淺談配電系統(tǒng)中無(wú)功補(bǔ)償容量的計(jì)算

田源

摘 要：在配電網(wǎng)中，僅靠供電網(wǎng)注入的無(wú)功功率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足負(fù)荷對(duì)無(wú)功的要求，所以在配電網(wǎng)中，需要消耗無(wú)功功率的地方產(chǎn)生無(wú)功功率，這就是無(wú)功功率的就地補(bǔ)償。并聯(lián)電容器組是配電網(wǎng)中應(yīng)用最廣泛的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，通過(guò)投切電容器組可有效調(diào)整配電網(wǎng)中的無(wú)功功率，以滿足在正常電壓水平下系統(tǒng)對(duì)無(wú)功功率的需求。

關(guān)健詞：無(wú)功補(bǔ)償 功率因數(shù) 無(wú)功補(bǔ)償?shù)挠?jì)算

1.前言

為減少用電網(wǎng)對(duì)供電網(wǎng)無(wú)功功率的需求，提高電力系統(tǒng)的電壓水平，減小網(wǎng)絡(luò)損耗和改善電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，在電力系統(tǒng)中的變電所或直接在電能用戶變電所裝設(shè)無(wú)功功率電源，這種技術(shù)措施稱為無(wú)功補(bǔ)償。

2.功率因數(shù)與無(wú)功補(bǔ)償

2.1 自然功率因數(shù)

功率因數(shù)為供電網(wǎng)輸送的有功功率P與視在功率S的比值，稱為功率因數(shù)cosφ。其計(jì)算方式為：

視在功率 S2=P2+Q2

功率因數(shù) cosφ=P/S

式中S—視在功率 P—有功功率 Q—無(wú)功功率

在電力網(wǎng)的運(yùn)行中，功率因數(shù)反映了電源輸出的視在功率被有效利用的程度，我們希望的是功率因數(shù)越大越好。這樣供電線路中的無(wú)功功率可以降到最小，視在功率將大部分用來(lái)供給有功功率，從而提高電能輸送的功率。

在用電設(shè)備沒(méi)有安裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備時(shí)的功率因數(shù)，即用電設(shè)備本身所具有的功率因數(shù)，稱為自然功率因數(shù)。

2.2 無(wú)功補(bǔ)償對(duì)功率因數(shù)的影響

在油氣田建設(shè)中，采用并聯(lián)電容器集中補(bǔ)償?shù)姆绞竭M(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。在用電系統(tǒng)中，根據(jù)無(wú)功負(fù)荷，就地投切所需電容器，為用電設(shè)備提供其所需無(wú)功功率，使所需的無(wú)功功率就地平衡，這樣就使得供電網(wǎng)輸送的無(wú)功功率減少，相應(yīng)的視在功率也相應(yīng)減少。無(wú)功功率的就地平衡不僅可以在輸送有功功率不變的情況下減少供電網(wǎng)輸送的視在功率，提高功率因數(shù)及電網(wǎng)效率，還避免了無(wú)功功率長(zhǎng)距離輸送，使無(wú)功電流在線路上造成的線損大大減少。

簡(jiǎn)而言之，無(wú)功補(bǔ)償可以減少供電網(wǎng)的無(wú)功功率，提高功率因數(shù)，提高供電質(zhì)量，提高電網(wǎng)效率，減少供電損失。

3.無(wú)功補(bǔ)償?shù)挠?jì)算

無(wú)功補(bǔ)償?shù)娜萘咳暨^(guò)小，則不能使功率因數(shù)及供電效率達(dá)到理想效果；無(wú)功補(bǔ)償?shù)娜萘咳暨^(guò)大，則會(huì)造成無(wú)功功率向供電網(wǎng)倒供，使功率因數(shù)超前，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

因此，對(duì)用電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償容量進(jìn)行計(jì)算，合理選擇無(wú)功功率補(bǔ)償器的容量，具有重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)意義。

根據(jù)查閱相關(guān)資料，無(wú)功補(bǔ)償?shù)娜萘坑梢韵鹿接?jì)算：

Qc=Pj（tgφ1-tgφ2） （1）

式中 Pj—補(bǔ)償前的負(fù)荷有功功率

Qc—無(wú)功補(bǔ)償?shù)娜萘?，即移相電容器容?/p>

cosφ1—無(wú)功補(bǔ)償前的功率因數(shù)

cosφ2—無(wú)功補(bǔ)償后的功率因數(shù)

4.舉例分析無(wú)功補(bǔ)償?shù)挠?jì)算

無(wú)功補(bǔ)償在油氣田配電網(wǎng)建設(shè)中有著重要的作用，本文就寧夏石油儲(chǔ)備庫(kù)臨時(shí)用電及靖邊防腐廠節(jié)能改造的兩個(gè)實(shí)例，典型分析下無(wú)功補(bǔ)償?shù)挠?jì)算方法。

4.1 寧夏石油儲(chǔ)備庫(kù)臨時(shí)用電的無(wú)功補(bǔ)償計(jì)算

經(jīng)過(guò)寧夏石油儲(chǔ)備庫(kù)施工設(shè)備的負(fù)荷計(jì)算、變壓器選型等準(zhǔn)備工作，確定以下數(shù)據(jù)資料：

變壓器容量為630kVA，補(bǔ)償前功率因數(shù)為cosφ1=0.75，目標(biāo)補(bǔ)償后功率因數(shù)為cosφ2=0.9。

即按照變壓器滿負(fù)荷運(yùn)行的情況下

Pj=630kW，tgφ1=tg（arcosφ1）=0.88，tgφ2=tg（arcosφ2）= 0.48

根據(jù)計(jì)算公式，所需無(wú)功補(bǔ)償?shù)娜萘繛?/p>

Qc=630×（0.88-0.48）=252kvar

即容量為630kVA的變壓器滿負(fù)荷運(yùn)行，若功率因數(shù)從0.75提升到0.9，即可選用255kvar的無(wú)功功率補(bǔ)償電容器。

4.2 靖邊防腐廠節(jié)能改造的無(wú)功補(bǔ)償計(jì)算

待補(bǔ)償?shù)淖儔浩鳛橐慌_(tái)用于中頻爐的800kVA變壓器，一臺(tái)用于照明維修的500kVA變壓器。

4.2.1 用于中頻爐的800kVA變壓器的無(wú)功補(bǔ)償計(jì)算

此臺(tái)變壓器的主要負(fù)載為兩臺(tái)中頻爐設(shè)備：

（1）額定功率500KW，實(shí)際運(yùn)行功率200-400KW；

（2）額定功率350KW，實(shí)際運(yùn)行功率150-280KW。

中頻爐的工作特性是負(fù)荷越大功率因數(shù)越高，負(fù)荷超過(guò)80%時(shí)，功率因數(shù)大約為0.80，但如果僅是滿負(fù)荷的40%，功率因數(shù)僅大約為0.45。

日常工作時(shí)中頻爐最大及最小工作負(fù)荷如下：

最大負(fù)荷是Pmax=400+280=680KW，大約占額定功率的80%，此時(shí)按功率因數(shù)cosφmax=0.80。

最小負(fù)荷是Pmin=200+150=350KW，大約占額定功率的40%，此時(shí)功率因數(shù)按cosφmin=0.45。

經(jīng)過(guò)無(wú)功補(bǔ)償后，目標(biāo)功率因數(shù)按cosφ=0.95計(jì)算。

（1）最大負(fù)荷情況下無(wú)功補(bǔ)償計(jì)算

Pmax=680kW，tg（arcosφmax）=0.75，tgφ=tg（arcosφ）=0.33

因此，Qmax=680×（0.75-0.33）=286kvar

（2）最小負(fù)荷情況下無(wú)功補(bǔ)償計(jì)算

Pmin=350kW，tg（arcosφmin）=1.98，tgφ=tg（arcosφ）=0.33

因此，Qmin=350×（1.98-0.33）=578kvar

綜合考慮，選擇無(wú)功補(bǔ)償電容器的容量為550kvar，即使在最小負(fù)荷時(shí)，目標(biāo)功率因數(shù)也能達(dá)到91.5%以上。

4.2.2 用于照明維修的500kVA變壓器的無(wú)功補(bǔ)償計(jì)算

變壓器容量為500kVA，補(bǔ)償前功率因數(shù)為cosφ1=0.7，目標(biāo)補(bǔ)償后功率因數(shù)為cosφ2=0.95。

即按照變壓器滿負(fù)荷運(yùn)行的情況下

Pj=500kW，tgφ1=tg（arcosφ1）=1.02，tgφ2=tg（arcosφ2）= 0.33

根據(jù)計(jì)算公式，所需無(wú)功補(bǔ)償?shù)娜萘繛?/p>

Qc=500×（1.02-0.33）=345kvar

即容量為630kVA的變壓器滿負(fù)荷運(yùn)行，若功率因數(shù)從0.7提升到0.95，即可選用350kvar的無(wú)功功率補(bǔ)償電容器。

針對(duì)不同的用電負(fù)荷、不同的無(wú)功功率需求、不同的功率因數(shù)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)其進(jìn)行不同的無(wú)功補(bǔ)償?shù)娜萘坑?jì)算，才不至于造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)寧夏石油儲(chǔ)備庫(kù)臨時(shí)用電系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償計(jì)算及靖邊防腐廠節(jié)能改造的無(wú)功補(bǔ)償進(jìn)行實(shí)例計(jì)算，提出了無(wú)功補(bǔ)償?shù)挠?jì)算方法，并分析了無(wú)功補(bǔ)償容量的合理選型，指出實(shí)際工作中對(duì)于不同負(fù)荷、不同無(wú)功功率需求、不同功率因數(shù)，如何進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償計(jì)算及如何合理選用無(wú)功補(bǔ)償容量。