無功補償在電網(wǎng)中的應用

李國忠

（廈門市同安區(qū)水利工程質量監(jiān)督站，廈門 361100）

1 基本原理

電網(wǎng)輸出的功率包括有功功率和無功功率。有功功率就是把電能轉變?yōu)闊崮堋C械能等等，并利用這些能來做功，消耗電能。無功功率就是把電能轉換為其他形式的能，在轉換過程中產(chǎn)生交變磁場，只做能量的周期性轉換，不消耗電能。現(xiàn)實中，無論是工業(yè)負荷還是民用負荷，大部分為感性負荷，根據(jù)電磁感應原理工作。在能量轉換過程中建立交變磁場，在一個周期內(nèi)吸收的功率和釋放的功率相等，這就是無功功率。電網(wǎng)中，需要有功功率平衡，無功功率也要平衡。所以對電網(wǎng)進行無功補償必不可少。

2 主要作用

合理進行無功補償，可以改善線路的電壓質量、降低電能損耗、提高設備出力、減少用電戶的費用。

2.1 改善線路的電壓質量

合理配置無功補償電容器，可以改善供電電壓的質量，提高供電可靠性。

2.2 降低電網(wǎng)中的功率損耗和電能損失

有功功率P一定的前提下，進行無功功率補償后（補償量QC=Q1-Q2），cosφ2>cosφ1，表明功率因數(shù)提高了。 如圖1。

負荷電流計算公式：

功率損耗公式：

式中 P為有功功率（kW）；U為額定電壓（kV）；cosφ為功率因數(shù)。

由式（1）～（2）可知：當有功功率一定時，負荷電流I與功率因數(shù)cosφ成反比，安裝無功補償裝置后，功率因數(shù)cosφ提高，使線路中的電流I減小，由此得到電網(wǎng)的功率損耗ΔP降低，在保持電網(wǎng)輸出功率不變時，這樣就可以減少設計容量，減少投資，直接決定和影響著供電企業(yè)的經(jīng)濟效益，實施無功補償受益非淺。

圖1 功率補償圖

2.3 提高發(fā)供電設備的出力

安裝無功補償后，可以使：①發(fā)電機可以少發(fā)無功，多發(fā)有功，提高出力；②需要的有功一定，由于補償了無功，所以可以減少無功，使配電變壓器容量就可以減少，節(jié)約投資；③容量一定，可以多發(fā)有功功率。

2.4 減少用電戶的費用支出

對于大容量用電設備，無功功率可在用電戶內(nèi)部傳輸和分配無功功率而造成有功功率損耗；由于用電戶使用的設備功率因數(shù)低于規(guī)定值而受的電力部門的處罰。以上兩種情況說明沒有進行無功補償，用電戶的費用明顯提高。因此要進行無功補償。

3 采取的方法

無功補償主要是采用并聯(lián)電容器提高電網(wǎng)的功率因數(shù)。提高功率因數(shù)的實質就是減少用電設備從電網(wǎng)中的無功功率的需要量，因而只有對用電設備進行無功補償，才能達到提高功率因數(shù)的目的。

3.1 電動機就地補償法

在單臺電動機處安裝并接電容器組。通過控制、自動保護裝置與電動機同時投入和切斷。投入并聯(lián)電容器組可以補償電動機的無功消耗。由于采用電動機與電容器自動同時投入或退出，可以使無功不倒流，保證功率因數(shù)始終滯后，有利于電網(wǎng)和用電戶；由于補償了無功功率，就相應降低了電動機的起動電流，從而減少接觸器的火花，使接觸器的觸點少腐蝕，所以控制器的可靠性得到明顯提高，延長了電動機和控制設備的使用壽命。

3.2 配電變壓器補償法

在配電變壓器二次側并聯(lián)電容器，補償配電變壓器空載時的無功損耗。

對于輕負載或空載的配電變壓器，無功負荷主要是空載勵磁無功，這些無功損耗也是電網(wǎng)主要無功損耗，可以導致輸電損耗增加，所以要進行無功補償。

有效補償配電變壓器空載或輕載時的無功損耗，限制了電網(wǎng)的無功基荷，就地平衡電網(wǎng)的無功損耗，提高配電變壓器利用率，降低電網(wǎng)的電能損耗。

3.3 高、低壓配電線路補償法

在高、低壓配電線路中并聯(lián)電容器組進行補償。適用于100kVA以上的專用配電變壓器用戶，在配電線路上并聯(lián)電容器組的補償方法，補償效果好。

3.4 配電變壓器與用電戶分組補償法

在配電變壓器的低壓側和用電戶的配電屏分別都安裝并聯(lián)電容器組的補償方法。這樣可以減少電壓線路的輸電損耗，保證電能的供用。

4 容量的確定

無功補償容量是以提高功率因數(shù)為主要目的。確定無功補償容量應注意：①避免過補償，造成無功功率的倒送會使功率損耗增加，也不經(jīng)濟；②功率因數(shù)提高要適當，通常情況下，提高到0.95是最合理的。

無功補償電容器容量的選擇，可根據(jù)使用目的的不同，按改善功率因數(shù)，提高運行電壓和降低線路損失等因素來確定。

按改善功率因數(shù)確定補償容量的方法簡便、明確，為國內(nèi)外所通用。根據(jù)功率補償圖中功率之間的向量關系，可以求出無功補償容量Qc。

式中Qc為無功功率 （kVar）；P為最大負荷月的平均有功功率（kW）；tgφ1、tgφ2為補償前、后功率因數(shù)角的正切值。

利用經(jīng)驗公式計算得出后繪制成表。查出每1kW有功功率、功率因數(shù)，改善前后所需補償?shù)娜萘?，再乘以最大負荷的月平均有功功率，即可計算出所需要的無功補償容量。

根據(jù)電網(wǎng)的運行經(jīng)驗還可以得出一個較簡便的估算法，就是無功補償容量一般為變壓器額定容量的20%～30%，可供參考。

5 結語

在電網(wǎng)中合理安裝使用無功補償電容器是企業(yè)降損節(jié)能，提高經(jīng)濟效益的有效措施，用電戶應重視和積極利用。對廣大供電企業(yè)來說，用電戶端功率因數(shù)的高低，直接關系到電網(wǎng)中的功率損耗和電能損耗，關系到供電線路的電壓損失和電壓波動及節(jié)約電能和整個供電區(qū)域的供電質量。如何提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)，已成為電力企業(yè)的一個重要課題。

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