无功电容补偿的原理

关于无功补偿的方案阐述

无功补偿原理

电网中的电力负荷如电动机、变压器等，大部分属于感性负荷，在运行过程中需向这些设备提供相应的无功功率。在电网中安装并联电容器等无功补偿设备以后，可以提供感性负载所消耗的无功功率，减少了电网电源向感性负荷提供、由线路输送的无功功率，由于减少了无功功率在电网中的流动，因此可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗，这就是无功补偿。

无功功率计算公式(须知道系列其中两项才能计算出无功功率)

无功功率=I*U*sinφ,单位为乏或千乏.

有功功率计算公式

有功功率P=IUCOSφ

其实有功功率P、无功功率Q、视在功率S就是一直角三角形的三条变：S为斜边，P、Q为两直角变，P、Q就是把S正交分解出来的两个分量；P^2+Q^2=S^2（勾股定理）。

功率因数就是P/S，也就是cosθ，θ就是相角，即电压与电流之间的夹角；

无功功率是建立和维持旋转磁场所消耗的一种功率，在一般用电设备中，只有牵涉到电机旋转设备才消耗无功。

功率因素是多少时最为理想？

一般来说越少越好，但也存在经济问题，因为补偿无功的电容器要钱的，功率因素提高到0.95左右已经很好了，再提高帮助也不大。

简介

在大系统中，无功补偿还用于调整电网的电压，提高电网的稳定性。在小系统中，通过恰当的无功补偿方法还可以调整三相不平衡电流。按照wangs定理：在相与相之间跨接的电感或者电容可以在相间转移有功电流。因此，对于三相电流不平衡的系统，只要恰当地在各相与相之间以及各相与零线之间接入不同容量的电容器，不但可以将各相的功率因数均补偿至1，而且可以使各相的有功电流达到平衡状态。

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;二是无功功率.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;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,电流超前于电压90℃.而电流在电容元件中作功时,电流滞后电压90℃.在同一电路中,电感电流与电容电流方向相反,互差180℃.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。

⑵减少发、供电设备的设计容量，减少投资，例如当功率因数cosΦ=0.8增加到cosΦ=0.95时，装1Kvar电容器可节省设备容量0.52KW；反之，增加0.52KW对原有设备而言，相当于增大了发、供电设备容量。因此，对新建、改建工程，应充分考虑无功补偿，便可以减少设计容量，从而减少投资。

⑶降低线损，由公式ΔΡ%=（1-cosΦ/cosΦ）×100%得出其中cosΦ为补偿后的功率因数，cosΦ为补偿前的功率因数则：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；

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；

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。

加装无功补偿设备，不仅可使功率消耗小，功率因数提高，还可以充分挖掘设备输送功率的潜力。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

就三种补偿方式而言，无功就地补偿克服了集中补偿和分组补偿的缺点，是一种较为完善的补偿方式：

⑴因电容器与电动机直接并联，同时投入或停用，可使无功不倒流，保证用户功率因数始终处于滞后状态，既有利于用户，也有利于电网。

⑵有利于降低电动机起动电流，减少接触器的火花，提高控制电器工作的可靠性，延长电动机与控制设备的使用寿命。

无功就地补偿容量可以根据以下经验公式确定：Q≤UΙ0式中：Q---无功补偿容量（kvar）；U---电动机的额定电压（V）；Ι0---电动机空载电流（A）；但是无功就地补偿也有其缺点：⑴不能全面取代高压集中补偿和低压分组补偿；众所周之，无功补偿按其安装位置和接线方法可分为：高压集中补偿、低压分组补偿和低压就地补偿。其中就地补偿区域最大，效果也好。但它总的电容器安装容量比其它两种方式要大，电容器利用率也低。高压集中补偿和低压分组补偿的电容器容量相对较小，利用率也高，且能补偿变压器自身的无功损耗。为此，这三种补偿方式各有应用范围，应结合实际确定使用场合，各司其职。

无功补偿的作用

1.1提高变配电设备利用率，减少投资费用

对低功率因数的负荷进行无功补偿，接入并联电容器,由于无功电流得到补偿，使得负荷电流减少

由于功率因数提高而使变配电设备减少的容量（kVA）可用公式1计算：

ΔS＝P/COSφ1－P/COSφ2

＝P×（COSφ2－COSφ1）/（COSφ2×COSφ1）

（1）式中：

S---为减少的设备容量

P---为负荷有功功率

COSφ1---为补偿前负荷功率因数

COSφ2---为补偿后负荷功率因数

如1000kW的负荷容量，补偿前功率因数为0.7，从公式1中可计算出当功率因数补偿到0.95时，为该负荷输电的变配电设备容量可减少376kVA，对于新建项目可以减少投资费用（变配电设备容量减少376kVA，可减少基本电费的支出），经济效益明显。

2.2降低电网中的功率损耗

当负荷的功率因数从1降到COSφ时，电网中的功率损耗将增加的百分数约为δp（%）=（1/COS2φ-1）×100%

2.3减少了线路的压降

由于功率因数的提高，线路传送电流小了，系统的线路电压损失相应减小，有利于改善末端的电能质量。

2.4提高功率因数及相应地减少电费

根据国家水利电力部国家物价局1983年颁布的《功率因数调整电费办法》规定三种功率因数标准值，相应地减少电费：

①功率因数标准0.90，适用于160千伏安以上的高压供电工业用户、装有带负荷调整电压装置的高压供电电力用户和3200千伏安及以上的高压供电电力排灌站。②功率因数标准0.85，适用于100千伏安（千瓦）及以上的其他工业用户，100千伏安（千瓦）及以上的非工业用户和100千伏安（千瓦）及以上的电力排灌站。③功率因数标准0.80，适用于100千伏安（千瓦）及以上的农业用户和趸售用户。

3低压并联电容器无功补偿的种类

3.1集中补偿

在低压配电所内配置若干组电容器接在配电母线上，补偿供电范围内的无功功率

3.2就地补偿

将补偿电容器安装于用电负荷附近，或直接并联于用电设备上

就地补偿分为两种：一是分散就地补偿，电容器接在低压配电装置或动力箱的母线上，对附近的用电设备进行无功补偿。二是单独就地补偿，将电容器直接接在用电设备端子上或保护设备末端，一般不需要电容器用的操作保护设备，

3.3就地补偿与集中补偿节能比较

4电容补偿在技术上应注意的问题

①防止涌流。在电容器投入时，一般情况下伴随着很大的涌流，在IEC出版物831电容器篇中电容器投入涌流的计算公式Is＝In×√2S/Q

（3）式中：

Is---为电容器投入时的涌流（A）

In---为电容器额定电流（A）