無功補償技術(shù)對低壓電網(wǎng)功率因數(shù)的影響

袁相偉 臧德帥

摘 要：通過現(xiàn)場技術(shù)改造，可使低于標準要求的功率因數(shù)達標，實現(xiàn)節(jié)電目的。本文分析了無功補償?shù)淖饔煤脱a償容量的選擇方法，著重論述低壓電網(wǎng)和異步電動機無功補償容量的配置。提高低壓電網(wǎng)和用電設(shè)備的功率因數(shù)，已成為節(jié)電工作的一項重要措施。

關(guān)鍵詞：節(jié)電技術(shù);功率因數(shù);無功補償

1、前言

無功補償，就是借助于無功補償設(shè)備提供必要的無功功率，以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低能耗，改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量。

無功補償?shù)暮侠砼渲迷瓌t：無功補償設(shè)備的配置，應(yīng)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(jié)合，以局部為主 。

（2）在配電網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)中，所以必須由電力部門補償與用戶補償相結(jié)合。

（3）分散補償與集中補償相結(jié)合，以分散為主。

集中補償，是在變電所集中裝設(shè)較大容量的補償電容器。分散補償，指在配電網(wǎng)絡(luò)中分散的負荷區(qū);中、低壓配電網(wǎng)應(yīng)以分散補償為主。

（4）降損與調(diào)壓相結(jié)合，以降損為主。

2、影響功率因數(shù)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(shù)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(shè)備

變壓器不應(yīng)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(guī)定范圍會對功率因數(shù)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(shù)有所提高，供電電壓降低會影響設(shè)備的正常工作。所以，應(yīng)當采取措施使電力系統(tǒng)的供電電壓盡可能保持穩(wěn)定。

2.3、電網(wǎng)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(tǒng)功率因數(shù)的一些主要因素，因此必須要使低壓網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)無功的就地平衡，達到降損節(jié)能的效果。

3、 低壓配電網(wǎng)無功補償?shù)姆椒?/p>

提高功率因數(shù)的主要方法是采用低壓無功補償技術(shù)，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?shù)膬?yōu)點是：不需頻繁調(diào)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(cè)，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?shù)膬?yōu)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(wǎng)損，具有較高的經(jīng)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?shù)膬?yōu)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(fù)雜、首期投資相對較大。但當這三種補償方式的經(jīng)濟性接近時，應(yīng)優(yōu)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(shù)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(nèi)，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(jù)補償前后的功率因數(shù)來確定。

（1）對已生產(chǎn)企業(yè)欲提高功率因數(shù)，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(shù)，可取0.8～0.9;Tm為企業(yè)的月工作小時數(shù);tgφ1、tgφ2意義同前，tgφ1由有功和無功電能表讀數(shù)求得。

（2）對處于設(shè)計階段的企業(yè)，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(shù)，一般取0.7～0.75;Pn為企業(yè)有功功率之和;tgφ1、tgφ2意義同前。tgφ1可根據(jù)企業(yè)負荷性質(zhì)查手冊近似取值，也可用加權(quán)平均功率因數(shù)求得cosφ1。

5、無功補償?shù)男б?/p>

5.1、節(jié)省企業(yè)電費開支。國家電價制度中，對不同企業(yè)的功率因數(shù)規(guī)定了要求達到的不同數(shù)值，低于規(guī)定的數(shù)值，需要多收電費，高于規(guī)定數(shù)值，可相應(yīng)地減少電費。

5.2、提高設(shè)備的利用率。在同樣有功功率下，因功率因數(shù)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(wǎng)絡(luò)已趨于過載，由于功率因數(shù)的提高，輸送無功電流的減少，使系統(tǒng)不致于過載運行;對尚處于設(shè)計階段的新建企業(yè)來說則能降低設(shè)備容量，減少投資費用，在一定條件下，改善后的功率因數(shù)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(tǒng)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(shù)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(zhì)量。若減少無功功率Q，則有利于線路末端電壓的穩(wěn)定，有利于大電動機的起動。因此，無功補償能改善電壓質(zhì)量，調(diào)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(shù)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(tǒng)，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?shù)臒o功補償方式。在發(fā)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(shè)了電容器組，隨著電動機啟、停而投入，切除;在配電室裝設(shè)了電容器自動控制屏，十分有效地提高了功率因數(shù)降低了無功損耗，和一部分線損，使企業(yè)獲得了很好的經(jīng)濟效益。

以上可見，提高電網(wǎng)功率因數(shù)對企業(yè)和社會有著巨大的經(jīng)濟效益，因此，做為企業(yè)來說應(yīng)盡可能的提高功率因數(shù)來節(jié)約電能，降低損耗，以提高經(jīng)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