用电单位的无功消耗及补偿效益.

用电单位的无功消耗及补偿效益

电力系统及用电单位中的供用电设备绝大多数都是根据电磁感应原理工作的。这些设备除消耗必要的有功功率外，还必然要消耗一部分无功功率。如变压器、电机的励磁和绕阻漏抗，线路的并联电纳和串联电抗等等，都要消耗无功功率，其值通常约为有功的0.6~1.3倍。无功补偿就是借助于无功补偿设备台调相机、补偿电容器等为供用电系统提供一定的无功功率，从而提高用电设备乃至整个电网的功率因数，以达到改善电压质量、降低电能损耗、提高供配电设备的供电能力，减少电费支出，降低生产成本，提高企业的经济效益。

一、功率因数含义及其影响

电力负荷的功率因数（俗称力率）为有功功率与视在功率之比，即

COS=P/SP/UI，式中为电路电压U与电流I间的相位差角，亦称功率因数角。功率因数实为电路电压与电流间相位差角的余弦值。负荷的自然功率因数是指未采取任何补偿措施前的功率因数，常用设备的功率因数见表一。

表一常见用电设备自然功率因数

设备名称异步电动机交流弧焊机交流阻焊机电弧炉低频感应炉

功率因数 0.65~0.82 0.3~0.4 0.65 0.85 0.6~0.8

可见，一般用电设备的自然功率因数仅为0.6~0.8。为维持设备正常运行，就需从电网中吸取一定的无功功率，且COS越低，所需无功就越多。若电网无功不足，将会使供电设备出力受限制，而达不到额定出力，电网电压降低，用电设备难以正常运行，甚至受到损坏，还会使电能损耗增加，设备效率降低，容量不能充分发挥。

二、无功补偿的必要性及补偿方式

由于大量用电设备工作时需从电网吸取一部分无功功率，为克服因无功不足带来的各种弊端，尽可能减少需由电网供给的无功，以实现经济运行。实践中除改善用电设备本身的自然功率因数外，还要采取措施适当地补偿一部分无功以提高电网的功率因数。

无功功率补偿的方法很多，可采用电力容器，或采用具有容性负荷的装置进行补偿。下面谈电网中常用的无功补偿方式

主要有：1、高压集中补偿，即将并联电容器装设在变配电所高压母线上，补偿高压母线之前（电源方向）线路及变压器的无功功率；2、低压侧集中补偿，即将并联电容器安装在车间变配电所低压母线上，补偿车间变配电所低压母线之前（包括车间配电所和厂内高压配电线）所需的无功，其补偿范围较大；3、低压分散补偿，即将电容器组分组安装在车间配电室或各低压线的出线上，它可与工厂部分负荷的变动同时投入或切除；4、个别补偿，即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，可避免无功负荷的过补偿，使电压质量得到保证。

三、无功功率的补偿效益

1、可降低线路或变压器损耗

电流通过导线时，线损计算公式为：

△p=3I2R=3×

(1)

式中：

P____线路或变压器有功损耗（KW）；

I____线路或变压器中通过的电流（A）；

R____线路或变压器的每相电阻（Ω）；

P____经线路或变压器输送的有功功率（KW）；

Ue____线路额定电压（KV）；

COS____负荷功率因数。

由式（1）可知，当线路或变压器输送的有功和电压不变时，有功损失与负荷功率因数的平方成反比。补偿后功率因数由COS1提高到COS2，补偿前后的功率损失相应为△P1=P2R/Ue2COS21，△P2=P2R/Ue2COS22。若不计因提高功率因数而减少的电压损失，则线路或变压器中的有功损失减少值，△△P2=△P1-△P2=P2R/Ue2×（1/COS1-1/COS2/），由值可得：

△△P%=△△P/△P1×100%=[1-（COS1/COS2）2]×100%（2）

据式（2）可求得当功率因数由COS1提高到COS2时，所降低的功率损耗百分值（见表二）

表二提高功率因数与减少有功损耗的关系

COS2

△△P%

COS1 0.8 0.85 0.9 0.95 1.00

0.60 44 50 56 60 64

0.65 34 42 48 53 58

0.70 23 32 40 46 51

0.75 12 22 31 38 44

0.8 0 11 21 29 36

0.85 0 11 20 28

0.9 0 10 19

0.95

0 0

由表二可见，在输送同样的有功功率时，由于功率因数不同，在电网中造成的有功损耗也不同。且功率因数越高，损耗便越小。

2．可提高供配电设备的供电能力

（1）同样有功负荷不变条件下，适当补偿无功功率，可降低变压器的视在功率（见图一）

因Q=PtgФ1，Q2=PtgФ2，

S1=P/COSФ1,S2=P/COSФ2，

Qc=Q1－Q2=P（tgФ1－1/COSФ2）

显然，由于COSФ2＞COSФ1，故S2＞S1，即进行无功补偿后，变压器的视在功率可减少ΔS。如我公司红旗煤矿变电所有一台2000KVA的变压器，原功率因数仅为0.76左右，故在额定功率下有功最大输出功率

P=ScosФ=2000×0.76=1520KW，后来采取无功补偿将功率因数提高到0.95左

右，根据ΔS=P（1/COSФ1－1/COSФ2），变压器容量可减少ΔS=399.7KVA。因此，同样输送1520KW有功功率时，变压器的视在功率可减小为1600KVA。

对于在一定电压和有功功率下的电力设备，不难推得，由于补偿后COSФ2＞COSФ1，则I2＜I1。这说明，通过无功补偿后功率因数得到了提高，减少了变压器的总电流，从而使变压器容量得以充分利用。

同样视在功率不变情况下，适当补偿无功，可能提高变压器的有功功率输出。

3.可提高电压水平，改善运行条件

在三相对称负荷条件下，电压损失ΔU=I（RcosФ＋XsinФ）=（PR＋QX）/Ue。可见，在变压器低压侧或线路末端补偿无功Qc后，减小了要求电网供给的无功。此时要供给的无功为Q′=Q－Qc，从而也就能减少电压损失，改善用电设备运行条件，实践证明，特别是对1000KVA以下配电变压器及低压配电线路，采用电容器补偿后提高电压质量的效果尤为明显。

供电部门执行国家制定的《电热价格》对高压供电的大宗工业用户，当平均功率因数为0.9时不奖不罚，高于或低于0.9时则相应减收或增加电率电费。我公司供电的焦化厂有一台2000KVA变压器，受电电压为66KV，年用电量110万KWH，98年该厂的功率因数为0.76，当年多交的力率电费为（电力电费＋基本电费）×7.0÷100=32284元，99年该厂投入无功补偿电力电容器后，功率因数提高到0.95，在用电量不变的情况下，力率电费为（电力电费＋基本电费）×0.75÷100=﹣3459元，供电企业奖给该厂3459元，投入补偿电容器后比没投入补偿电容器之前降低生产成本为32284＋3459=35743元，可见效益之显著。

实践证明，用电单位投入无功补偿后，无论是在提高变压器输出能力与改善供电质量、还是实现经济运行及减少用电成本方面都取得了明显的效果。

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