淺析低壓電網(wǎng)中無(wú)功補償

摘要：低壓電網(wǎng)如何有效保持良好的工作狀態(tài)，降低電能損失，與電網(wǎng)穩定工作、設備安全運行、工安全生產(chǎn)及人民生活用電都有直接影響。分析無(wú)功補償的作用和主要措施。

無(wú)功補償是借助于無(wú)功補償設備提供必要的無(wú)功功率，以提高系統的功率因數，降低電能的損耗，改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量。

從電網(wǎng)無(wú)功功率消耗的基本狀況可以看出，各級網(wǎng)絡(luò )和輸配電設備都要消耗一定數量的無(wú)功功率，尤其是以低壓配電網(wǎng)所占比重最大。為了最大限度的減少無(wú)功功率的傳輸損耗，提高輸配電設備的效率，無(wú)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。

一、低壓配電網(wǎng)無(wú)功補償的方法

隨機補償：隨機補償就是將低壓電容器組與電動(dòng)機并接，通過(guò)控制、保護裝置與電機，同時(shí)投切。

隨器補償：隨器補償是指將低壓電容器通過(guò)低壓接在配電變壓器二次側，以補償配電變壓器空載無(wú)功的補償方式。

跟蹤補償：跟蹤補償是指以無(wú)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(hù)0.4kv母線(xiàn)上的補償方式。適用于100kVA以上的專(zhuān)用配變用戶(hù)，可以替代隨機、隨器兩種補償方式，補償效果好。

二、無(wú)功功率補償容量的選擇方法

無(wú)功補償容量以提高功率因數為主要目的時(shí)，補償容量的選擇分兩大類(lèi)討論，即單負荷就地補償容量的選擇(主要指電動(dòng)機)和多負荷補償容量的選擇(指集中和局部分組補償)。

(一)單負荷就地補償容量的選擇的幾種方法

1.美國：Qc=(1/3)Pe

2.日本：Qc=(1/4~1/2)Pe

3.瑞典：Qc≤√3UeIo×10-3 (kvar)Io-空載電流=2Ie(1-COSφe )

若電動(dòng)機帶額定負載運行，即負載率β=1,則：Qo根據電機學(xué)知識可知，對于Io/Ie較低的電動(dòng)機(少極、大功率電動(dòng)機)，在較高的負載率β時(shí)吸收的無(wú)功功率Qβ與激勵容量Qo的比值較高，即兩者相差較大，在考慮導線(xiàn)較長(cháng)，無(wú)功當量較高的大功率電動(dòng)機以較高的負載率運行方式下，此式來(lái)選取是合理的。

4.按電動(dòng)機額定數據計算：

Q= k(1- cos2φe )3UeIe×10-3 (kvar)

K為與電動(dòng)機極數有關(guān)的一個(gè)系數

極數：2 4 6 8 10

K值： 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9

考慮負載率及極對數等因素，按式(4)選取的補償容量，在任何負載情況下都不會(huì )出現過(guò)補償，而且功率因數可以補償到0.90以上。此法在節能技術(shù)上廣泛應用，特別適用于Io/Ie比值較高的電動(dòng)機和負載率較低的電動(dòng)機。但是對于Io/Ie較低的電動(dòng)機額定負載運行狀態(tài)下，其補償效果較差。

(二)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(lái)確定。

1.對已生產(chǎn)企業(yè)欲提高功率因數，其補償容量Qc按下式選擇：

Qc=KmKj(tgφ1-tgφ2)/Tm

式中：Km為最大負荷月時(shí)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(yè)的月工作小時(shí)數;tgφ1、 tgφ2是指負載阻抗角的正切，tgφ1=Q1/P，tgφ2= Q2/P;tgφ(UI)可由有功和無(wú)功電能表讀數求得。

2.對處于設計階段的企業(yè)，無(wú)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(yè)有功功率之和;tgφ1、tgφ2意義同前。tgφ1可根據企業(yè)負荷性質(zhì)查手冊近似取值，也可用加權平均功率因數求得cosφ1。

多負荷的集中補償電容器安裝簡(jiǎn)單，運行可靠、利用率較高。

三、無(wú)功補償的效益

在現代用電企業(yè)中，在數量眾多、容量大小不等的感性設備連接于系統中，以致電網(wǎng)傳輸功率除有功功率外，還需無(wú)功功率。如自然平均功率因數在0.70～0.85之間。企業(yè)消耗電網(wǎng)的無(wú)功功率約占消耗有功功率的60%～90%,如果把功率因數提高到0.95左右，則無(wú)功消耗只占有功消耗的30%左右。減少了電網(wǎng)無(wú)功功率的輸入，會(huì )給用電企業(yè)帶來(lái)效益。

(一)節省企業(yè)電費開(kāi)支。提高功率因數對企業(yè)的直接效益是明顯的，因為國家電價(jià)制度中，從合理利用有限電能出發(fā)，對不同企業(yè)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。使用無(wú)功補償不但減少初次費用，而且減少了運行后的基本電費。

(二)降低系統的能耗。補償前后線(xiàn)路傳送的有功功率不變，P= IUCOSφ，由于COSφ提高，補償后的電壓U2稍大于補償前電壓U1,為分析問(wèn)題方便，可認為U2≈U1從而導出I1COSφ1=I2COSφ2。即 I1/I2= COSφ2/ COSφ1,這樣線(xiàn)損 P減少的百分數為：

ΔP%= (1-I2/I1)×100%=(1- COSφ1/ COSφ2)× 100%

當功率因數從0.70～0.85提高到0.95時(shí)，由上式可求得有功損耗將降低20%～45%。

(三)改善電壓質(zhì)量。以線(xiàn)路末端只有一個(gè)集中負荷為例，假設線(xiàn)路電阻和電抗為R、X,有功和無(wú)功為P、Q,則電壓損失ΔU為：

△U=(PR+QX)/Ue×10-3(KV) 兩部分損失：PR/ Ue→輸送有功負荷P產(chǎn)生的;QX/Ue→輸送無(wú)功負荷Q產(chǎn)生的;

配電線(xiàn)路：X=(2~4)R，△U大部分為輸送無(wú)功負荷Q產(chǎn)生的

變壓器：X=(5~10)R QX/Ue=(5~10) PR/ Ue 變壓器△U幾乎全為輸送無(wú)功負荷Q產(chǎn)生的。

可以看出，若減少無(wú)功功率Q,則有利于線(xiàn)路末端電壓的穩定，有利于大電動(dòng)機的起動(dòng)。

(四)三相異步電動(dòng)機通過(guò)就地補償后，由于電流的下降，功率因數的提高，從而增加了變壓器的容量，計算公式如下：

△S=P/ COSφ1×[( COSφ2/ COSφ1)-1]

如一臺額定功率為155KW水泵的電機，補前功率因數為0.857，補償后功率因數為0.967，根據上面公式計算其增容量為：(155÷0.857) ×[(0.967 ÷0.857)-1]=24KVA

四、結束語(yǔ)

在配電網(wǎng)中進(jìn)行無(wú)功補償、提高功率因數和做好無(wú)功優(yōu)化，是一項建設性的節能措施。本文簡(jiǎn)要分析了三種無(wú)功補償的方法和兩種無(wú)功功率補償容量的選擇方法以及無(wú)功補償后的良性影響。在實(shí)際設計中，要具體問(wèn)題具體分析，使無(wú)功補償應用獲得最大的效益。

參考文獻：

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[2]曹光祖，應系統的重視分散和終端無(wú)功補償.電壓電器.1999.(5).