿

无功补偿的意义
谐波电流会对供电系统中的电器设备产生损害，不仅 造成企业检修费用提高，而且对供电系统的安全稳定运行 埋下很大隐患。 基于以上分析，要求企业必须对供电系统存在的此类 危害进行治理。无功功率补偿技术(SVC)是一种挖掘现有
电力资源潜力、改善电能质量、消除此类事故隐患的行之
有效的方法之一，对供电系统的安全稳定运行具有非常重 大的意义。
吴佳祥
无功补偿
无功补偿的意义 无功补偿的基本原理
提高功率因数的方法
无功补偿的意义
随着我国电力工业的不断发展大范围的高压输电 网络逐渐发展形成，同时对电网无功功率的要求也日
益严格。无功功率如同有功功率一样，是保证电力系
统的电能质量、降低电能损耗以及保证其安全运行所 部不可缺少的部分。电网无功功率不平衡将导致系统 电压的巨大波动，严重时会导致用电设备的损坏，出 现系统电压崩溃和稳定破坏事故。
无功补偿的意义
研究无功功率，可以解决现代电力系统中与无功功率相关的一 系列技术问题。与无功功率相关的技术问题很多，主要有：
1.无功功率静态稳定问题； 2.电容性无功功率引起的发电机自励磁问题； 3.因潜供电流引起的单相快速自动重合闸电弧不能熄灭问题；
4.冲击性无功负荷的调节问题；
5.无功功率中的高次谐波公害和闪变问题； 6.跟随馈电系统引起的负荷功率因数的变化与改善问题。
无功补偿的基本原理
无功补偿的基本原理实质上就是把具有容性功率 负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路上, 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来补偿。即把 原来是由电网或者变压器提供的无功功率， 改为由交 流电力电容器来提供。
无功补偿的基本原理
同步电动机和同步调相机等进行无功补偿。同步电动
机适用于大功率拖动装置。企业为了使功率因数达到 规定值以上，一般地用并联电容器的方式进行人工补 偿。电力电容器具有投资省，有功功率损耗小，运行 维护方便，故障范围小等优点。
提高功率因数的方法
电容器的缺点是当通风不良或因电网高次谐波造成电 容器过负荷使运行温度过高时，易出现外壳鼓肚、漏油， 甚至爆炸和引起火灾。因此，规定电容器组应独立设室。 电容器的补偿原则是就地平衡无功。电力系统中，除 了在供电系统负荷中心集中装设大、中型电容器组以稳定
无功补偿的意义
无功功率在电网中不断循环，造成很大的浪 费。合理处理无功功率可以保证电能质量，促使 电力系统安全运行。
无功补偿的意义
目前大多数国家规定的电压允许变化范围一般为+5% ~ -10%UN（额定电压）。电力部门为了确保电力系统正常 运行时能够提供优质的电压，确保优质的供电服务，必须 确保各输电线路的母线的电压稳定在允许偏差范围之内。 电力系统正常运行时，应有充足的无功电源。无功电源的 总容量需要满足系统在额定电压下对无功功率的需求。否 则，电压就会偏离额定值。当电力网有能力向负荷供给足 够的无功功率时，负荷的电压就能维持在正常的水平上。 如果无功电源容量不足，负荷的端电压就会降低。所以， 我们要保证电力系统的电压质量，就必须先保证电力系统 无功功率的平衡。
无功补偿的意义
电力系统网络中不仅大多数负荷要消耗无功功率，而且大多数网 络组件也要消耗无功功率。供电系统因其工作的特殊性要求，除必须 双回路供电外，还必须保证其供电系统稳定工作，因此，必须尽量抑 制电压波动、最大限度地消除各种干扰。 由于对节能和安全等方面性能的提高，电力电子器件组成的电 器传动自动化装置被广泛应用于供电系统中且其容量在不断增加。这 些电控系统会对供电系统造成较大的启动无功冲击并产生大量谐波， 电能质量变差，功率因数降低，使机电设备的运行效率下降，企业用 电损失增加，用电费用增加，企业经济效益下降。
提高功率因数的方法
电容器（柜）的数量N可按下式确定
式中 Qcl——每个电容器（柜）的容量，kvar； U——电容器装射处的电网电压；
Ug ——容器的额定电压。
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提高功率因数的方法
如果按PmaxΣ计算所需补偿的无功功率Qc，则当 P﹤PmaxΣ时，将出现过补偿现象。为了取得较好的补偿效
果，按平均负荷计算是合适的，以免所选电容过多。
补偿电力电容器多接成三角形。因每个电容器的无功 容量为Qcl=ωC1U2,当容量一定时，电压高电容可以小。只 有当电容器额定电压低于网络电压时，才考虑接成星型。
定时，则网络中的功率损耗与功率因数的平方成反比。
无功补偿的基本原理
③减少网络中的电压损失，提高供电质量 由于用户功率因数的提高是网络中的电流减少。因此，网 络的电压损失减少，网络末端用户设备的电压质量提高。 ④降低电能成本 由于从发电厂发出的电能有一定的总成本，提高功率因数 可以减少网络和变压器中的电能损耗，在发电设备容量不变的 情况下，供给用户的电能就相应的增加了，每度电的总成本就 会降低。
提高功率因数的方法
电容器组还应单独装设控制、保护和放电设备。 电容器组的放电设备必须保证在电容器与电网的联接 断开时，放电一分钟后电容器组两端的残压在65V以 下，以保证人身安全。一般1000V以上的电容器组用 电压互感器作为放电设备。 为了使企业内部收到改善功率因数得更大效益， 可考虑改变集中补偿为分组补偿，最好是自动补偿， 也可以采用低压补偿。对于1000V以下的电容器组， 可用电阻或白炽灯，作为放电设备。
电压质量之外，还应在用户的无功负荷附近装设中、小型
电容器组进行就地补偿，采用集中、分散和个别补偿三种 方式。
提高功率因数的方法
集中补偿 把电容器组集中安装在一次或二次侧母线上。
这种补偿方式，安装简便，运行可靠，利用率高，因 此比较普遍。但必须装设自动控制设备，使之能随负 荷的变化而自动投切，否则可能会造成过补偿，而破 坏电压质量。一般适用于中小型企业。 分散补偿 把并联电容器组分组安装在分配电室或各分 路出线上，它可以与部分负荷的变动同时投入或切除 这种补偿方式范围大，效果比较好，但设备投资比较 大，利用率不高，一般适用于容量补偿小、用电设备 多而分散和部分容量补偿相当大的场所。
提高功率因数的方法
个别补偿 把电容器组直接并接到单台用电设备的同一电
气回路中，与设备同时偷窃，这种方式效果好，能就地平
衡无功电流，但电容器利用率低。一般适用于容量较大的
高、低压电动机等用电设备的补偿。
提高功率因数的方法
目前，为了便于管理维护，多采用集中固定补偿， 即在总降压变电所6kV母线上装设容器不变的电力电
无功补偿的基本原理
由上述原因可知，提高用户功率因数具有重大意 义。所以国家奖励企业用户提高功率因数，在按两部
电价收费基础上，还规定了根据企业用户的功率因数
高低另加奖或罚的附加电费。即低于规定的功率因数 时，则增收电费；高于规定值，则少收电费。
提高功率因数的方法
正确选择电气设备
①选气隙小，磁阻Rμ小的电气设备。如选电动机时，若 没有调速和起动条件的限制，应尽量选择鼠笼式电动 机。 ②同容量下选择磁路体积小的电气设备。如高速开启式 电机，在同容量下，体积小于低速封闭式和隔爆型电 机。
提高功率因数的方法
③电机、变压器的容量选择要合适，尽量避免欠负载运 行。因欠载时P和I减少，虽然Qlc=I2Qlc也减少，但总
的来说由于P的减少，Q/P=（Qlc+Qic）/P仍然是增加
的，从而使 减少。 ④不需要调速，持续运行的大容量电机，如主变等，有 条件时可选择同步电动机，使其过激运行，提供超前 （-Q）无功功率进行补偿，使电网总的无功功率减小。
提高功率因数对企业和电力系统的好处如下： ①提高电力系统的供电能力 在发电和输配电设备的安装容量一定时，提高用 户的功率因数相应减少无功功率的供给，则在同样设 备条件下，电力系统输出的有功功率可以增加。
无功补偿的基本原理
②降低网络中的功率损耗 由输电线路的有功功率损耗计算公式可知
当线路额定电压Ue和输送的有功功率P均保持恒
容器组。若补偿前功率因数为，补偿后提高到，则补
偿所用的电力电容器容量应为
提高功率因数的方法
式中 ：全矿有功平均负荷，kW； PmaxΣ全矿有功计算负荷，kW； kpf 平均负荷系数(Pp/PmaxΣ)，一般取0.7~0.8。 上式是按全矿平均负荷计算的所需补偿电容量， 过去也有按全矿最大负荷PmaxΣ进行计算的。
提高功率因数的方法
③提高维护检修质量，保证电机的电磁特性符合标准。 ④进行技术改造，降低总的无功消耗。如改造电磁开关 使之无压运行，即电磁开关吸合后，电磁铁合闸电源 切除仍能维持开关合闸状态，减少运行中无功消耗； 绕线式感应电动机同步化，使之提高超前无功功率等。
提高功率因数的方法
无功补偿
无功补偿的方法，可采用电力电容器、过激磁的
什么是无功补偿
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。
提高功率因数的方法
电气设。对于负荷小于 40%额定功率的感应电动机，在能满足起动、工作稳 定性等要求条件下，应以小容量电机更换或将原为△ 接法的绕组改为Y接法，降低激磁电压。对于变压器， 当其平均负荷小于额定容量的30%时，应更换变压器 或调整负荷。 ②合理调度安排生产工艺流程，限制电气设备空载运行。