淺談無功補償與效益分析

楊燕東 楊燕生

廣東電網公司揭陽供電局 522000

淺談無功補償與效益分析

楊燕東 楊燕生

廣東電網公司揭陽供電局 522000

提高工業用戶的功率因數，做好無功功率補償，對減少電網損耗，提高電力系統運行電壓、提高系統的安全穩定運行水平有很大的作用，做到無功就地平衡，對企業有著極可觀、長久、直接的經濟效益。

無功補償；就地平衡；效益分析

電能是企業的必耗成本，與企業效益息息相關。異步電動機和電力變壓器是耗用無功功率的主要設備。工業用戶大部分動力負荷是異步電動機，在運行過程中，需要消耗大量的無功功率，而且消耗的無功占了電網無功的大部分，搞好工業用戶的無功補償，不僅可減輕上一級電網無功補償的壓力，而且可以提高用戶與電網功率因數、提高電壓質量，有效地減低電能損耗，減少用戶電費支出。

1.無功補償的合理配置原則

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

1)總體平衡與局部平衡相結合，以局部為主。

2)電力部門補償與用戶補償相結合。

在配電網絡中，用戶消耗的無功功率占50%～60%，其余的無功功率消耗在配電網中。為了減少無功功率在網絡中的輸送，要盡可能地實現就地補償，就地平衡，所以必須由電力部門和用戶共同進行補償。

3)分散補償與集中補償相結合，以分散為主

集中補償，是在變電所集中裝設較大容量的補償電容器。分散補償，指在配電網絡中分散的負荷區，如配電線路，配電變壓器和用戶的用電設備等進行的無功補償。集中補償，主要是補償主變壓器本身的無功損耗，以及減少變電所以上輸電線路的無功電力，從而降低供電網絡的無功損耗。因為用戶需要的無功通過變電所以下的配電線路向負荷端輸送。所以為了有效地降低線損，必須做到無功功率在哪里發生，就應在哪里補償。所以，中、低壓配電網應以分散補償為主。

4)無功補償的原則

提高用電單位的自然功率因數,應該遵循：全面規劃,合理布局,分級補償,就地平衡；集中補償與分散補償相結合,以分散補償主;高壓補償與低壓補償相結合,以低壓補償為主；調壓與降損相結合，以降損為主的原則.

2.影響功率因數的主要因素

功率因數的產生主要是因為交流用電設備在其工作過程中，除消耗有功功率外，還需要無功功率。當有功功率P一定時，如減少無功功率Q，則功率因數便能夠提高。在極端情況下，當Q=0時，則其力率=1。因此提高功率因數問題的實質就是減少用電設備的無功功率需要量。

（1）異步電動機和電力變壓器是耗用無功功率的主要設備

（2）供電電壓超出規定范圍也會對功率因數造成很大的影響

（3）電網頻率的波動也會對異步電機和變壓器的磁化無功功率造成一定的影響。

3.無功補償的方法

（1）隨機補償

隨機補償就是將低壓電容器組與電動機并接，通過控制、保護裝置與電機，同時投切。隨機補償適用于補償電動機的無功消耗，以補勵磁無功為主，此種方式可較好地限制用電單位無功負荷。

（2） 隨器補償

隨器補償是指將低壓電容器通過低壓保險接在配電變壓器二次側，以補償配電變壓器空載無功的補償方式。配變在輕載或空載時的無功負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荷的主要部分，對于輕負載的配變而言，這部分損耗占供電量的比例很大，從而導致電費單價的增加。

（3） 跟蹤補償

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

4.無功功率補償容量的選擇

無功補償容量以提高功率因數為主要目的時，補償容量的選擇分兩大類，即單負荷就地補償容量的選擇（主要指電動機）和多負荷補償容量的選擇（指集中和局部分組補償）。

（1）單負荷就地補償容量的選擇的幾種方法：

1）美國資料推薦：Qc=(1/3)Pe [額定容量的1/3]

2)日本方法：從電氣計算日文雜志中查到：1/4～1/2容量計算

3)經驗系數法：由于電機極數不同，按極數大小確定經驗系數選擇容量 比較接近實際需要的電容器，采用這種方法一般在70%負荷時，補后功率因數可在0.95～0. 97 之間。

經驗系數表：

電機容量大時選下限，小時選上限 ；電壓高時選下限，小時選上限。

實際測試比較準確的方法此法適用于任何一般感性負荷需要精確補償的就地補償容量的計算。

5)如果測試比較麻煩，可以按下式

Io-空載電流=2Ie(1-COSφe ) 瑞典電氣公司推薦公式

6)按電動機額定數據計算：

Q= k(1- cos2φe )3UeIe×10-3(kvar) ，K為與電動機極數有關的一個系數 ，極數： 2 4 6 8 10 ，K值： 0. 7 0.8 0.85 0.9

（2）多負荷補償容量的選擇：

1) 對已生產企業欲提高功率因數，其補償容量Qc按下式選擇：

式中：Km為最大負荷月時有功功率消耗量，由有功電能表讀得；Kj為補償容量計算系數，可取0.8～0.9;Tm為企業的月工作小時數；tgφ1、tgφ2意義同前，tgφ1由有功和無功電能表讀數求得。

2)對處于設計階段的企業，無功補償容量Qc按下式選擇：

Qc=KnPn(tgφ1-tgφ2)

式中Kn為年平均有功負荷系數，一般取0.7～0.75;Pn為企業有功功率之和；tgφ1、tgφ2意義同前。tgφ1根據企業負荷性質查手冊近似取值，也可用加權平均功率因數求得cosφ1。

多負荷的集中補償電容器安裝簡單，運行可靠、利用率較高。因此這種方法選擇的容量，對于低壓來說最好采用電容器組動態控制補償，即根據負荷大小動態投入無功補償容量的多少。

5.無功補償的效益分析

在現代用電企業中，在數量眾多、容量大小不等的感性設備連接于電力系統中，以致電網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在0. 70～0.85之間。企業消耗電網的無功功率約占消耗有功功率的60%～90%,如果把功率因數提高到0.95左右，則無功消耗只占有功消耗的30%左右。由于減少了電網無功功率的輸入，會給用電企業帶來效益。

（1）節省企業電費開支。提高功率因數對企業的直接經濟效益是明顯的，因

為國家電價制度中，從合理利用有限電能出發，對不同企業的功率因數規定了要求達到的不同數值，低于規定的數值，需要多收電費，高于規定數值，可相應地減少電費。可見，提高功率因數對企業有著重要的經濟意義。

（2）提高設備的利用率。對于原有供電設備來講，在同樣有功功率下，因功率因數的提高，負荷電流減少，因此向負荷傳送功率所經過的變壓器、開關和導線等供配電設備都增加了功率儲備，從而滿足了負荷增長的需要；如果原網絡已趨于過載，由于功率因數的提高，輸送無功電流的減少，使系統不至于過載運行，從而發揮原有設備的潛力；對尚處于設計階段的新建企業來說則能降低設備容量，減少投資費用，在一定條件下，改善后的功率因數可以使所選變壓器容量降低。因此，使用無功補償不但減少初次投資費用，而且減少了運行后的基本電費。

（3）降低系統的能耗。補償前后線路傳送的有功功率不變，P= UICOSφ，由于COSφ提高，補償后的電壓U2稍大于補償前電壓U1,為分析問題方便，可認為U2≈U1從而導出I1COSφ1=I2COS φ2。

即:I1/I2= COSφ2/ COSφ1,這樣線損 P減少的百分數為：

ΔP%= (1-I22/I12)×100%=（1-COS2φ1/ COS2φ2） × 100%

當功率因數從0.70～0.85提高到0. 95時，由(2)式可求得有功損耗將降低20%～45%。

（4）改善電壓質量。以線路末端只有一個集中負荷為例，假設線路電阻和電抗為R、X,有功和無功為P、Q,則電壓損失ΔU為：

△U=（PR+QX）/Ue×10-3(kV)兩部分損失：PR/ Ue→輸送有功負荷P產生的；QX/Ue→輸送無功負荷Q產生的；

配電線路：X=（2～4）R，△U大部分為輸送無功負荷Q產生的

變壓器：X=（5～10）R，QX/Ue= (5～10) PR/ Ue 變壓器△U幾乎全為輸送無功負荷Q產生的。可以看出，若減少無功功率Q,則有利于線路末端電壓的穩定，有利于大電動機的啟動。因此，無功補償能改善電壓質量（一般電壓穩定不宜超過3%）。對于無功補償應用的主要目的是改善功率因數，減少線損，穩定電壓。

（5） 三相異步電動機通過就地補償后，由于電流的下降，功率因數的提高，從而增加了變壓器的容量，計算公式如下：

如一臺額定功率為155kW水泵的電機，補前功率因數為0.857，補償后功率因數為0.967，根據上面公式計算其增容量為：（155÷0.857） ×[（0.967 ÷0. 857）-1]=24kVA

7 、結束語

工業用戶合理配置無功補償，可提高功率因數，提高設備的出力率，降低電費的支出，獲得可觀的經濟效益，同時也能改善電網的功率因數和電壓質量，提高電力系統的供電穩定性。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.17.005