电网建设中的无功补偿

电网建设中的无功补偿1功率因数和无功功率补偿的基本概念1.1功率因数：电网中的电气设备如电动机变压器等属于既有电感又有电阻的电感性负载，电感性负载的电压和电流的相量间存在着一个相位差，相位角的余弦cosφ即是功率因数，它是有功功率与视在功率之比即cosφ＝P/S。

功率因数是反映电力用户用电设备合理使用状况、电能利用程度及用电管理水平的一个重要指标。

1.2无功功率补偿：把具有容性功率的装置与感性负荷联接在同一电路，当容性装置释放能量时，感性负荷吸收能量，而感性负荷释放能量时，容性装置却在吸收能量，能量在相互转换，感性负荷所吸收的无功功率可由容性装置输出的无功功率中得到补偿。

2无功补偿的目的与效果2.1补偿无功功率，提高功率因数2.2提高设备的供电能力由P＝S·cosφ可看出，当设备的视在功率S一定时，如果功率因数cosφ提高，上式中的P也随之增大，电气设备的有功出力也就提高了。

2.3降低电网中的功率损耗和电能损失由公式I＝P/(·U·cosφ)可知当有功功率P为定值时，负荷电流I与cosφ成反比，安装无功补偿装置后，功率因数提高，使线路中的电流减小，从而使功率损耗降低：ΔP＝I2R，降低电网中的功率损耗是安装无功补偿设备的主要目的。

2.4改善电压质量在线路中电压损失ΔU的计算公式如下：ΔU＝×10 -3式中ΔU——线路中的电压损失 kVP——有功功率MWQ——无功功率MvarUe——额定电压kVR——线路总电阻ΩXL——线路感抗Ω由上式可见，当线路中的无功功率Q减少以后，电压损失ΔU也就减少了。

2.5减少用户电费开支，降低生产成本。

2.6减小设备容量，节省投资。

3无功补偿容量的选择3.1按提高功率因数值确定补偿容量Q cQc＝P[ ]（kvar）式中P——最大负荷月的平均有功功率kWcosφ１cosφ2——补偿前后功率因数值例如：某加工厂最大负荷月的平均有功功率为300kW，功率因数cosφ＝0.6，拟将功率因数提高到0.9，则所选的电容器容量为：QC=300×[]=300×（1．33—0．48）=255 （kvar）3.2按提高电压值确定补偿容量QCQC=（kvar）式中ΔU——需要提高的电压值VU——需要提高的电压值VU2——需要达到的电压值kVX——线路电抗Ω3.3按感应电动机空载电流值确定补偿容量电动机的无功补偿一般采用就地补偿方式，电容器随电动机的运行和停止投退，容量以不超过电动机空载时的无功损耗为宜，计算公式：Q C ≤ UeI(kvar)式中 Ue——电动机额定电压kVIO——电动机空载电流可用钳形电流表测出，若粗略估算，也可用下式：Q C ＝(1/4～1/2)Pn式中 Pn——电动机额定功率kW3.4按配电变压器容量确定补偿容量配电变压器低压侧安装电容器时，应考虑以下原则：在轻负荷时，防止向10kV配电网倒送无功；取得最大的节能效果，根据配变容量按下式计算：Q C ＝(0.10～0.15)Sn(kvar)Sn——配变容量kVA总之，无功补偿设备的配置，应按照“全面规划，合理布局，分级补偿，就地平衡”的原则，要把降损与调压相结合，以降损为主；又要把集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为主；同时，供电部门补偿与用户补偿相结合，以就地平衡为主，共同搞好无功补偿的配置和管理，从而取得无功补偿的最大经济效益。

[摘要] 对广大供电企业来说，用户功率因数的高低，直接关系到电力网中的功率损耗和电能损耗，关系到供电线路的电压损失和电压波动，而且关系到节约用电和整个供电区域的供电质量，这是众所周知的道理。

因此，提高电力系统的功率因数，已成为电力工业中一个重要课题，而提高电力系统的功率因数，首先就要提高各用户的功率因数。

文中简要集中探讨了影响电网功率因数的主要因素以及低压无功补偿的几种使用方法，以及确定无功补偿容量从而提高电力系统功率因数的一般方法。

[关键词] 功率因数影响因素补偿方法容量确定许多用电设备均是根据电磁感应原理工作的，如配电变压器、电动机等，它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递。

为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率，因此，所谓的"无功"并不是"无用"的电功率，只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已；因此在供用电系统中除了需要有功电源外，还需要无功电源，两者缺一不可。

在功率三角形中，有功功率P与视在功率S的比值，称为功率因数COSφ，其计算公式为：COSφ=P/S=P/（P2+Q2）1/2在电力网的运行中，功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度，我们希望的是功率因数越大越好。

这样电路中的无功功率可以降到最小，视在功率将大部分用来供给有功功率，从而提高电能输送的功率。

用户功率因数的高低，对于电力系统发、供、用电设备的充分利用，有着显著的影响。

适当提高用户的功率因数，不但可以充分的发挥发、供电设备的生产能力、减少线路损失、改善电压质量，而且可以提高用户用电设备的工作效率和为用户本身节约电能。

因此，对于全国广大供电企业、特别是对现阶段全国性的一些改造后的农村电网来说，若能有效的搞好低压补偿，不但可以减轻上一级电网补偿的压力，改善提高用户功率因数，而且能够有效地降低电能损失，减少用户电费。

其社会效益及经济效益都会是非常显著的。

1 影响功率因数的主要因素1.1 电感性设备和电力变压器是耗用无功功率的主要设备大量的电感性设备，如异步电动机、感应电炉、交流电焊机等设备是无功功率的主要消耗者。

据有关的统计，在工矿企业所消耗的全部无功功率中，异步电动机的无功消耗占了60％～70％；而在异步电动机空载时所消耗的无功又占到电动机总无功消耗的60％～70％。

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。

电力变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的10％～15％，它的空载无功功率约为满载时的1/3。

因而，为了改善电力系统和企业的功率因数，变压器不应空载运行或长期处于低负载运行状态。

1.2 供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大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。

1.3 电网频率的波动也会对异步电动机和变压器的磁化无功功率造成一定的影响综上所述，我们知道了影响电力系统功率因数的一些主要因素，因此我们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，使低压网能够实现无功的就地平衡，达到降损节能的效果。

2 低压网的无功补偿2.1 低压网无功补偿的一般方法低压无功补偿我们通常采用的方法主要有三种：随机补偿、随器补偿和跟踪补偿。

下面简单介绍这三种补偿方式的适用范围及使用该种补偿方式的优缺点。

2.1.1 随机补偿随机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。

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。

此种方式可较好地限制农网无功峰荷。

随机补偿的优点是：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，不会造成无功倒送，而且不需频繁调整补偿容量。

具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低等优点。

2.1.2 随器补偿随器补偿是指将低压电容器通过低压开关接在配电变压器二次侧，以无功补偿配电变压器空载无功的补偿方式。

配变在轻载或空载时的无功负荷主要是变压器的空载励磁无功，配变空载无功是农网无功负荷的主要部分，对于轻负载的配变而言，这部分损耗占供电量的比例很大，从而导致电费单价的增加，不利于电费的同网同价。

随器补偿的优点：接线简单、维护管理方便、能有效地补偿配变空载无功，限制农网无功基荷，使该部分无功就地平衡，从而提高配变利用率，降低无功网损，具有较高的经济性，是目前无功补偿中常用的手段之一。

2.1.3 跟踪补偿跟踪补偿是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置，将低压电容器组补偿在大用户0.4KV母线上的补偿方式。

适用于100KVA以上的专用配电用户，可以替代随机、随器两种补偿方式，补偿效果好。

跟踪补偿的优点是运行方式灵活，运行维护工作量小，比前两种补偿方式寿命相对延长、运行更可靠。

但缺点是控制保护装置复杂、首期投资相对较大。

但当这三种补偿方式的经济性接近时，应优先选用跟踪补偿方式。

2.2 采用适当措施，设法提高系统自然功率因数提高自然功率因数是不需要任何补偿设备投资，仅采取各种管理上或技术上的手段来减少各种用电设备所消耗的无功功率，这是一种最经济的提高功率因数的方法。

下面将对提高自然功率因数的措施做一些简要的介绍。

2.2.1合理选用电动机合理选择电动机，使其尽可能在高负荷率状态下运行。

在选择电动机时，既要注意它们的机械特性，又要考虑它们的电气指标。

举例说，三相异步电动机（100KW）在空载时功率因数仅为0.11，1/2负载时约为0.72，而满负载时可达0.86。

所以核算负荷小于40%的感应电动机，应换以较小容量的电动机，并合理安排和调整工艺流程，改善运行方式，限制空载运转。

故从节约电能和提高功率因数的观点出发，必须正确合理的选择电动机的容量。

2.2.2 提高异步电动机的检修质量实验表明，异步电动机定子绕组匝数变动和电动机定、转子间的气隙变动是对异步电动机无功功率的大小有很大影响。

因此检修时要特别注意不使电动机的气隙增大，以免使功率因数降低。

2.2.3 采用同步电动机或异步电动机同步运行补偿由电机原理可知，同步电动机消耗的有功功率取决于电动机上所带机械负荷的大小，而无功取决于转子中的励磁电流大小，在欠激状态时，定子绕组向电网“吸取”无功，在过激状态时，定子绕组向电网“送出”无功。

因此，只要调节电机的励磁电流，使其处于过激状态，就可以使同步电机向电网“送出”无功功率，减少电网输送给工矿企业的无功功率，从而提高了工矿企业的功率因数。

异步电动机同步运行就是将异步电动机三相转子绕组适当连接并通入直流励磁电流，使其呈同步电动机运行状态，这就是“异步电动机同步化”。

因而只要调节电机的直流励磁电流，使其呈过激状态，即可以向电网输出无功，从而达到提高低压网功率因数的目的。

2.2.4 正确选择变压器容量提高运行效益对于负载率比较低的变压器，一般采取“撤、换、并、停”等方法，使其负载率提高到最佳值，从而改善电网的自然功率因数。