无功补偿培训教程

无功补偿培训教程-基础篇一. 无功补偿基础知识(一)功率、功率因数1.有功功率：在直流电路中，从电源输送到电器（负载）的电功率，是电压与电流的乘积，也就是电器实际所吸收的功率。

在交流电路中，由于有电阻和电抗（感抗和容抗）的同时存在，所以电源输送到电器的电功率并不完全做功。

因为其中有一部分电功率（电感和电容所储的电能）仍能回输到电源，因此，实际为电器所吸收的电功率叫有功功率。

用字母P 表示。

国际单位瓦，用字母W 表示。

通常有功功率的单位用千瓦，用字母KW 表示。

2.无功功率：电感和电容所储的电能仍能回输到电源，这部分功率在电源与电抗之间进行交换，交换而不消耗，称为无功功率。

用字母.Q.表示，国际单位乏，用字母.var 表示。

通常无功功率的单位用千乏，用字母.Kvar 表示。

（无功功率绝不是无用功率，它的用处很多，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。

）3.感性无功功率：接在电网中的许多用电设备是根据电磁感应原理工作的。

例如：通过磁场，变压器才能改变电压并将能量送出去，电动机才能转动并带动机械负荷。

磁场所具有的磁场能是由电源供给的。

电动机和变压器在能量转换过程中建立交变磁场，在一个周期内吸收和释放的功率相等，这种功率叫感性无功功率。

4.容性无功功率：电容器在交流电网中接通后，在一个周期内，上半周期的充电功率与下半周期的放电功率相等，不消耗能量，电容器的这种充放电功率叫容性无功功率。

5.视在功率：在交流电路中，如负载是纯电阻，电压和电流是同相位，那么电压和电流的乘积就是有功功率，但在有电感或电容的电路中，电压和电流有着相位差，所以电压和电流的乘积并不是负载电路实际吸收的电功率，而叫做视在功率。

用字母.S 表示，国际单位伏安，用字母.VA 表示。

通常视在功率的单位用千伏安，用字母.KVA 表示。

6.功率因数：有功功率与视在功率的比值。

用.cos Φ表示，它是没有单位的。

cosΦ=P/S7.自然功率因数：指用电设备没有安装无功补偿设备时的功率因数，或者说明用电设备本身所具有的功率因数，自然功率因数的高低主要取决于用电设备的的负荷性质，电阻性负荷（白炽灯、电阻炉）的功率因数较高，等于1，而电感性负荷（电动机、电焊机）的功率因数比较低，都小于1。

8.功率三角形：有功功率、无功功率、视在功率三者之间的关系符合勾股定理。

如图单相电路中： S=UI；P=UI.cosΦ；Q=UisinΦ；三相电路中： S= 3UI；P= 3UI cosΦ；Q= 3UisinΦ；S2=P2+Q2；cosΦ= P/ P2 Q2 9.用户功率因数的计算方法1)电量计算：在一定时间内（如三天或一周）取用户有功电量和无功电量。

功率因数 COSФ=有功电量/（有功电量2+无功电量2）1/22)转数（老式电度表）：在同样的时间内计量有功表、无功表所转圈数。

根据无功表和有功表所转圈数比计算出功率因数。

3)脉冲（新式电度表）：在同样的时间内计量无功和有功的脉冲数。

根据无功表和有功表脉冲比计算出功率因数。

根据无功和有功之比计算功率因数(二)提高功率因数的意义1.由功率三角形可以看出，在一定的有功功率下，当用电企业.cos Φ越小，其视在功率也越大，为满足用电的需要，供电线路和变压器的容量也越大，这样，不仅增加供电投资，降低设备利用率，也将增加线路网损。

2.负载的功率因数低，对电力系统不利。

（1）负载的功率因数过低，供电设备的容量不能充分利用。

例如：一台容量为60KVA.的单相变压器，设它在额定电压，额定电流下运行，在负载的功率因数等于.1.时，它传输的有功功率.P=60×cos Φ=60KW，它的容量得到充分利用，负载的.cos Φ=0.8 时，它传输的有功功率降低为48KW，容量的利用较差，cos Φ越小，容量利用的越不充分。

（2）在一定的电压下向负载输送一定的有功功率时，负载的功率因数越低，通过输电线的电流越大，导线电阻的能量损耗和导线阻抗的电压降落越大，功率因数是电力经济中的一个重要指标。

3.全国供用电规则规定：在电网高峰负荷时，用户的功率因数应达到的标准：高压用电的工业用户和高压用电装有带负荷调整电压装置的电力用户，功率因数为 0.9 以上；其它 100KVA 及以上电力用户和大中型电力排灌站，功率因数为 0.85 以上；农业用电功率因数为 0.80 以上。

凡功率因数达不到上述规定的用户，供电部门会在其用户使用电费的基础上按一定比例对其进行罚款（力率电费），要提高企业的用电功率因数，必须进行无功补偿，并做到随其负荷和电压的变动及时投入或切除，防止无功电力倒送。

全国供用电规则规定：无功电力应就地平衡。

表一以0.90为标准值的功率因数调整电费表表二以0.85为标准值的功率因数电费调整表表三以0.80为标准值的功率因数电费调整表(三)无功功率补偿的基本原理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，当容性负荷释放能量时，感性负荷吸收能量；而感性负荷释放能量时，容性负荷却在吸收能量。

能量在两种负荷之间交换。

这样感性负荷所需要的无功功率可从容性负荷输出的无功功率中得到补偿，这就是无功功率补偿的基本原理.(四)无功功率补偿的方法无功功率补偿的方法很多，采用电力电容器或采用具有容性负荷的装置进行补偿。

1.利用过激磁的同步电动机，改善用电的功率因数，但设备复杂，造价高，只适于在具有大功率拖动装置时采用。

2.利用调相机做无功率电源，这种装置调整性能好，在电力系统故障情况下，也能维持系统电压水平，可提高电力系统运行的稳定性，但造价高，投资大，损耗也较高。

每 kvar 无功的损耗约为 1.8—5.5 % ，运行维护技术较复杂，宜装设在电力系统的中枢变电所，一般用户很少应用。

3.异步电动机同步化。

这种方法有一定的效果，但自身的损耗大，每 kvar 无功功率的损耗约为 4— 19%，一般都不采用。

4.电力容器作为补偿装置，具有安装方便、建设周期短、造价低、运行维护简便、自身损耗小（每 kvar 无功功率损耗为 0.3—0.4 % 以下）等优点,是当前国内外广泛采用的补偿方法。

这种方法的缺点是电力电容器使用寿命较短；无功出力与运行电压平方成正比，当电力系统运行电压降低，补偿效果降低，而运行电压升高时，对用电设备过补偿，使其端电压过分提高，甚至超出标准规定，容易损坏设备绝缘，造成设备故事，弥补这一缺点应采取相应措施以防止向电力系统倒送无功功率。

电力电容器作为补偿装置有两种方法：串联补偿和并联补偿。

1)串联补偿是把电容器直接串联到高压输电线路上，以改善输电线路参数，降低电压损失，提高其输送能力，降低线路损耗。

这种补偿方法的电容器称作串联电容器，应用于高压远距离输电线路上，用电单位很少采用。

2)并联补偿是把电容器直接与被补偿设备并接到同一电路上，以提高功率因数。

这种补偿方法所用的电容器称作为并联电容器，用电企业都是采用这种补偿方法。

并联电容器的补偿：电容器的补偿形式，应以无功就地平衡为原则。

电网的无功负荷主要是由用电设备和输变电设备引起的。

除了在比较密集的供电负荷中心集中装设大、中型电容器组，便于中心电网的过电压控制和稳定电网的电源电压质量之外，还应在距用电无功负荷较近的地点装设中、小型电容器组进行就地补偿。

安装电容器进行无功功率补偿时，可采取集中、分散或个别（就地）补偿三种形式。

1)集中补偿：把电容器组集中安装在变电所的一次或二次侧的母线上，这种补偿方法，安装简便，运行可靠，利用率较高。

2)分散补偿：将电容器组分组安装在车间配电室或变电所各分路的出线上，它可与工厂部分负荷的变动同时投入或切除。

这种补偿方法效果也较好。

3)个别（就地）补偿个别（就地）补偿是对单台用电设备所需无功就近补偿的办法，把电容器直接接到单台用电设备的同一个电气回路，用同一台开关控制，同时投运或断开。

这种补偿方法的效果最好，电容器靠近用电设备，就地平衡无功电流，可避免无负荷时的过补偿，使电压质量得到保证。

个别补偿一般常用于容量较大的高低压电动机等用电设备。

但这种方法在用电设备非连续运转时，电容器利用率低，不能充分发挥其补偿效益。

(五)并联电容器提高功率因数的原理交流电路中，纯电阻电路负载中的电流 IR 与电压 U 同相位，纯电感负载中的电流IL 滞后电压 90°。

而纯电容的电流IC 则超前于电压 90°。

可见，电容中的电流与电感中的电流相差180°能够互相抵消。

电力系统中的负载，大部分是感性的，因此总电流.I 将滞后于电压于一个角度Φ。

如果将并联电容器与负载并联，则电容器的电流IC.将抵消一部分电感电流，从而使电感电流IL 减小到ILˊ，总电流从I.减少到.Iˊ，功率因数将由.cos Φ1 提高到.cos Φ2，这就是并联补偿的原理。

见下图。

(六)并联电容器在电力系统中的作用采用并联电容器进行无功补偿主要作用是：1.补偿无功功率，提高功率因数系统中大部分为感性负载，为使其正常运行，必须供应它们建立磁场所须的能量，这就出现了电源与负载之间的能量交换，表现为电源要向负载供应无功功率，如对感性负载并联容性设备，让它们之间就地进行一部分能量交换，便能减少电源与负载之间的能量交换。

减少电源供应的无功功率，从而提高了功率因数。

2.增加电网的传输能力，提高设备利用率若.P1 和.P2 分别为补偿前、后的有功功率的出力，cosΦ1和cosΦ2 分别为补偿前、后的功率因数，则：△P=P2-P1=S（cosΦ2-cosΦ1）为补偿后的有功功率的出力增量。

可见，在视在功率S不变的前提下，线路传输的功率的出力将有所增加，其增加值为△P：△P%= [(cosΦ2/cosΦ1)-1]×100%COSΦ10.7 0.70.7 0.7COSΦ20.950.970.98 1△P%36%39%40%43%3.降低线路损失和变压器有功损失安装无功补偿装置后功率因数提高，线路电流会下降，线路损耗降低，变压器的有功损失也会降低。

对于高压计量的用户，在低压侧安装无功补偿装置，可降低安装点与计量点间的线损，其线损降低量与安装点的位置有关。

如下图，C 为高压集中补偿装置，C1、C2 为低压集中补偿装置，C3、C4 为单独就地补偿装置，M 为交流电动机。

安装低压集中补偿装置 C 1，降低的线损为 A、D 间，但线损要分段计算，分 A、C 段的线损与 C、D 段的线损，因为这两段流过的电流是不同的。

安装低压集中补偿装置 C2，降低的线损为 A、B 间的。

安装单独就地补偿装置 C3、C4，降低的线损也要分段计算。