淺談10KV配電網(wǎng)的無功功率補償

李德君 趙英 劉玉敏

【摘要】本文著重介紹了無功功率補償?shù)男再|(zhì)、方法、補償?shù)淖饔靡约半娙萜魅萘康倪x擇等內(nèi)容。

【關(guān)鍵詞】無功功率補償；補償方式；電容器容量

一、引言

隨著電力電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用，一方面帶來了巨大的經(jīng)濟效益，另一方面也帶來了供電質(zhì)量的下降，電能質(zhì)量的好壞直接影響到供電系統(tǒng)的穩(wěn)定。電力系統(tǒng)的供配電設(shè)備中經(jīng)常流動著大量的感性無功電流，這些無功電流占用大量的供配電設(shè)備容量，同時增加了輸送電流，因而增加了饋電線路損耗，使電力設(shè)備得不到充分利用，造成電能的浪費。作為解決方法之一，就是采用無功功率補償裝置使無功功率就地得到補償，盡量減少或不占用供配電設(shè)備容量提高設(shè)備的利用率。

二、功率因數(shù)及無功補償?shù)男再|(zhì)

2.1功率因數(shù)

電網(wǎng)中的電氣設(shè)備如電動機、變壓器等絕大部分屬于既有電感又有電阻的電感性負(fù)載，電感性負(fù)載的電壓和電流的相位間存在著一個相位差，相位角的余弦cosΦ既是功率因數(shù)又是有功功率與視在功率之比，既cosΦ=P/S。在電力網(wǎng)的運行中，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。

2.2影響功率因數(shù)的主要因素

2.2.1大量的電感性設(shè)備，如異步電動機、感應(yīng)電爐、交流電焊機等設(shè)備是無功功率的主要消耗者。2.2.2變壓器消耗的無功功率一般約為其額定容量的10%～15%，它的空載無功功率約為滿載時的1/3。因而，為了改善電力系統(tǒng)和企業(yè)的功率因數(shù)，變壓器不應(yīng)空載運行或長期處于低負(fù)載運行狀態(tài)。2.2.3供電電壓超出規(guī)定范圍也會對功率因數(shù)造成很大的影響。當(dāng)供電電壓高于額定值的10%時，由于磁路飽和的影響，無功功率將增長得很快，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，當(dāng)供電電壓為額定值的110%時，一般無功將增加35%左右。當(dāng)供電電壓低于額定值時，無功功率也相應(yīng)減少而使它們的功率因數(shù)有所提高。但供電電壓降低會影響電氣設(shè)備的正常工作，特別是大容量電動機的啟動會很困難。所以，應(yīng)當(dāng)采取措施使電力系統(tǒng)的供電電壓盡可能保持穩(wěn)定。

2.3無功功率補償

把具有容性功的裝置與感性負(fù)荷聯(lián)接在同一電路，當(dāng)容性裝置釋放能量時感性負(fù)荷吸收能量，而感性負(fù)荷釋放能量時容性裝置吸收能量，實現(xiàn)能量相互轉(zhuǎn)換，感性負(fù)荷所吸收的無功功率可由容性裝置輸出的無功功率中得到補償。

三、無功功率補償?shù)姆椒?/p>

3.1過激磁的同步電動機，改善用電的功率因數(shù)，因設(shè)備復(fù)雜，造價高，只適用于大功率拖動裝置。

3.2用調(diào)相機做無功功率電源

因造價高、投資大，損耗高，只適用于中樞變電所使用。

3.3電力電容器補償裝置

電力電容器做為補償裝置，具有安裝方便，建設(shè)周期短、造價低等優(yōu)點，因而被廣泛應(yīng)用。我公司10KV系統(tǒng)采用集中式并聯(lián)電容器補償，新加裝的配電室如甲醇、二甲酯等采用分散式并聯(lián)電容器補償。電力電容器作為補償裝置有兩種：串聯(lián)補償和并聯(lián)補償，串聯(lián)補償用于高壓遠(yuǎn)距離輸電線路，這種方法用電單位很少采用，并聯(lián)補償是把電容器直接與被補償設(shè)備接到同一電路上，以提高功率因數(shù)。絕大部分用電企業(yè)都是采用并聯(lián)電容器進行無功補償，補償時通常采用集中、分散或個別補償三種形式。3.3.1個別補償：個別補償是對單臺用電設(shè)備所需無功就近補償?shù)姆椒ǎ央娙萜髦苯咏拥絾闻_用電設(shè)備的同一電氣回路，用同一開關(guān)控制，同時投運或斷開，這種補償方法的效果好。電容器靠近用電設(shè)備就地平衡，無功電流可避免無負(fù)荷時的過補償，使電壓質(zhì)量得到保證。個別補償一般用于容量較大的高低壓電動機等用電設(shè)備，但這種方法在用電設(shè)備非連續(xù)運轉(zhuǎn)時電容器利用率低，不能充分發(fā)揮其補償效益。3.3.2分散補償：分散補償是將電容器分組安裝在車間配電室或變電所各分路的出線上，它可與工廠部分負(fù)荷的變動時投入或切除，這種補償方法也較好。3.3.3集中補償：集中補償是電容器組集中安裝在變電所的一次或二次側(cè)的母線上，這種補償方法安裝簡便、運行可靠、利用率較高。補償裝置根據(jù)負(fù)荷的大小自動投切，從而合理地提高用戶的功率因數(shù)，避免功率因數(shù)降低導(dǎo)致電費增加同時便于運行維護，補償效益高。

四、無功補償?shù)淖饔门c效益

4.1補償無功功率提高功率因數(shù)

為滿足用電的需要，往往供電線路和變壓器的容量比較大，這不僅增電投資，降低設(shè)備利用率，也增加線路損耗。用戶應(yīng)在提高用電自然功率因數(shù)的基礎(chǔ)上裝配無功補償裝置，減少負(fù)荷的無功損耗提高功率因數(shù)，降低損耗。

4.2提高設(shè)備的出力

有功功率P=S*cosΦ當(dāng)設(shè)備的視在功率S一定時如果功率因素cosΦ提高，那么上式中的P就增大，電氣設(shè)備的出力也就提高了。

4.3降低功率損耗和電能損失

在三相交流電路中，功率損耗ΔP的計算公式如下

ΔP=P2R/U2（COSΦ）2*10-3（KW）

由式可見當(dāng)功率因數(shù)提高后將使功率損失大大下降。

4.4改善電壓質(zhì)量

在線路中電壓損失公式：ΔU=P*R+QXL/U*10-3

式中：ΔU -----電路中的電壓損失 KV

P ------有功功率 MW

Q ------無功功率 Mvar

U ------額定電壓 KV

R ------線路的總電阻 Ω

XL ------線路電感 Ω

由上式可知當(dāng)線路中的無功功率Q減少以后電壓損失減少

五、無功補償電容器容量的選擇：

5.1按提高功率因數(shù)確定補償容量

公式：QC=P*（tgθ1- tgθ2）

P——最大負(fù)荷用的平均有功功率 KW

tgθ1，tgθ2——補償前后功率因數(shù)角的正切值

5.2按提高電壓確定補償容量

公式：QC=UU2/X（KVar）

U——需要提高的電壓值 V

U2 ——需要達(dá)到的電壓值 KV

X——線路電抗 Ω

5.3按降低線損確定補償容量

公式：P%=（1-（COSθ1-COSθ2）2）100%

5.4按感應(yīng)電動機空載電流確定補償容量

公式：QC<（3）1/2UeIo KVar

Ue——電動機額定電流

Io ——電動機的空載電流

結(jié)束語

本文介紹了功率因數(shù)對廣大供電企業(yè)的影響，補償無功功率的方法、作用與效果，及其補償裝置的選擇。

參考文獻(xiàn)

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[3]工廠電氣技術(shù).化學(xué)工業(yè)出版社.

[4]工廠供電技術(shù).化學(xué)工業(yè)出版社.