低压功率因数补偿技术(标准)

第一章基本概念与名词解释在交流电路中，由电源供给负载率有两种：一种是有功功率，一种是无功功率。

1、功率：单位时间内所做的功。

2、有功功率保持用电设备正常运行所需的电功率，（交流电在一个周期内瞬时有功功率的平均值），即：电路中电阻上所消耗的功率。

它将电能转换为其它形式能量（机械能、光能、热能）的电功率。

符号用P表示，单位有瓦（W）、千瓦（KW）、兆瓦（MW）。

交流电有功功率的计算公式为：单相:P（W）= Ue Iecosφ三相: P（W）= √3UeIecosφ3、无功功率它作用于交流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。

电动机的转子磁场就是靠从电源取得无用功率建立的。

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。

无功功率的符号用Q表示，单位为乏（Var）或千乏（kVar）。

！交流电无功功率的计算公式为：单相:Q（Var）=Ue IeSinφ三相:Q（Var）=√3UeIeSinφ4、视在功率在具有电阻和电抗的电路中，电流和电压的乘积叫视在功率，单位伏安（VA）或千伏安（KVA）。

三相交流电视在功率计算公式为：S（VA）=√3Ue Ie=√P2+Q2。

或 S=P/cosφ5、功率因数：在同一相交流电路中，相电压与相电流之间的相位差的余弦称为功率因数，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cosΦ=P/S。

功率因数的大小与电路工作负载的性质有关，纯电阻负载的功率因数为1，电感性或电容性负载电路的功率因数都小于1。

而且在电感性负载电路中，电流滞后电压一个角度，结果功率因数滞后一个角度（随着滞后角度的增加，电网电压随着下降）。

在电容性负载电路中，电流超前电压一个角度，结果功率因数超前一个角度（随着超前角度的增加，电网电压随着上升）。

99功率因数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。

6、自然功率因数、是指用电设备没有安装无功补偿设备时的功率因数，或者说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负荷性质，电阻性负荷的功率因数较高，等于1。

电感性或电容性负载电路的功率因数都小于1。

7、瞬时功率因数是指在某一瞬间由功率因数表读出的功率因数。

瞬时功率因数是随着用电设备的类型、负荷的大小和电压的高低而时刻在变化。

8、加权平均功率因数是指在一定时间段内功率因数的平均值。

9、有功功率、无功功率、视在功率之间的关系电网中的许多设备是根据电磁感应原理工作的。

它们在能量转换过程中建立交变磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等，这种功率叫无功功率。

电力系统中，不但有有功功率平衡，无功功率也要平衡。

S=22Q P S、Q式中： φS ————视在功率，KVA PP ————有功功率，KWQ ————无功功率，kvarφ角为功率因数角，它的余弦（cos φ）是有功功率与视在功率之比即：cos φ=P/S 称为功率因数。

由功率三角形可以看出，在一定的有功功率下，用电企业功率因数cosφ越小，则所需的无功功率越大。

如果无功功率不是由电容器提供，则必须由输电系统供给，为满足用电的要求，供电线路和变压器的容量需增大。

这样，不仅增加供电投资、降低设备利用律，也将增加线路损耗。

为此，国家供用电规则规定：无功电力应就地平衡，用户应在提高用电自然功率因数的基础上，设计和装置无功补偿设备，并做到随其负荷和电压变动及时投入或切除，防止无功倒送。

还规定用户的功率因数应达到相应的标准，否则供电部门可以拒绝提高功率因数，防止无功倒送，从而节约电能，提高运行质量都具有非常重要的意义。

:10、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。

无功补偿的基本原理是：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，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。

11、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=增加到cosΦ=时，装1Kvar电容器可节省设备容量；反之，增加对原有设备而言，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。

第二章、无功对电网的影响及功率因数降低的原因在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。

如果用电设备过多地从电网索取无功功率，将使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。

结果造成电网功率因数降低，线路电压损失增大和电能损耗增加。

》无功功率对供、用电产生一定的不良影响，主要表现在：(1)降低发电机有功功率的输出。

(2)降低输、变压设备的供电能力。

(3)造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。

(4)造成底功率因数运行和电压下降，使电气设备容量得不到充分发挥。

从发电机和高压电线供给的无功功率，远远满足不了负荷的需要，所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率，以保证用户对无功功率的需要，这样用电设备才能在额定电压下工作。

这就是电网需要装设无功补偿装置的道理1、异步电动机对功率因数的影响厂矿企业绝大部分动力负荷都是异步电动机, 异步电动机转子与定子间的气隙是决定异步电动机需要较多无功的主要因素,而异步电动机所耗用的无功功率是由其空载时的无功功率和一定负载下无功功率增加值两部分所组成。

所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。

因此，在选择异步电动机时，既要注意它们的机械性能，又要考虑它们的电器指标，合理选择异步电动机的型号、规格和容量，使其处于经济运行状态，若电动机长期处于低负载下运行，既增大功率损耗，又使功率因数和效率都显著恶化。

故从节约电能和提高功率因数的观点出发，必须正确的合理的选择电动机的容量。

其次，要提高异步电动机的检修质量，因为异步电动机定子绕组匝数变动和电动机定、转子间的气隙变动时对异步电动机无功功率的大小有很大的影响。

~2、电力变压器对功率因数的影响电力变压器的无功功率消耗，是由于变压器的变压过程是由电磁感应来完成的，是由无功功率建立和维持磁场进行能量转换的。

没有无功功率，变压器就无法变压和输送电能。

变压器消耗无功的主要成分是它的空载无功功率，提高变压器的功率因数就必须降低变压器的无功损耗，避免变压器空载运行或长期处于低负载运行状态。

3、整流装置对功率因数的影响单就整流系统而言，其功率因数可达到，但是由于整流系统网侧电流不是正弦波，整流变压器除向电网吸取基波电流外，还向电网送出谐波电流，严重影响并联电容的运行。

尽可能减少谐波分量的产生是消除整流装置对功率因数补偿设备影响的根本办法。

整流机组的网侧谐波分量与等效相数有密切关系，提高等效相数是抑制谐波产生的有效措施。

公司整流系统共有四台整流变压器，为提高等效相数，分别将整流变压器接成△/△▽和Y/△▽，从而组成12相整流系统，这时单套6脉波整流的工作原理不变，只是一台整流变压器通过Y/△移相使5，7，17，19……次谐波相互抵消,注入系统的只有12K±1次特征谐波，在不增加设备的前提下，达到了最大限度抑制谐波分量，减少了谐波分量对电容运行的影响的目的。

4、供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响当供电电压高于额定值的10％时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，据有关资料统计，当供电电压为额定值的110％时，一般工厂的无功将增加35％左右。

当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。

但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。

所以，应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。

5、电网频率波动也会对异步电机和变压器的磁化无功功率造成一定的影响6、以上论述了影响电力系统功率因数的一些主要因素，因此必须要寻求一些行之有效的、能够使低压电力网功率因数提高的一些实用方法，使低压电网能够实现无功的就地平衡，达到降损节能的效果。

第三章无功功率补偿的种类和特点由于多数中小型企业在实际生产工艺中没有使用同步机，基本都是三相异步电机，所以采用并联移相电容器的方式进行功率因数补偿。

无功补偿通常采用的方法主要有3种：低压个别补偿、低压集中补偿、高压集中补偿。

下面简单介绍这3种补偿方式的适用范围及各种补偿方式的优缺点。

￥1、低压个别补偿（分散补偿）低压个别补偿就是根据个别用电设备对无功的需要量将单台或多台低压电容器组分散地与用电设备并接，它与用电设备共用一套断路器(即开关)。

通过控制、保护装置与电机同时投切。

随机补偿适用于补偿个别大容量且连续运行(如大中型异步电动机)的无功消耗，以补励磁无功为主。

低压个别补偿的优点是：用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停运时，补偿设备也退出，因此不会造成无功倒送。

具占位小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低等优点。

但是这种补偿方式总的设备投资较大，且电容器在用电设备停止工作时，它也一并被切除，没有充分利用，所以利用率不高。

2、低压集中补偿低压集中补偿是指将低压电容器通过低压开关接在配电变压器低压母线侧，以无功补偿投切装置作为控制保护装置，根据低压母线上的无功负荷而直接控制电容器的投切。

电容器的投切是整组进行，做不到平滑的调节。

低压补偿的优点：接线简单、运行维护工作量小，使无功就地平衡，从而提高配变利用率，降低网损，具有较高的经济性，是目前无功补偿中常用的手段之一。

3、高压集中补偿高压集中补偿是指将并联电容器组直接装在变电所的6～10kV高压母线上的补偿方式。

适用于用户远离变电所或在供电线路的末端，用户本身又有一定的高压负荷时，可以减少对电力系统无功的消耗并可以起到一定的补偿作用；补偿装置根据负荷的大小自动投切，从而合理地提高了用户的功率因数，避免功率因数降低导致电费的增加。

同时便于运行维护，补偿效益高。