土木在线论坛 \ 电气工程 \ 供配电技术 \ 试谈我国低压电网中无功补偿的意义

试谈我国低压电网中无功补偿的意义

发布于：2015-08-22 11:03:22 来自：电气工程/供配电技术 [复制转发]

摘要：低压电网如何有效保持良好的工作状态，降低电能损失，与电网稳定工作、设备安全运行、工安全生产及人民生活用电都有直接影响。分析无功补偿的作用和主要措施。

无功补偿是借助于无功补偿设备提供必要的无功功率，以提高系统的功率因数，降低电能的损耗，改善电网电压质量。

从电网无功功率消耗的基本状况可以看出，各级网络和输配电设备都要消耗一定数量的无功功率，尤其是以低压配电网所占比重最大。为了最大限度的减少无功功率的传输损耗，提高输配电设备的效率，无功补偿设备的配置，应按照“分级补偿，就地平衡”的原则，合理布局。

一、低压配电网无功补偿的方法

随机补偿：随机补偿就是将低压电容器组与电动机并接，通过控制、保护装置与电机，同时投切。

随器补偿：随器补偿是指将低压电容器通过低压接在配电变压器二次侧，以补偿配电变压器空载无功的补偿方式。

跟踪补偿：跟踪补偿是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置，将低压电容器组补偿在大用户0.4kv母线上的补偿方式。适用于100kVA以上的专用配变用户，可以替代随机、随器两种补偿方式，补偿效果好。

二、无功功率补偿容量的选择方法

无功补偿容量以提高功率因数为主要目的时，补偿容量的选择分两大类讨论，即单负荷就地补偿容量的选择(主要指电动机)和多负荷补偿容量的选择(指集中和局部分组补偿)。

(一)单负荷就地补偿容量的选择的几种方法

1.美国：Qc=(1/3)Pe

2.日本：Qc=(1/4~1/2)Pe

3.瑞典：Qc≤√3UeIo×10-3 (kvar)Io-空载电流=2Ie(1-COSφe )

若电动机带额定负载运行，即负载率β=1,则：Qo根据电机学知识可知，对于Io/Ie较低的电动机(少极、大功率电动机)，在较高的负载率β时吸收的无功功率Qβ与激励容量Qo的比值较高，即两者相差较大，在考虑导线较长，无功当量较高的大功率电动机以较高的负载率运行方式下，此式来选取是合理的。

4.按电动机额定数据计算：

Q= k(1- cos2φe )3UeIe×10-3 (kvar)

K为与电动机极数有关的一个系数

极数：2 4 6 8 10

K值： 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9

考虑负载率及极对数等因素，按式(4)选取的补偿容量，在任何负载情况下都不会出现过补偿，而且功率因数可以补偿到0.90以上。此法在节能技术上广泛应用，特别适用于Io/Ie比值较高的电动机和负载率较低的电动机。但是对于Io/Ie较低的电动机额定负载运行状态下，其补偿效果较差。

(二)多负荷补偿容量的选择

多负荷补偿容量的选择是根据补偿前后的功率因数来确定。

1.对已生产企业欲提高功率因数，其补偿容量Qc按下式选择：

Qc=KmKj(tgφ1-tgφ2)/Tm

式中：Km为最大负荷月时有功功率消耗量，由有功电能表读得;Kj为补偿容量计算系数，可取0.8～0.9;Tm为企业的月工作小时数;tgφ1、 tgφ2是指负载阻抗角的正切，tgφ1=Q1/P，tgφ2= Q2/P;tgφ(UI)可由有功和无功电能表读数求得。

2.对处于设计阶段的企业，无功补偿容量Qc按下式选择：

Qc=KnPn(tgφ1-tgφ2)

式中Kn为年平均有功负荷系数，一般取0.7～0.75;Pn为企业有功功率之和;tgφ1、tgφ2意义同前。tgφ1可根据企业负荷性质查手册近似取值，也可用加权平均功率因数求得cosφ1。

多负荷的集中补偿电容器安装简单，运行可靠、利用率较高。

三、无功补偿的效益

在现代用电企业中，在数量众多、容量大小不等的感性设备连接于系统中，以致电网传输功率除有功功率外，还需无功功率。如自然平均功率因数在0.70～0.85之间。企业消耗电网的无功功率约占消耗有功功率的60%～90%,如果把功率因数提高到0.95左右，则无功消耗只占有功消耗的30%左右。减少了电网无功功率的输入，会给用电企业带来效益。

(一)节省企业电费开支。提高功率因数对企业的直接效益是明显的，因为国家电价制度中，从合理利用有限电能出发，对不同企业的功率因数规定了要求达到的不同数值，低于规定的数值，需要多收电费，高于规定数值，可相应地减少电费。使用无功补偿不但减少初次费用，而且减少了运行后的基本电费。

(二)降低系统的能耗。补偿前后线路传送的有功功率不变，P= IUCOSφ，由于COSφ提高，补偿后的电压U2稍大于补偿前电压U1,为分析问题方便，可认为U2≈U1从而导出I1COSφ1=I2COSφ2。即 I1/I2= COSφ2/ COSφ1,这样线损 P减少的百分数为：

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

当功率因数从0.70～0.85提高到0.95时，由上式可求得有功损耗将降低20%～45%。

(三)改善电压质量。以线路末端只有一个集中负荷为例，假设线路电阻和电抗为R、X,有功和无功为P、Q,则电压损失ΔU为：

△U=(PR+QX)/Ue×10-3(KV) 两部分损失：PR/ Ue→输送有功负荷P产生的;QX/Ue→输送无功负荷Q产生的;

配电线路：X=(2~4)R，△U大部分为输送无功负荷Q产生的

变压器：X=(5~10)R QX/Ue=(5~10) PR/ Ue 变压器△U几乎全为输送无功负荷Q产生的。

可以看出，若减少无功功率Q,则有利于线路末端电压的稳定，有利于大电动机的起动。

(四)三相异步电动机通过就地补偿后，由于电流的下降，功率因数的提高，从而增加了变压器的容量，计算公式如下：

△S=P/ COSφ1×[( COSφ2/ COSφ1)-1]

如一台额定功率为155KW水泵的电机，补前功率因数为0.857，补偿后功率因数为0.967，根据上面公式计算其增容量为：(155÷0.857) ×[(0.967 ÷0.857)-1]=24KVA