功率因数及无功补偿介绍

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1.5 功率因数
功率因数(cosφ)
在交流电路中，电压与电流之间的相位差(Φ)的余弦叫做功率 因数，用符号cosΦ表示，功率因数是电力系统的一个重要的技 术数据，它是衡量电气设备效率高低的一个系数。功率因数低， 说明电路用于交变磁场转换的无功功率大，从而降低了设备的 利用率，增加了线路供电损失。从数值上来讲，功率因数是有 功功率和视在功率的比值，即：cosΦ=P/S 测量功率因数的仪表称为功率因数表
4.减少供电线路的功率损失，提高电网输电效率；
5.使发电机能做出更多的有功功率。
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2.1 提高功率因数的作用
无功补偿应遵循的基本原则：
1.提高用电单位的自然功率因数；
2.全面规划,合理布局,分级补偿,就地平衡；
3.集中补偿与分散补偿相结合,以分散补偿主； 4.高压补偿与低压补偿相结合,以低压补偿为主； 5.与降损相结合，以降损为主的原则。
相位差滞后
相位差超前
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1.2 有功功率
有功功率（P）
指在交流电路中一个周期内发出或负载消耗的瞬时功率的积分 的平均值（或负载电阻所消耗的功率），因此也称平均功率。 平常泛指将电能转换为其他形式能量(机械能、光能、热能)的 电功率，以字母P表示，单位主要有瓦(W)、千瓦(kW)、兆瓦(MW) 有功功率与电压、电流间的关系：P= UIcosφ 式中，U、I分别为正弦交流电的有效值，φ为电压与电流信号 的相位差，测量有功功率的仪表称为有功功率表，简称有功表
电容器，根据功率因数大小自动投切
3.低压就地补偿 在单台设备处安装并联电容器，随设备同步工作
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2.2 提高功率因数的方法
1.串联电容补偿 串联补偿主要用于输电、配电线路，将电容器与线路串联，以 改变线路参数、减少线路的电压损失、提高线路末端的电压水 平、减少网络的功率损耗和提高输送能力 2.并联电容补偿 电力系统中的，利用容性负载电流超前电压角度，感性负载电 流滞后电压角度的特点，在系统中并联电容器以抵消电感电流 3.自动投切补偿 自动补偿是将并联电容器的固定补偿方式采用自动控制，以调 整和适应无功需求的实时变化。自动补偿能克服固定补偿的缺 点，优化无功补偿的效果，提高无功补偿的能力，实现无功补 偿的平滑调节
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1.3 无功功率-续
无功功率是能否取消？
由于无功功率对外不做功，才被称之为"无功"。 无功功率决不是无用功率，它的用处很大。凡是有电磁线圈的 电气设备，都要消耗无功功率。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。 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。
应停用部分设备，采用联络方式供电，如无条件，应更换成容
量较小的变压器。
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2.2 提高功率因数的方法
3.合理安排和调整工艺流程
通过合理安排和调整工艺流程和时间，改善电机设备的运
行状态, 限制电焊机和机床电动机的空载运行。
例如可采用空载自动延时断电装置流程等
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1.4 视在功率
视在Fra Baidu bibliotek率（S）
是指交流电路中电压的有效值和电流的有效值的乘积，以字母 S 表示。通常用视在功率表示变压器等设备的容量，常用单位 为伏安(VA)和千伏安(KVA) 。 视在功率与电压、电流间的关系为：S=UI 视在功率与有功、无功间的关系为：S²=P²+Q² 可以用功率三角形来表示，它是一个直角三角形，两直角边 分别为 Q 与 P，斜边为 S，S 与 P 之间的 夹角Ф为功率因数角，它反映了该交流电路 中电压与电流之间的相位差（角）
2.2 提高功率因数的方法
4.异步电动机同步化运行
对于负荷率不大于0.7及最大负荷不大于90%额定功率的绕 线式异步电动机，必要时可使其同步化，即当绕线式异步 电动机在起动完毕以后，向转子三相绕组中送入直流励磁, 即产生转矩把异步电动机牵入同步运行，其运转状态与同 步电动机相似，在过励磁的情况下，电动机可向电网送出 无功功率,从而达到改善功率因数的目的。
据统计,我国中小型异步电动机的用电负荷约占电网总负荷的80% 以上, 电动机耗能占整个工业用电量的60%～68%左右，做好电动 机的降损节能具有十分重要的经济意义。 正确选用异步电动机,使其额定容量与所带负载相配合,对于改善 功率因数是十分重要的。在选型方面,要注意选用节能型,淘汰高 能耗的电动机,并依据电机机械工作对启动力矩、启动次数、调 速等方面的具体要求,选用不同的型号。电动机的效率η与功率 因数cosφ是反映电动机经济运行水平的主要指标 当负载率β在70%～100%之间时，为经济运行区；
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1.3 无功功率
无功功率（Q）
在交流电路中，具有电感（电容）的电路里，电感（电容）在 半周期的时间里把电源的能量变成磁场（电场）的能量贮存起 来，在另外半周期的时间里又把贮存的磁场（电场）能量送还 给电源，它们只是与电源进行能量交换，并没有真正消耗能量， 我们把与电源交换能量的振幅值叫做无功功率，以字母 Q 表示， 主要单位乏(var)、千乏(Kvar)，它是在电气设备中建立和维持 磁场和电场的电功率，它与电压、电流间的关系： Q=UIsinφ sinφ=Q/S。测量无功功率的仪表称为无功功率表，简称无功表
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1.5 功率因数-续
功率因数(cosφ)
在交流电路中，电压与电流之间的相位差(Φ)的余弦叫做功率 因数，用符号cosΦ表示，功率因数是电力系统的一个重要的技 术数据，它是衡量电气设备效率高低的一个系数。功率因数低， 说明电路用于交变磁场转换的无功功率大，从而降低了设备的 利用率，增加了线路供电损失。 从S²=P²+Q²来看，如果Q的kvar的值为零的话，kVA就会与kW相 等，那么供电局供出来的1kVA的电就等于用户1kW的消耗，此时 成本效益最高，所以功率因数是供电局非常在意的一个系数。 用户如果没有达到理想的功率因数，相对地就是在消耗供电局 的资源，所以这也是为什么功率因数是一个法规的限制。就国 内而言功率因数规定是必须介于电感性的0.9～1之间，低于0.9 时需要接受处罚
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2.2 提高功率因数的方法
方法2：人工补偿无功功率-补偿技术的发展
同步调相机 → 开关投切固定电容 → 静止无功补偿器SVC → 静止无功发生器SVG（STATCOM）(最新)几个不同阶段 各种无功设备各自特点如下： 1.同步调相机：响应速度慢，噪音大，损耗大，技术陈旧， 属淘汰技术； 2.开关投切固定电容：慢响应补偿方式，连续可控能力差； 3.静止无功补偿器(SVC)：目前相对先进实用技术，在输配电 电力系统中得到了广泛应用； 4.静止无功发生器（SVG）：目前有技术上局限性，属少数示范 工程阶段，但SVG是一种更为先进的新型静止型无功补偿装置， 是灵活柔性交流输电系统（FACTS）技术和定制电力（CP）技 术的重要组成部分，是未来无功功率补偿装置的发展方向
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名词解释
静止无功补偿器（SVC） 于20世纪70年代兴起，现在已经发展成为很成熟的FACTS装置， 其被广泛应用于现代电力系统的负荷补偿和输电线路补偿（电 压和无功补偿），在大功率电网中，SVC被用于电压控制或用 于获得其它效益，如提高系统的阻尼和稳定性等；这类装置的 典型代表有：晶闸管控制电抗器（TCR）和晶闸管投切电容器 （TSC）它不再采用大容量的电容器，电感器来产生所需无功 功率，而是通过电力电子器件的高频开关实现对无功补偿，特 别适用于中高压电力系统中的动态无功补偿。静止无功补偿器 是一种没有旋转部件，快速、平滑可控的动态无功功率补偿装 置。它是将可控的电抗器和电力电容器（固定或分组投切）并 联使用。电容器可发出无功功率（容性的），可控电抗器可吸 收无功功率（感性的）。通过对电抗器进行调节，可以使整个 装置平滑地从发出无功功率改变到吸收无功功率（或反向进 行），并且响应快速。
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2.2 提高功率因数的方法
方法1：提高自然功率因数（优先）
1.正确选用异步电动机的型号与容量
2.根据负荷选用相匹配的变压器
3.合理安排和调整工艺流程 4.异步电动机同步化运行
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2.2 提高功率因数的方法
1.正确选用异步电动机的型号与容量
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2.2 提高功率因数的方法
电容补偿无功功率原理
电流在电感元件中作功时，电流滞后于电压90°，而电流在电
容元件中作功时，电流超前电压90°，在同一电路中，电感电
流与电容电流方向相反，互差180°，如果在电感元件电路中有 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，相应的功率因数就得到提高。由 于无功补偿设备投资及本身也要消耗一定的能耗，所以说这是 一种折中的提高功率因数的方法。
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2.1 提高功率因数的作用
1.提高供电质量，改善设备运行条件，保证设备在正常条 件工作，有利于安全生产； 2.节约电能，降低企业的生产成本，减少电费开支。如避
免因功率因数低于规定值而受罚；减少内部传输和分配
无功功率造成的有功功率损耗； 3.提高企业用电设备的利用率，充分发挥企业的设备潜力；
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2.2 提高功率因数的方法
电容补偿无功功率分类
按安装地点分类 1.高压集中补偿 2.低压分组补偿 3.低压就地补偿
按补偿原理分类
1.串联电容补偿 2.并联电容补偿 3.自动投切补偿
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2.2 提高功率因数的方法
1.高压集中补偿
将高压电容器组集中装设在工厂变配电所的6~10kV母线 上，它只能补偿6~10kV母线前线路的无功功率 2.低压分组补偿 在配电变压器低压侧和用户车间配电屏安装并联补偿
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2.3 提高功率因数的设备
1.补偿控制设备（功率因数控制器）
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2.3 提高功率因数的设备
2.无功补偿设备（电容器）
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2.3 提高功率因数的设备
3.配套设备（专用接触器、熔断器、配电柜等）
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当40% ≤β≤70%时，为一般运行区；
当β<40%时，为非经济运行区。
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2.2 提高功率因数的方法
2.根据负荷选用相匹配的变压器
电力变压器一次侧功率因数不但与负荷的功率因数有关，而且 与负荷率有关，若变压器满载运行，一次侧功率因数仅比二次 侧降低约3～5%；若变压器轻载运行，当负荷小于0.6时,一次侧 功率因数就显著下降,下降达11～18%，所以电力变压器的负荷 率在0.6以上运行时才较经济,一般应在60%～70%比较合适，所 以为了充分利用设备和提高功率因数,电力变压器不宜作轻载运 行。当电力变压器负荷率小于30%且有多台变压器可联络运行时，
黃文俊
2016/05/13
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目录
一、功率及功率因数介绍 二、无功补偿意义及方法
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1.1 功率
功率分三种: 有功功率 P、无功功率 Q 、视在功率 S
在三相交流负荷中，任何时候这三种功率都是同时存在的， 电压与电流之间的相位差(φ)的余弦叫做功率因数，用符号 cosφ 表示。 三种功率和功率因素是一个直角功率三角形关系：S²=P²+Q² 。 视在功率 S=√3UI 有功功率 P=√3UIcosφ cosφ=P/S 无功功率 Q=√3UIsinφ sinφ=Q/S