無功補償技術對低壓電網功率因數的影響

袁相偉 臧德帥

摘 要：通過現場技術改造，可使低于標準要求的功率因數達標，實現節電目的。本文分析了無功補償的作用和補償容量的選擇方法，著重論述低壓電網和異步電動機無功補償容量的配置。提高低壓電網和用電設備的功率因數，已成為節電工作的一項重要措施。

關鍵詞：節電技術;功率因數;無功補償

1、前言

無功補償，就是借助于無功補償設備提供必要的無功功率，以提高系統的功率因數，降低能耗，改善電網電壓質量。

無功補償的合理配置原則：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）在配電網絡中，用戶消耗的無功功率約占50%～60%，其余的無功功率消耗在配電網中，所以必須由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。

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;中、低壓配電網應以分散補償為主。

（4）降損與調壓相結合，以降損為主。

2、影響功率因數的主要因素。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。

2.1、異步電動機和電力變壓器是耗用無功功率的主要設備

變壓器不應空載運行或長期低負載運行;防止電動機的空載運行并盡可能提高負載率。

2.2、 供電電壓超出規定范圍會對功率因數造成很大的影響。當供電電壓高于額定值的10%時，無功將增加35%左右。當供電電壓低于額定值時，功率因數有所提高，供電電壓降低會影響設備的正常工作。所以，應當采取措施使電力系統的供電電壓盡可能保持穩定。

2.3、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。

2.4、以上論述了影響電力系統功率因數的一些主要因素，因此必須要使低壓網能夠實現無功的就地平衡，達到降損節能的效果。

3、 低壓配電網無功補償的方法

提高功率因數的主要方法是采用低壓無功補償技術，我們通常采用的方法主要有三種：隨機補償、隨器補償、跟蹤補償。

3.1、隨機補償

隨機補償就是將低壓電容器組與電動機并接與電機同時投切。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，隨機補償的優點是：不需頻繁調整補償容量。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活，維護簡單、事故率低等。

3.2、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。對于輕負載的配變而言，這部分損耗占比很大，從而導致電費單價的增加。

隨器補償的優點：接線簡單、維護管理方便、能有效地補償配變空載無功，無功就地平衡，從而提高配變利用率，降低無功網損，具有較高的經濟性，是目前補償無功最有效的手段之一。

3.3、 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。跟蹤補償的優點是運行方式靈活，運行維護工作量小，比前兩種補償方式壽命相對延長、運行更可靠。但缺點是控制保護裝置復雜、首期投資相對較大。但當這三種補償方式的經濟性接近時，應優先選用跟蹤補償方式。

4、無功功率補償容量的選擇方法

無功補償容量以提高功率因數為主要目的時，補償容量的選擇分單負荷就地補償容量的選擇和多負荷補償容量的選擇。

4.1、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]

將電容器裝在箱內，至于電動機附近，對其進行單獨就地補償。

就地補償電容器容量表

Y系列380伏三相異步電動機就地補償電容器容量kvar

4.2、多負荷補償容量的選擇

多負荷補償容量的選擇是根據補償前后的功率因數來確定。

（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：Qe=KmKj（tgφ1-tgφ2）/Tm

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可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。

5、無功補償的效益

5.1、節省企業電費開支。國家電價制度中，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。

5.2、提高設備的利用率。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增加了功率儲備;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;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。

5.3、降低系統的能耗

補償前后線路傳送的有功功率不變，P= IUCOSφ，當功率因數從0.70～0.85提高到0.95時，有功損耗將降低20%～45%。

5.4、改善電壓質量。若減少無功功率Q，則有利于線路末端電壓的穩定，有利于大電動機的起動。因此，無功補償能改善電壓質量，調壓只是一個輔助作用。

5.5、三相異步電動機通過就地補償后，電流下降，功率因數的提高，增加了變壓器的容量，以新泰市檸檬酸廠為例;該廠為35KV直接降壓400V 的配電系統，總裝機容量為1500KW，由三臺1000KVA變壓器并列運行。該廠采用了配電室集中補償和電動機就地補償的無功補償方式。在發酵車間6臺65KW和4臺132KW的電機，5臺130KW的空壓機，3臺50KW的潛水泵分別裝設了電容器組，隨著電動機啟、停而投入，切除;在配電室裝設了電容器自動控制屏，十分有效地提高了功率因數降低了無功損耗，和一部分線損，使企業獲得了很好的經濟效益。

以上可見，提高電網功率因數對企業和社會有著巨大的經濟效益，因此，做為企業來說應盡可能的提高功率因數來節約電能，降低損耗，以提高經濟效益。

參考文獻：

[1]沈世銳，《電工學》中央理工大學，中央廣播電視大學出版社