無功補(bǔ)償對低壓電網(wǎng)功率因數(shù)的影響

摘 要:依據(jù)用電設(shè)備的功率因數(shù)，可測算輸電線路的電能損失。通過現(xiàn)場技術(shù)改造，可使低于標(biāo)準(zhǔn)要求的功率因數(shù)達(dá)標(biāo)，實現(xiàn)節(jié)電目的。本文分析了無功補(bǔ)償?shù)淖饔煤脱a(bǔ)償容量的選擇方法，著重論述了低壓電網(wǎng)和異步電動機(jī)無功補(bǔ)償容量的配置。結(jié)合應(yīng)用實例說明采用無功補(bǔ)償技術(shù)，提高低壓電網(wǎng)和用電設(shè)備的功率因數(shù)，已成為節(jié)電工作的一項重要措施。

關(guān)鍵詞:節(jié)電技術(shù)功率因數(shù)無功補(bǔ)償

中圖分類號:TM72文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2011)05(a)-0109-01

無功補(bǔ)償，就其概念而言，它就是借助于無功補(bǔ)償設(shè)備提供必要的無功功率，以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低能耗，改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量。無功補(bǔ)償?shù)暮侠砼渲迷瓌t:(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。

1 影響功率因數(shù)的主要因素

(1)異步電動機(jī)和電力變壓器是耗用無功功率的主要設(shè)備，異步電動機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子間的氣隙是決定異步電動機(jī)需要較多無功的主要因素。而異步電動機(jī)所耗用的無功功率是由其空載時的無功功率和一定負(fù)載下無功功率增加值兩部分所組成。所以要改善異步電動機(jī)的功率因數(shù)就要防止電動機(jī)的空載運(yùn)行并盡可能提高負(fù)載率。變壓器消耗無功的主要成份是它的空載無功功率，它和負(fù)載率的大小無關(guān)。因而，為了改善功率因數(shù)，變壓器不應(yīng)空載運(yùn)行或長期處于低負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)。(2)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，一般工廠的無功將增加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。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。(3)電網(wǎng)頻率的波動也會對異步電機(jī)和變壓器的磁化無功功率造成一定的影響。(4)以上論述了影響電力系統(tǒng)功率因數(shù)的一些主要因素，因此必須要尋求一些行之有效的、能夠使低壓電力網(wǎng)功率因數(shù)提高的一些實用方法，使低壓網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)無功的就地平衡，達(dá)到降損節(jié)能的效果。

2 低壓配電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)姆椒?/p>

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。隨機(jī)補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點是:用電設(shè)備運(yùn)行時，無功補(bǔ)償投入，用電設(shè)備停運(yùn)時，補(bǔ)償設(shè)備也退出，而且不需頻繁調(diào)整補(bǔ)償容量。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活，維護(hù)簡單、事故率低等。

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)單價的增加。隨器補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點:接線簡單、維護(hù)管理方便、能有效地補(bǔ)償配變空載無功，限制電網(wǎng)無功基荷，使該部分無功就地平衡，從而提高配變利用率，降低無功網(wǎng)損，具有較高的經(jīng)濟(jì)性，是目前補(bǔ)償無功最有效的手段之一。

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。跟蹤補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點是運(yùn)行方式靈活，運(yùn)行維護(hù)工作量小，比前兩種補(bǔ)償方式壽命相對延長、運(yùn)行更可靠。但缺點是控制保護(hù)裝置復(fù)雜、首期投資相對較大。但當(dāng)這三種補(bǔ)償方式的經(jīng)濟(jì)性接近時，應(yīng)優(yōu)先選用跟蹤補(bǔ)償方式。本車間主要的補(bǔ)償方式就是這種補(bǔ)償方式，能夠?qū)β室蛩剡M(jìn)行實時監(jiān)控，并進(jìn)行及時的調(diào)節(jié)，是功率因素保持在0.92～0.95之間，從而更好的實現(xiàn)無功補(bǔ)償。

3 無功功率補(bǔ)償容量的選擇方法

3.1 單負(fù)荷就地補(bǔ)償容量的選擇的幾種方法

3.1.1 經(jīng)驗系數(shù)法

由于電機(jī)極數(shù)不同，按極數(shù)大小確定經(jīng)驗系數(shù)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(fù)荷時，補(bǔ)后功率因數(shù)可在0.92～0.95之間電機(jī)容量大時選下限，小時選上限;電壓高時選下限，小時選上限4、Qc=P實際測試比較準(zhǔn)確方法此法適用于任何一般感性負(fù)荷需要精確補(bǔ)償?shù)木偷匮a(bǔ)償容量的計算。如果測試比較麻煩，可以按下式:

Qc≤√3UeIo×10-3(kvar)

Io為空載電流=2Ie(1-COSφe)若電動機(jī)帶額定負(fù)載運(yùn)行，即負(fù)載率β=1，則:Qo

根據(jù)電機(jī)學(xué)知識可知，對于Io/Ie較低的電動機(jī)(少極、大功率電動機(jī))，在較高的負(fù)載率β時吸收的無功功率Qβ與激勵容量Qo的比值較高，即兩者相差較大，在考慮導(dǎo)線較長，無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量較高的大功率電動機(jī)以較高的負(fù)載率運(yùn)行方式下，此式來選取是合理的。

按電動機(jī)額定數(shù)據(jù)計算Q=k(1-cos2φe)3UeIe×10-3(kvar)。

K為與電動機(jī)極數(shù)有關(guān)的一個系數(shù);極數(shù):2、4、6、8、10;K值:0.7、0.8、0.85、0.9。

3.2 多負(fù)荷補(bǔ)償容量的選擇

多負(fù)荷補(bǔ)償容量的選擇是根據(jù)補(bǔ)償前后的功率因數(shù)來確定。

對于生產(chǎn)企業(yè)想要提高功率因數(shù)，其補(bǔ)償容量Qc按下式選擇:Qe=KmKj(tgφ1-tgφ2)/Tm。式中:Km為最大負(fù)荷月時有功功率消耗量，由有功電能表讀得;Kj為補(bǔ)償容量計算系數(shù)，可取0.8～0.9;Tm為企業(yè)的月工作小時數(shù);tgφ1、tgφ2意義同前，tgφ1由有功和無功電能表讀數(shù)求得。

對處于設(shè)計階段的企業(yè)，無功補(bǔ)償容量Qc按下式選擇:Qc=KnPn(tgφ1-tgφ2)。式中Kn為年平均有功負(fù)荷系數(shù)，一般取0.7～0.75;Pn為企業(yè)有功功率之和;tgφ1、tgφ2意義同前。tgφ1可根據(jù)企業(yè)負(fù)荷性質(zhì)查手冊近似取值，也可用加權(quán)平均功率因數(shù)求得cosφ1。多負(fù)荷的集中補(bǔ)償電容器安裝簡單，運(yùn)行可靠、利用率較高。但電氣設(shè)備不連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)或輕負(fù)荷運(yùn)行時，會造成過補(bǔ)償，使運(yùn)行電壓抬高，電壓質(zhì)量變壞。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自動控制補(bǔ)償，即根據(jù)負(fù)荷大小自動投入無功補(bǔ)償容量的多少，對高壓來說應(yīng)考慮采取防過補(bǔ)償措施。

4 無功補(bǔ)償?shù)男б?/p>

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。

5 結(jié)語

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)約電能的目的。

參考文獻(xiàn)

[1]何仰贊，溫增銀.電力系統(tǒng)分析[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社，2002，1.