无功补偿及应用

浅谈无功补偿及应用

摘要：在供电线路中的电力负荷大部分属于感性负荷，其中的运行需向设备提供相应之无功功率。本文主要简述了在供配电系统中无功功率的产生、功补偿的意义及补偿方式。笔者具有近三十五年的供电相关经验，对于无功功率及无功补偿有着自己独到的心得，本文即是根据几十年实践经验提出在变频器广泛使用的情况计算无功补偿容量应注意的问题。

关键词：供电线路电力负荷无功功率无功补偿

在供电线路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cos?%o1=0.8增加到cos?%o2=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?%=?%j%=（1-cos?%o1/cos?%o2）??00%得出其中cos?%o2为补偿后的功率因数，cos?%o1为补偿前的功率因数则：cos?%o2>cos?%o1，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。供电线路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：

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。

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≤ui0式中：

q---无功补偿容量（kvar）；u---电动机的额定电压（v）；i0---电动机空载电流（a）；但是无功就地补偿也有其缺点：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。工厂供配电系统无功补偿容量的确定如何确定工厂供电系统无功补偿容量，在传统的供配电设计中一般有两种方法：根据工厂设备负荷（装机容量）计算出视在功率，再由需要系数法算出工厂总的有功计算负荷和无功计算负荷，根据总的无功计算负荷来确定无功负荷补偿量。按需要系数法计算：用电设备组的计算负荷pjs是指用电设备组从供电系数中取用的半小时最大负荷，用电设备组的装机容量ps，即ps=∑pepe：额定功率,

用电设备组的计算负荷 pjs= ps

kt:设备组同时运行系数（设备容量与总容量之比）

kh:设备组负荷系数（输出功率与总容量之比）

ns:设备组的平均效率（输出功率与取用功率之比）

nt:配电线路的平均效率（线路的末端功率与首端功率之比）令：kx=kt*kh/ns*nt（kx为需要系数）则：pjs= kx*ps

对于多组用电设备的计算负荷：pjs=k∑*∑pjs.i

k∑:对于车间干线可取0.9-1；对于工厂母线可取0.8-0.9

同样对于总的无功计算负荷为：qjs=k∑*∑qjs.i以上两公式中的pjs 和qjs分别表示工厂总的有功和无功计算负荷之和。其中qjs就是我们所要补偿的总无功容量根据变压器容量确定需要的补偿无功容量在一般的供配电设计中，工程技术人员的经验大都是按照工厂最终选定的变压器容量的百分之二十至二十五来作为无功补偿的总容量，即：qjs=（20-25）%*sj sj：代表变压器容量。以上两种计算无功补偿容量的计算办法在传统的供配电设计中是切实可行的并取得过良好的效果，长期以来一直被工程设计人员所采用。随着科学技术的发展、新电器元件的不断出现使电气设备的无功损耗越来越小。例如变频器的广泛使用大大提高了电动机的有功功率、降低了电动机的无功损耗，这对我们工程技术人员在设计供配电无功补偿容量时就必须要考虑的一个重要因素。

我公司是一个以生产镀锌钢绞线为主的企业，在电气设备中30kw 以上的电动机占大多数。由于我们在对电动机的控制上广泛采用了变频器来控制，大大的降低电动机的无功损耗，降低了电动机的启

动电流，功率因数由原来0.8提高到0.95以上，当然同时也产生了很多不利于电网运行的高次谐波。电气控制设备中广泛采用了先进的plc程序控制器，控制的智能化程度也越来越高。因此在新的电气元器件广泛应用的时代我们工程技术人员在供配电设计时必须要考虑由于这些新的电气原件的应用给无功补偿带来的变化。我公司于2010年新建了一座35kv/6300kva的变电站，在设计中由于设计人员没有考虑到我公司的大部分电动机都是采用变频器控制的，仍然使用老的设计理念在高压侧按变压器容量的百分之二十考虑无功补偿qjs=20%*sj=20%*6300kva=12620 kvar。在设计方案审核时本人通过多年的实践提出了自己的观点：⑴我公司的用电设备主要是电动机和电加热系统、电加热是纯电阻性负载没有无功损耗，电动机大都使用变频器控制、功率因数已经很高，在10kv供电时也已投入了足量的无功补偿、功率因数都在0.95以上、并且还有富余的补偿容量。⑵由于我公司广泛使用了变频器会产生高次谐波、应考虑高次谐波超标的治理。

基于上述原因本人提出先不上35kv/1260kvar无功补偿电容器、待变电站投入使用后实测所缺无功补偿量和高次谐波超标量再一同治理。该变电站于2011年2月份正式投入使用，通过满负荷测试，高压无功损耗只有200kvar；高次谐波超标量也很少。这样我们只上了一台35kv/200kvar高压电容柜并在柜内增加了压制高次谐波的电感装置，这样一台高压柜就解决了无功补偿和高次谐波问题。