無功補償容量與地點的選擇

劉華

摘要：無功功率補償裝置可提高電網的功率因數，降低供電變壓器及輸送線路的損耗，提高供電效率，改善供電環境。分析了電網損耗的原因，提出無功補償功率因數選擇要點，闡明了無功補償地點選擇的實用效果。

關鍵詞：無功補償；電容；功率因數；節損效益

1.概述：

1.1何謂無功

電功率、磁功率或電磁功率形式中封閉的能量交換。

無功數學定義

P=

表征無功參數QB=

式中 Un、In分別為第n次諧波電壓、電流的有效值；Φn為Un與In的夾角。上述功率定義，分別考慮了各次諧波在線性電抗上單獨形成的無功功率。

1.2無功源

向公用電網中注入無功電流或在公用電網中產生無功的電氣設備，統稱為無功源。（發電機、同步調相機、靜電電容器、靜止無功補償器等等）

1.3無功負荷

異步電動機在電力系統（特別是無功負荷）中占的比重很大。系統無功負荷的電壓特性主要由異步電動機決定。

變壓器的無功功率損耗在系統無功損耗中占有相當的比重，還有輸電線路。

1.4無功補償的理論依據

保證用戶處的電壓接近額定值是電力系統運行調整地基本任務之一。電力系統的運行電壓水平取決于無功功率的平衡。系統中各種無功電源的無功功率輸出應能滿足系統負荷和網絡損耗在額定電壓下對無功功率的需求，否則電壓就會偏離額定值。電力系統無功功率平衡的基本要求是：系統中的無功電源可能發出的無功功率應該大于或至少等于負荷所需的無功功率和網絡中的無功損耗之和。為了保證運行可靠性和適應無功負荷的增長，系統還必須配置一定的無功備用容量。令QGC 為電源供應的無功功率之和，QLD為無功負荷之和，QL為無功功率損耗之和，Qres為無功功率備用，則系統中的無功功率的平衡關系式為

QGC -QLD-QL=Qres

Qres>0表示系統中無功功率可以平衡且有適量的備用；如Qres<0表示系統中無功功率不足，應考慮加設無功補償裝置。

從無功功率平衡，電壓調整和經濟運行這三個不同的角度考慮無功補償問題。一般說這三個方面的要求是不會相互矛盾的，為滿足無功功率平衡而設置的補償容量必有助于提高電壓水平，為減少網絡電壓損耗而增添的無功補償也必然會降低網損。應該說，按無功功率在正常電壓水平下的平衡所確定的無功補償容量，是必須首先滿足的。

1.5無功補償容量的選擇

通過公式Q=P（tanψ1-tanψ2）（P取400Kw）所做的功率因數曲線分析無功補償容量的選擇，從圖中我們可以看到在功率因數到0.9以后功率因數每提高0.01需要增加的補償量大大增加，所以建議低壓側功率因數補償到0.9左右。這也同《并聯電容器裝置設計規范》中的要求完全一致。

1.6補償地點的確定

補償的目的是減少線路中的無功分量，對于負荷相對分散的配電系統適宜采用低壓配電房安裝集中補償裝置，而對于負荷相對集中的地方應盡量安裝在低功率因數的終端負荷上。傳統的方式是在低壓配電房安裝集中補償裝置，但這樣并不能減少配電房到負荷線路的損耗，而這段往往截面小，線路長，損耗也大。

2.實例分析

以某儀修廠房為例。

全廠主要負荷為注塑車間。它在滿負荷時可達400kW 但異步電動機較多感性負載較大功率因數只有0.7，此車間距離配電室大約120m，采用了2根240mm2電纜配電，下面對全廠進行負荷計算。

2.1負荷計算

根據負荷計算我選擇容量為630kVA的變壓器，?P=6200W。補償前后的節損公式為：

其中R：變壓器或線路的電阻，U：系統標準電壓，Q1：補償前無功量，Q2：補償后無功量。

2.2仿真分析

對方案一我們可以看到改造前主要把300kvar電容，補償在低壓主母線上，采用的是集中補償方式。本次改造我采用分散補償方式，補償總容量仍然為300kvar，注塑車間補償250kvar，主母線補償50kvar，其主接線如下圖所示，下面我對運行情況再次進行仿真。

2.3方案對比

根據企業的實際用電情況，最大、最小、平時時段分別占總時段的10%、30%、60% 總時段以5000h一 年計算，電價0.7元/kWh，其損耗比較如下圖：

2.4補償效益分析

由于補償地點選擇不同方案二中大負荷區電流減少，線路的電壓降自然減少了，從而為終端負荷提供了更充足的電壓。同時，電壓的提高也降低了電機負荷的電流，進一步降低線損。

綜上所述，安裝補償器地點的選擇是非常重要的，單從費用上來看，如上面一個工程方案一、二補償器的容量相等前期投資相同，如果補償地點選擇得當每年可以節約大概4.0萬元的費用，因此我們在做工程時要對負荷情況作一個充分的分析，選擇好一個最優的補償方式。

2.5總結：

1）做設計之前要認真分析負荷情況，認清負荷中心做出最優的配電方案。

2）嚴格按照規范要求進行功率補償，低壓側功率因數提高到0.9最合適。

3）建議按照就近補償原則。合理選擇補償地點，盡量把電容補償在負荷中心。

3.結束語

對于電氣工程設計人員，在供配電系統設計中，應首先研究分析用電負荷情況，再進行完負荷計算后，確定本次工程的負荷中心，然后再確定無功補償的地點，如果我們設計時補償地點選擇不當，造成的損失是相當大，這無疑是一種嚴重的資源浪費。是我們這樣一個節約型社會所不允許的。

參考文獻：

[1]供電技術.機械工業出版社。

[2]現代電氣控制技術. 重慶大學出版社。

[3]工業與民用配電設計手冊.中國電力出版社。

[4]EDSA電力軟件。