无功功率补偿的技术分析
无功功率补偿的技术分析
【摘要】我国的工业系统广泛使用的交流异步电动机，有部分电机常处于轻载或空载状态，无功功率消耗比有功功率大，电能浪费严重。因此采用无功补偿，提高企业的功率因数是节能的一项重要技术措施。本文对无功补偿的种类，提高功率因数的意义、经济效益等进行了论述。
【关键词】无功功率补偿；经济运行；特点
一、前言
交流异步电动机在工矿企业中，不少电动机负荷率低，经常处于轻载或空载状态，功率因数普遍不高。无功功率相对于有功功率的百分比更大，不但浪费电能，而且降低了异步电动机的功率因数。现在国家非常重视节能减排的工作，因此在这种趋势下，对异步电动机采用无功功率补偿以提高功率因数，节约电能，减少运行费用，是非常必要的，同时也给企业带来了经济效益。
二、无功功率补偿的种类
1、集中补偿
在高低压配电所内设置若干组电容器，电容器接在配电母线上，补偿供电范围内的无功功率。
2、组合就地补偿（分散就地补偿）
电容器接在高压配电装置或动力箱的母线上，对附近的电动机进行无功补偿。
3、单独就地补偿
将电容器装于箱内，放置在电动机附近，对其单独补偿。
三、无功功率补偿的意义
1、改善设备的利用率
根据（3-1）公式可知，在一定的电压和电流下，提高功率因数，其输出的有功功率越大。因此，改善功率因数是发挥供电设备潜力，提高设备利用率的有效方法。
cosφ＝P/UI …（3-1）
2、减少供电系统中的电压损失
根据（3-2）公式可知，供电系统的电压损失为
△U=PR+QX/UN …（3-2）
当功率因数越高时，说明通过线路上无功功率越小，则线路上电压损失越小，也就改善了电压质量。
3、减少供电系统中的功率损耗
当线路通过电流I时，其有功损耗为：
ΔP=3I2R
可见，线路的功率损耗ΔP与cosφ2成反比，cosφ越高，功率损耗就越小。
4、提高供电系统的传输能力
视在功率与有功功率的关系为P＝Scosφ，可见在传送一定有功功率P的条件下，cosφ越高，所需视在功率就越小。
四、就地补偿与集中补偿的技术分析
1、电容补偿应注意的问题
（1）防止产生自励。
采用电容器就地补偿电动机，切断电源后，电动机在惯性作用下继续运行，此时电容器的放电电流成为励磁电流，如果电容过补偿，就可使电动机的磁场得到自励而产生电压。     
（2）防止过电压。
当电容器补偿容量过大，会引起电网电压升高并会导致电容器损坏。我国并联电容器国标规定：“工频长期过电压值最多不超过1.1倍额定电压。”
有功功率和无功功率
（3）防止产生谐振。
（4）防止受到系统谐波影响。
对于有谐波源的供电线路，应增设电抗器等措施，使谐波影响不致造成电容器损坏。
2、两者比较
就地补偿较集中补偿，更具节能效果。
五、电容补偿容量的选定
1、集中补偿容量确定
先进行负荷计算，确定有功功率P30和无功功率Q30，补偿前自然功率因数为cosφ1，要补偿到的功率因数为cosφ2。则
QC=αP30(tgφ1－tgφ2)
α为平均负荷因数。
2、电动机就地补偿电容器容量确定
就地补偿电容器容量选择的主要参数是励磁电流，因为不使电容器造成自励是选用电容器
容量的必要条件。负载率越低，功率因数越低；极数愈多，功率因数越低；容量愈小，功率因数越低。但由于无功功率主要消耗在励磁电流上，随负载率变化不大，因此应主要考虑电动机容量和极数这两个参数，才能得到最佳补偿效果。
六、经济运行补偿容量（KVAR）的确定
根据实际情况得出经济运行补偿容量公式：
在380V网络中，一般均用低压电容器进行无功补偿，每千乏电容器的功率损耗为0.004KW，放电装置的功率损耗约为0.001(KW/KVAR)。因此，380V网络中电容无功补偿装置的功率损耗系数为Kc=0.005
(KW/KVAR)。
不难看出；K2c<<1
此外，变压器的星型等值电阻折算到高压侧的阻值用Rb表示，则
根据上述情况，忽略K2c，并将式（6-2）代入式（6-1），便可得简化而实用的经济运行补偿容量计算公式
式中，P是变压器低压侧有功负荷（KW）；Q是变压器低压侧无功负荷（KVAR）；Se是变压器额定容量（KVA）；Pd是变压器的有功短路损耗（KW）；Qd是变压器满载无功损耗增值（KVAR）；PK是变压器的空载有功损耗（KW）；QK是变压器的空载无功损耗（KVAR）；Rb是变压器星形等值电阻折算到高压侧的阻值（Ω）；R是电源线路导线电阻（Ω）；Ue是变压器高压侧
（下转第60页）
（上接第58页）
线电压（V）；KC是补偿装置的功率损耗系数（KW/KVAR），对低压电容补偿装置：
KC=0.005(KW/KVAR)；K=1.22
在高压供电高压量电的工厂中，应该在变压器高压侧计算（或测定）功率因数；在高压供电低压量电和低压供电低压量电的工厂中，应计算（或测定）低压侧的功率因数。
七、结合工程实例谈电容补偿的应用
以某大型项目为例，该项目设备装机容量约为21000多千瓦，其中高压电动机设备容量为5400多千瓦，其他低压设备容量为5000多千瓦。供电电源的电压等级为10kV。本着“节能、高效”的方针，经过经济分析，采用10kV作为高压电动机的供电电压等级，投资较省，同时亦减少变电环节，也就减少了故障点。
在这个项目中，采用高压电容器就地补偿，与电动机同时投切。高压电容器组放置在电动机附近。高压就地补偿装置以并联电容器为主体，采用熔断器做保护，装设避雷器用于过电压保护，串联电抗器抑制涌流和谐波。这样，不仅提高了电动机的功率因数，降低了线路损耗，同时释放了系统容量，缩小了馈电电缆的截面，节约了投资。对于低压电动机布置较分散，因此，在变电所变压器低压侧采用电容器组集中自动补偿。 
八、总结
对无功功率进行补偿的节能效果是有目共睹的，在应用的过程中，还应该在技术经济上综合考虑，根据具体情况进行分析，来决定是采用集中补偿还是就地补偿，还是两者综合采用，从而达到使电气设备经济运行的目的。

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