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(wǎng)的功率因數(shù)，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(huán)境。分析了電網(wǎng)損耗的原因，提出無功補償功率因數(shù)選擇要點，闡明了無功補償?shù)攸c選擇的實用效果。

關(guān)鍵詞：無功補償；電容；功率因數(shù)；節(jié)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(shù)學(xué)定義

P=

表征無功參數(shù)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(wǎng)中注入無功電流或在公用電網(wǎng)中產(chǎn)生無功的電氣設(shè)備，統(tǒng)稱為無功源。（發(fā)電機、同步調(diào)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(tǒng)（特別是無功負荷）中占的比重很大。系統(tǒng)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(tǒng)無功損耗中占有相當?shù)谋戎?，還有輸電線路。

1.4無功補償?shù)睦碚撘罁?jù)

保證用戶處的電壓接近額定值是電力系統(tǒng)運行調(diào)整地基本任務(wù)之一。電力系統(tǒng)的運行電壓水平取決于無功功率的平衡。系統(tǒng)中各種無功電源的無功功率輸出應(yīng)能滿足系統(tǒng)負荷和網(wǎng)絡(luò)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(tǒng)無功功率平衡的基本要求是：系統(tǒng)中的無功電源可能發(fā)出的無功功率應(yīng)該大于或至少等于負荷所需的無功功率和網(wǎng)絡(luò)中的無功損耗之和。為了保證運行可靠性和適應(yīng)無功負荷的增長，系統(tǒng)還必須配置一定的無功備用容量。令QGC 為電源供應(yīng)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(tǒng)中的無功功率的平衡關(guān)系式為

QGC -QLD-QL=Qres

Qres>0表示系統(tǒng)中無功功率可以平衡且有適量的備用；如Qres<0表示系統(tǒng)中無功功率不足，應(yīng)考慮加設(shè)無功補償裝置。

從無功功率平衡，電壓調(diào)整和經(jīng)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(shè)置的補償容量必有助于提高電壓水平，為減少網(wǎng)絡(luò)電壓損耗而增添的無功補償也必然會降低網(wǎng)損。應(yīng)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(shù)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(shù)到0.9以后功率因數(shù)每提高0.01需要增加的補償量大大增加，所以建議低壓側(cè)功率因數(shù)補償?shù)?.9左右。這也同《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計規(guī)范》中的要求完全一致。

1.6補償?shù)攸c的確定

補償?shù)哪康氖菧p少線路中的無功分量，對于負荷相對分散的配電系統(tǒng)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(yīng)盡量安裝在低功率因數(shù)的終端負荷上。傳統(tǒng)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(shù)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(jù)負荷計算我選擇容量為630kVA的變壓器，?P=6200W。補償前后的節(jié)損公式為：

其中R：變壓器或線路的電阻，U：系統(tǒng)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?cè)萘咳匀粸?00kvar，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(jù)企業(yè)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?shù)攸c選擇不同方案二中大負荷區(qū)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?shù)攸c選擇得當每年可以節(jié)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(yōu)的補償方式。

2.5總結(jié)：

1）做設(shè)計之前要認真分析負荷情況，認清負荷中心做出最優(yōu)的配電方案。

2）嚴格按照規(guī)范要求進行功率補償，低壓側(cè)功率因數(shù)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?shù)攸c，盡量把電容補償在負荷中心。

3.結(jié)束語

對于電氣工程設(shè)計人員，在供配電系統(tǒng)設(shè)計中，應(yīng)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?shù)牡攸c，如果我們設(shè)計時補償?shù)攸c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(jié)約型社會所不允許的。

參考文獻：

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