無功功率補償的技術分析

吉林森林工業股份有限公司臨江刨花板分公司 王兆勇

一、前言

交流異步電動機在工礦企業中，不少電動機負荷率低，經常處于輕載或空載狀態，功率因數普遍不高。無功功率相對于有功功率的百分比更大，不但浪費電能，而且降低了異步電動機的功率因數。現在國家非常重視節能減排的工作，因此在這種趨勢下，對異步電動機采用無功功率補償以提高功率因數，節約電能，減少運行費用，是非常必要的，同時也給企業帶來了經濟效益。

二、無功功率補償的種類

1、集中補償

在高低壓配電所內設置若干組電容器，電容器接在配電母線上，補償供電范圍內的無功功率。

2、組合就地補償（分散就地補償）

電容器接在高壓配電裝置或動力箱的母線上，對附近的電動機進行無功補償。

3、單獨就地補償

將電容器裝于箱內，放置在電動機附近，對其單獨補償。

三、無功功率補償的意義

1、改善設備的利用率

根據（3-1）公式可知，在一定的電壓和電流下，提高功率因數，其輸出的有功功率越大。因此，改善功率因數是發揮供電設備潛力，提高設備利用率的有效方法。

2、減少供電系統中的電壓損失

根據（3-2）公式可知，供電系統的電壓損失為

△U=PR+QX/UN…（3-2）

當功率因數越高時，說明通過線路上無功功率越小，則線路上電壓損失越小，也就改善了電壓質量。

3、減少供電系統中的功率損耗

當線路通過電流I時，其有功損耗為：

ΔP=3I2R

可見，線路的功率損耗ΔP與cosφ2成反比，cosφ越高，功率損耗就越小。

4、提高供電系統的傳輸能力

視在功率與有功功率的關系為P＝Scosφ，可見在傳送一定有功功率P的條件下，cosφ越高，所需視在功率就越小。

四、就地補償與集中補償的技術分析

1、電容補償應注意的問題

（1）防止產生自勵。

采用電容器就地補償電動機，切斷電源后，電動機在慣性作用下繼續運行，此時電容器的放電電流成為勵磁電流，如果電容過補償，就可使電動機的磁場得到自勵而產生電壓。

（2）防止過電壓。

當電容器補償容量過大，會引起電網電壓升高并會導致電容器損壞。我國并聯電容器國標規定：“工頻長期過電壓值最多不超過1.1倍額定電壓。”

（3）防止產生諧振。

（4）防止受到系統諧波影響。

對于有諧波源的供電線路，應增設電抗器等措施，使諧波影響不致造成電容器損壞。

2、兩者比較

就地補償較集中補償，更具節能效果。

五、電容補償容量的選定

1、集中補償容量確定

先進行負荷計算，確定有功功率P30和無功功率Q30，補償前自然功率因數為cosφ1，要補償到的功率因數為cosφ2。則

QC=αP30（tgφ1－tgφ2)

α為平均負荷因數。

2、電動機就地補償電容器容量確定

就地補償電容器容量選擇的主要參數是勵磁電流，因為不使電容器造成自勵是選用電容器容量的必要條件。負載率越低，功率因數越低；極數愈多，功率因數越低；容量愈小，功率因數越低。但由于無功功率主要消耗在勵磁電流上，隨負載率變化不大，因此應主要考慮電動機容量和極數這兩個參數，才能得到最佳補償效果。

六、經濟運行補償容量（KVAR）的確定

根據實際情況得出經濟運行補償容量公式：

在380V網絡中，一般均用低壓電容器進行無功補償，每千乏電容器的功率損耗為0.004KW，放電裝置的功率損耗約為0.001（KW/KVAR)。因此，380V網絡中電容無功補償裝置的功率損耗系數為Kc=0.005（KW/KVAR)。

不難看出；K2c<<1

此外，變壓器的星型等值電阻折算到高壓側的阻值用Rb表示，則

根據上述情況，忽略K2c，并將式（6-2）代入式（6-1），便可得簡化而實用的經濟運行補償容量計算公式

式中，P是變壓器低壓側有功負荷（KW）；Q是變壓器低壓側無功負荷（KVAR）；Se是變壓器額定容量（KVA）；Pd是變壓器的有功短路損耗（KW）；Qd是變壓器滿載無功損耗增值（KVAR）；PK是變壓器的空載有功損耗（KW）；QK是變壓器的空載無功損耗（KVAR）；Rb是變壓器星形等值電阻折算到高壓側的阻值（Ω）；R是電源線路導線電阻（Ω）；Ue是變壓器高壓側線電壓（V）；KC是補償裝置的功率損耗系數（KW/KVAR），對低壓電容補償裝置：

KC=0.005（KW/KVAR)；K=1.22

在高壓供電高壓量電的工廠中，應該在變壓器高壓側計算（或測定）功率因數；在高壓供電低壓量電和低壓供電低壓量電的工廠中，應計算（或測定）低壓側的功率因數。

七、結合工程實例談電容補償的應用

以某大型項目為例，該項目設備裝機容量約為21000多千瓦，其中高壓電動機設備容量為5400多千瓦，其他低壓設備容量為5000多千瓦。供電電源的電壓等級為10kV。本著“節能、高效”的方針，經過經濟分析，采用10kV作為高壓電動機的供電電壓等級，投資較省，同時亦減少變電環節，也就減少了故障點。

在這個項目中，采用高壓電容器就地補償，與電動機同時投切。高壓電容器組放置在電動機附近。高壓就地補償裝置以并聯電容器為主體，采用熔斷器做保護，裝設避雷器用于過電壓保護，串聯電抗器抑制涌流和諧波。這樣，不僅提高了電動機的功率因數，降低了線路損耗，同時釋放了系統容量，縮小了饋電電纜的截面，節約了投資。對于低壓電動機布置較分散，因此，在變電所變壓器低壓側采用電容器組集中自動補償。

八、總結

對無功功率進行補償的節能效果是有目共睹的，在應用的過程中，還應該在技術經濟上綜合考慮，根據具體情況進行分析，來決定是采用集中補償還是就地補償，還是兩者綜合采用，從而達到使電氣設備經濟運行的目的。