淺談無功補償在低壓電網中的應用

高開英

（沈陽東盛電力技術研究所有限公司，遼寧 沈陽110168）

1 無功補償的基本知識

1.1 無功補償的原理

1.1.1 無功功率

電網中電力設備大多是根據電磁感應原理工作的，他們在能量轉換過程中建立交變的磁場，在一個周期內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，僅在負荷與電源之間往復交換，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

實際供用電系統中的電力負荷并不是純感性或純容性的，是既有電感或電容、又有電阻的負載。 這種負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，又稱力率。 它是有功功率與視在功率之比。

三相功率因數的計算公式為：

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

1.1.3 無功補償原理

電網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，把電能轉變為機械能、熱能、化學或聲能等的電功率，稱為有功功率。不消耗電能，只是把電能轉換為另一種形式的能，這種能是電氣設備能夠做功的必要條件。 這種能作為電網中與電能進行周期性轉換，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 無功補償的意義

1） 減少電力損失， 一般工廠動力配線依據不同的線路及負荷情況，其電力損耗約2%-3%左右，使用電容提高功率因數后，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，提高功率因數，減少負載總電流及電壓降。于變壓器二次側加裝電容可改善功率因數提高二次側電壓。

3）延長設備壽命。 改善功率因數后線路總電流減少，使接近或已經飽和的變壓器、開關等機器設備和線路容量負荷降低，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）最終滿足電力系統對無功補償的監測要求，消除因為功率因數過低而產生的罰款

1.3 無功補償的實現方法

一種是在電網上并聯電容器，通過提高電網的功率因數達到減少線路電壓損耗，提高供電設備利用率的目的；另外一種是在電網上并入同步電動機，通過改變同步電動機勵磁電流的方法來改變電路負載特性。其中前一種方法適用于居民、商業及小型工廠的低壓供電系統，而后一種方法適用于大型工廠中的無功功率補償。

1.4 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。

3）分散補償與集中補償相結合，以分散為主。

4）降損與調壓相結合，以降損為主。

2 提高低壓電網功率因數的無功補償的方法

2.1 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。

2.2 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。

2.3 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。

3 無功補償容量的計算

無功功率的傳輸加重了電網負荷，使電網損耗增加，系統電壓下降。 故需對其進行就近和就地補償。 并聯電容器可補償或平衡電氣設備的感性無功功率。當容性無功功率QC 等于感性無功功率QL 時，電網只傳輸有功功率P。 根據國家有關規定，用戶的功率因數一般應達到0.9 以上。 無功功率補償一般用這個公式:

Qc=α×P×(tanφ1-tanφ2）

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

4 無功補償的效益

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。

4.1 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。

4.2 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，使系統不致于過載運行，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。

4.3 降低系統的能耗

4.4 改善電壓質量

5 總結

文中集中探討了無功補償技術對用電單位的低壓配電網的影響以及提高功率因數所帶來的經濟效益和社會效益，介紹了影響功率因數的主要因素和提高功率因數的方法，討論了如何確定無功功率的補償容量，確保補償技術經濟、合理、安全可靠，達到節約。

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