淺談無功補(bǔ)償在低壓電網(wǎng)中的應(yīng)用

高開英

（沈陽東盛電力技術(shù)研究所有限公司，遼寧 沈陽110168）

1 無功補(bǔ)償?shù)幕局R

1.1 無功補(bǔ)償?shù)脑?/p>

1.1.1 無功功率

電網(wǎng)中電力設(shè)備大多是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的，他們在能量轉(zhuǎn)換過程中建立交變的磁場，在一個周期內(nèi)吸收的功率和釋放的功率相等。 電源能量在通過純電感或純電容電路時并沒有能量消耗，僅在負(fù)荷與電源之間往復(fù)交換，在三相之間流動，由于這種交換功率不對外做功，因此稱為無功功率。

1.1.2 功率因數(shù)

實(shí)際供用電系統(tǒng)中的電力負(fù)荷并不是純感性或純?nèi)菪缘模羌扔须姼谢螂娙?、又有電阻的?fù)載。 這種負(fù)載的電壓和電流的相量之間存在著一定的相位差，相位角的余弦cosφ 稱為功率因數(shù)，又稱力率。 它是有功功率與視在功率之比。

三相功率因數(shù)的計(jì)算公式為：

式中：cosφ—功率因數(shù)；P—有功功率，kW；Q—無功功率；kvarS—視在功率，kVA。

1.1.3 無功補(bǔ)償原理

電網(wǎng)輸出的功率包括兩部分，有功功率和無功功率。 直接消耗電能，把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能、熱能、化學(xué)或聲能等的電功率，稱為有功功率。不消耗電能，只是把電能轉(zhuǎn)換為另一種形式的能，這種能是電氣設(shè)備能夠做功的必要條件。 這種能作為電網(wǎng)中與電能進(jìn)行周期性轉(zhuǎn)換，這叫無功功率。 電流在電感元件中做功過過程中， 電流超前電壓90度。電流在電容元件中做功時，電流滯后電壓90 度。在同一電路中，電感電流與電容電流方向相反。 所以，如果在電磁元件裝上相應(yīng)比例的電容元件，使兩都的電流相互批評消，使電流和電壓的矢量夾角減小，從而提高了電流做功的能力，使有功功率增加。

1.2 無功補(bǔ)償?shù)囊饬x

1） 減少電力損失， 一般工廠動力配線依據(jù)不同的線路及負(fù)荷情況，其電力損耗約2%-3%左右，使用電容提高功率因數(shù)后，總電流降低，可降低供電端與用電端的電力損失。

2）改善供電品質(zhì)，提高功率因數(shù)，減少負(fù)載總電流及電壓降。于變壓器二次側(cè)加裝電容可改善功率因數(shù)提高二次側(cè)電壓。

3）延長設(shè)備壽命。 改善功率因數(shù)后線路總電流減少，使接近或已經(jīng)飽和的變壓器、開關(guān)等機(jī)器設(shè)備和線路容量負(fù)荷降低，因此可以降低溫升增加壽命（溫度每降低10°C，壽命可延長1 倍）

4）最終滿足電力系統(tǒng)對無功補(bǔ)償?shù)谋O(jiān)測要求，消除因?yàn)楣β室驍?shù)過低而產(chǎn)生的罰款

1.3 無功補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)方法

一種是在電網(wǎng)上并聯(lián)電容器，通過提高電網(wǎng)的功率因數(shù)達(dá)到減少線路電壓損耗，提高供電設(shè)備利用率的目的；另外一種是在電網(wǎng)上并入同步電動機(jī)，通過改變同步電動機(jī)勵磁電流的方法來改變電路負(fù)載特性。其中前一種方法適用于居民、商業(yè)及小型工廠的低壓供電系統(tǒng)，而后一種方法適用于大型工廠中的無功功率補(bǔ)償。

1.4 無功補(bǔ)償?shù)暮侠砼渲迷瓌t

從電力網(wǎng)無功功率消耗的基本狀況可以看出，各級網(wǎng)絡(luò)和輸配電設(shè)備都要消耗一定數(shù)量的無功功率， 尤以低壓配電網(wǎng)所占比重最大。為了最大限度地減少無功功率的傳輸損耗， 提高輸配電設(shè)備的效率，無功補(bǔ)償設(shè)備的配置，應(yīng)按照“分級補(bǔ)償，就地平衡”的原則，合理布局。

1）總體平衡與局部平衡相結(jié)合，以局部為主。

2）電力部門補(bǔ)償與用戶補(bǔ)償相結(jié)合。

3）分散補(bǔ)償與集中補(bǔ)償相結(jié)合，以分散為主。

4）降損與調(diào)壓相結(jié)合，以降損為主。

2 提高低壓電網(wǎng)功率因數(shù)的無功補(bǔ)償?shù)姆椒?/h2>

2.1 隨機(jī)補(bǔ)償

隨機(jī)補(bǔ)償就是將低壓電容器組與電動機(jī)并接，通過控制、保護(hù)裝置與電機(jī)，同時投切。隨機(jī)補(bǔ)償適用于補(bǔ)償電動機(jī)的無功消耗，以補(bǔ)勵磁無功為主，此種方式可較好地限制用電單位無功負(fù)荷。

2.2 隨器補(bǔ)償

隨器補(bǔ)償是指將低壓電容器通過低壓保險(xiǎn)接在配電變壓器二次側(cè)，以補(bǔ)償配電變壓器空載無功的補(bǔ)償方式。 配變在輕載或空載時的無功負(fù)荷主要是變壓器的空載勵磁無功，配變空載無功是用電單位無功負(fù)荷的主要部分，對于輕負(fù)載的配變而言，這部分損耗占供電量的比例很大，從而導(dǎo)致電費(fèi)單價(jià)的增加。

2.3 跟蹤補(bǔ)償

跟蹤補(bǔ)償是指以無功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，將低壓電容器組補(bǔ)償在大用戶0.4kV 母線上的補(bǔ)償方式。 適用于100kVA 以上的專用配變用戶，可以替代隨機(jī)、隨器兩種補(bǔ)償方式，補(bǔ)償效果好。

3 無功補(bǔ)償容量的計(jì)算

無功功率的傳輸加重了電網(wǎng)負(fù)荷，使電網(wǎng)損耗增加，系統(tǒng)電壓下降。 故需對其進(jìn)行就近和就地補(bǔ)償。 并聯(lián)電容器可補(bǔ)償或平衡電氣設(shè)備的感性無功功率。當(dāng)容性無功功率QC 等于感性無功功率QL 時，電網(wǎng)只傳輸有功功率P。 根據(jù)國家有關(guān)規(guī)定，用戶的功率因數(shù)一般應(yīng)達(dá)到0.9 以上。 無功功率補(bǔ)償一般用這個公式:

Qc=α×P×(tanφ1-tanφ2）

式中:Qc—無功補(bǔ)償容量（kvar）；α—平均有功負(fù)載因數(shù)，一般取0.70～0.75;P 為有功負(fù)載 （kW）；tanφ1—補(bǔ)償前功率因數(shù)角正切值；tanφ2—補(bǔ)償后功率因數(shù)角正切值。

4 無功補(bǔ)償?shù)男б?/h2>

在現(xiàn)代用電企業(yè)中，在數(shù)量眾多、容量大小不等的感性設(shè)備連接于電力系統(tǒng)中，以致電網(wǎng)傳輸功率除有功功率外，還需無功功率。如自然平均功率因數(shù)在0.70～0.85 之間。 企業(yè)消耗電網(wǎng)的無功功率約占消耗有功功率的60%～90%,如果把功率因數(shù)提高到0.95 左右，則無功消耗只占有功消耗的30%左右。 由于減少了電網(wǎng)無功功率的輸入，會給用電企業(yè)帶來效益。

4.1 節(jié)省企業(yè)電費(fèi)開支

提高功率因數(shù)對企業(yè)的直接經(jīng)濟(jì)效益是明顯的，因?yàn)閲译妰r(jià)制度中，從合理利用有限電能出發(fā)，對不同企業(yè)的功率因數(shù)規(guī)定了要求達(dá)到的不同數(shù)值，低于規(guī)定的數(shù)值，需要多收電費(fèi)，高于規(guī)定數(shù)值，可相應(yīng)地減少電費(fèi)。 可見，提高功率因數(shù)對企業(yè)有著重要的經(jīng)濟(jì)意義。

4.2 提高設(shè)備的利用率

對于原有供電設(shè)備來講，在同樣有功功率下，因功率因數(shù)的提高，負(fù)荷電流減少，因此向負(fù)荷傳送功率所經(jīng)過的變壓器、開關(guān)和導(dǎo)線等供配電設(shè)備都增加了功率儲備，從而滿足了負(fù)荷增長的需要；如果原網(wǎng)絡(luò)已趨于過載，由于功率因數(shù)的提高，輸送無功電流的減少，使系統(tǒng)不致于過載運(yùn)行，從而發(fā)揮原有設(shè)備的潛力；對尚處于設(shè)計(jì)階段的新建企業(yè)來說則能降低設(shè)備容量，減少投資費(fèi)用，在一定條件下，改善后的功率因數(shù)可以使所選變壓器容量降低。 因此，使用無功補(bǔ)償不但減少初次投資費(fèi)用，而且減少了運(yùn)行后的基本電費(fèi)。

4.3 降低系統(tǒng)的能耗

4.4 改善電壓質(zhì)量

5 總結(jié)

文中集中探討了無功補(bǔ)償技術(shù)對用電單位的低壓配電網(wǎng)的影響以及提高功率因數(shù)所帶來的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，介紹了影響功率因數(shù)的主要因素和提高功率因數(shù)的方法，討論了如何確定無功功率的補(bǔ)償容量，確保補(bǔ)償技術(shù)經(jīng)濟(jì)、合理、安全可靠，達(dá)到節(jié)約。

［1］GB7251.1－2005 低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第一部分： 型式試驗(yàn)和部分型式試驗(yàn)成套開關(guān)設(shè)備[S].

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