工廠供電系統(tǒng)無功補償問題的研究

西北民族大學　廖俊學

前言

功率因數(shù)是指在交流電路中電壓和電流之間相位差角的余弦，在數(shù)值上，是有功功率與視在功率之比。功率因數(shù)的大小與用戶負荷性質有關。在一定有功功率條件下，用戶所需感性無功功率越大，余弦值越小，我國四分之三的電能都用于工業(yè)生產(chǎn)，若工廠供電系統(tǒng)中功率因數(shù)下降，有造成許多的不良影響，比如：（1）造成線路中有功功率和電能的大量損耗；（2）造成相關電氣設備的容量不能得以保證，增大了設備容量，不能發(fā)揮出它們本有的經(jīng)濟效益。因此，在工廠供電系統(tǒng)中無功功率的補償就顯得非常重要了，對于節(jié)能和經(jīng)濟性具有積極性的作用。

1.無功補償?shù)膬?yōu)點

1.1　節(jié)約電能，減少電能損耗

無功補償存在的意義就是降低電能損耗，當有功功率P和線路傳輸電壓U為定值時，由公式P=UIcos α，電流I和cos α成反比，當對設備進行無功補償后，cos α變大，電流I減小，又因為PS= I2R，當電流減小時，線路上的損耗也就相應減小了，達到了減少電能損耗的目的。同時，當功率因數(shù)提高了以后，變壓器的供應能力也會得到增強。比如：一臺變壓器的額定容量Sn為400KVA，功率因數(shù)cos α為0.6，變壓器的輸出，假設經(jīng)過無功補償后功率因數(shù)cos α增加到0.9，此時的，變壓器的供應能力在原來的基礎上整整提升了一半，由此可見無功補償對于減少電能損耗具有極大的作用。

2.提高功率因數(shù)的方法

2.1　提高自然功率因數(shù)

在工廠供電系統(tǒng)中，電氣設備與儀器的選擇也是有要求的，并不是越大越好，應當合理的選擇和使用電氣設備，減少設備本身工作時所吸收的無功功率，這樣的方法就叫提高自然功率因數(shù)。當電氣設備選擇的容量過大時，工作時消耗的無功功率也就越大，若此電氣設備常年不能接近或比較接近滿載運行，則無功功率損耗較大，導致功率因數(shù)和設備效率都會降低，這是非常不合理且不經(jīng)濟的，所以對于電氣設備的選擇，應盡量使設備工作時的負荷接近設備的額定容量，對于短期運用的電氣設備可以在允許的范圍內有一點的偏差，但對于長期工作的電氣設備應采用同步電動機傳動為最好。在工廠供電系統(tǒng)中，提高自然功率因數(shù)的方法是最基礎也是最容易的。

2.1.1自然功率因數(shù)的提高方法

(1)減少設備的空(少)載時間。

(2)盡量用小容量設備的滿載來代替大容量設備的輕載。

(3)有可能的話，用同步電動機代替異步電動機。因為在一定條件下，轉子電流調大，同步電動機顯容性。

2.2　采取人工補償方法提高功率因數(shù)

由于送、配電線路和變壓器傳輸無功功率也會造成電能損耗和電壓損耗，使設備的使用效率降低。因此，除了采用提高自然功率因數(shù)的方法外，還應用人工補償?shù)姆绞綄o功功率進行補償。在工廠供電系統(tǒng)中，電容器是使用的最多和使用的最廣泛的一種補償方法。通常，采用電容器并聯(lián)的方式來補償無功功率以達到提高功率因數(shù)的目的。

2.2.1電容器補償?shù)木唧w實施過程和方法

因為在交流電路中，純電阻負載的電流IR與電壓U是同相位的，純電感負載的電流IL是滯后于電壓90度的，而純電容負載的電流IC是超前于電壓90度的，又由于在工廠供電系統(tǒng)中，絕大部分設備都是顯感性的，所以導致總的電流I是滯后于電壓一定角度的，功率因數(shù)值相對偏低，供電效率低下，所以在實際生產(chǎn)中，通常采用下圖的方法。

如圖，在負載兩端并聯(lián)上電容器，因為電容中的電流與電感中的電流相位相差180度，因此，它們可以互相抵消，則流過電容器的電流IC會抵消一部分電感電流IL，從而使電感電流減小，使總的電流也減小，但總電流I與電壓U之間的夾角會減小，從而使功率因數(shù)cos α提高，因此，只要電容選的合適，可以實現(xiàn)電容電流IC恰好把電感電流IL抵消完，使總的電流I顯阻性，此時，功率因數(shù)cos α最大且等于1。電容器補償法在工廠供電系統(tǒng)中被普遍用到，它提高了功率因數(shù)cos α，減少了供電損耗，提高了供電效率。

I——總電流

U——電壓

IL——流過電感的電流

IC——流過電容的電流

IR——流過電阻的電流

2.2.2電容器補償?shù)木唧w所需容量及設備臺數(shù)

P——有功功率

2.2.3電容器的補償方式

為了提高用戶補償裝置的經(jīng)濟效益，減少無功功率的輸送，所以在工廠供電系統(tǒng)中，通常補償方式有高壓集中補償，低壓成組補償和低壓個別補償三種。

（1）集中補償

在一些大型工廠里，將電容器組接在變電所6kv～10kv的高壓母線上，根據(jù)變電所總的無功功率來選擇電容器組的容量，這種補償方式的電容利用率很高，能夠減少工廠供電系統(tǒng)、用戶和輸電線這三方的無功功率，保證了供電的高效經(jīng)濟性。

（2）成組補償

成組補償既是將電容分別安裝在工廠供電車間的低壓配電盤的母線上，這種方法在中小型工廠中被廣泛應用，因為它具有維修方便，效益經(jīng)濟等優(yōu)點。

（3）分個補償

分個補償就是將電容直接安裝在負載兩邊，雖然這種補償方式的補償效果很好，但是并不經(jīng)濟，在每一個設備旁都安裝電容，會導致總投資非常大且電容的利用率很低，所以這種方式在工廠中并沒有普遍使用，只有在一些特殊場合下有采用它。

3.結論

綜上所述，工廠供電系統(tǒng)中無功補償技術的產(chǎn)生和運用，有效的推動了供電技術的發(fā)展，為人類能更方便、更經(jīng)濟、更安全的用電帶來了科技動力，如今，工廠供電的無功補償技術更加成熟化、智能化和多元化且無功補償?shù)募夹g能滿足人們日益增長的用電需求。在本文中首先對無功補償?shù)膬?yōu)點進行了闡述，分析了提高功率因數(shù)的方法和具體實施的過程以及能實現(xiàn)無功補償?shù)脑淼确矫?/p>

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