无功补偿在电网中的应用

李国忠

（厦门市同安区水利工程质量监督站，厦门 361100）

1 基本原理

电网输出的功率包括有功功率和无功功率。有功功率就是把电能转变为热能、机械能等等，并利用这些能来做功，消耗电能。无功功率就是把电能转换为其他形式的能，在转换过程中产生交变磁场，只做能量的周期性转换，不消耗电能。现实中，无论是工业负荷还是民用负荷，大部分为感性负荷，根据电磁感应原理工作。在能量转换过程中建立交变磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等，这就是无功功率。电网中，需要有功功率平衡，无功功率也要平衡。所以对电网进行无功补偿必不可少。

2 主要作用

合理进行无功补偿，可以改善线路的电压质量、降低电能损耗、提高设备出力、减少用电户的费用。

2.1 改善线路的电压质量

合理配置无功补偿电容器，可以改善供电电压的质量，提高供电可靠性。

2.2 降低电网中的功率损耗和电能损失

有功功率P一定的前提下，进行无功功率补偿后（补偿量QC=Q1-Q2），cosφ2>cosφ1，表明功率因数提高了。 如图1。

负荷电流计算公式：

功率损耗公式：

式中 P为有功功率（kW）；U为额定电压（kV）；cosφ为功率因数。

由式（1）～（2）可知：当有功功率一定时，负荷电流I与功率因数cosφ成反比，安装无功补偿装置后，功率因数cosφ提高，使线路中的电流I减小，由此得到电网的功率损耗ΔP降低，在保持电网输出功率不变时，这样就可以减少设计容量，减少投资，直接决定和影响着供电企业的经济效益，实施无功补偿受益非浅。

图1 功率补偿图

2.3 提高发供电设备的出力

安装无功补偿后，可以使：①发电机可以少发无功，多发有功，提高出力；②需要的有功一定，由于补偿了无功，所以可以减少无功，使配电变压器容量就可以减少，节约投资；③容量一定，可以多发有功功率。

2.4 减少用电户的费用支出

对于大容量用电设备，无功功率可在用电户内部传输和分配无功功率而造成有功功率损耗；由于用电户使用的设备功率因数低于规定值而受的电力部门的处罚。以上两种情况说明没有进行无功补偿，用电户的费用明显提高。因此要进行无功补偿。

3 采取的方法

无功补偿主要是采用并联电容器提高电网的功率因数。提高功率因数的实质就是减少用电设备从电网中的无功功率的需要量，因而只有对用电设备进行无功补偿，才能达到提高功率因数的目的。

3.1 电动机就地补偿法

在单台电动机处安装并接电容器组。通过控制、自动保护装置与电动机同时投入和切断。投入并联电容器组可以补偿电动机的无功消耗。由于采用电动机与电容器自动同时投入或退出，可以使无功不倒流，保证功率因数始终滞后，有利于电网和用电户；由于补偿了无功功率，就相应降低了电动机的起动电流，从而减少接触器的火花，使接触器的触点少腐蚀，所以控制器的可靠性得到明显提高，延长了电动机和控制设备的使用寿命。

3.2 配电变压器补偿法

在配电变压器二次侧并联电容器，补偿配电变压器空载时的无功损耗。

对于轻负载或空载的配电变压器，无功负荷主要是空载励磁无功，这些无功损耗也是电网主要无功损耗，可以导致输电损耗增加，所以要进行无功补偿。

有效补偿配电变压器空载或轻载时的无功损耗，限制了电网的无功基荷，就地平衡电网的无功损耗，提高配电变压器利用率，降低电网的电能损耗。

3.3 高、低压配电线路补偿法

在高、低压配电线路中并联电容器组进行补偿。适用于100kVA以上的专用配电变压器用户，在配电线路上并联电容器组的补偿方法，补偿效果好。

3.4 配电变压器与用电户分组补偿法

在配电变压器的低压侧和用电户的配电屏分别都安装并联电容器组的补偿方法。这样可以减少电压线路的输电损耗，保证电能的供用。

4 容量的确定

无功补偿容量是以提高功率因数为主要目的。确定无功补偿容量应注意：①避免过补偿，造成无功功率的倒送会使功率损耗增加，也不经济；②功率因数提高要适当，通常情况下，提高到0.95是最合理的。

无功补偿电容器容量的选择，可根据使用目的的不同，按改善功率因数，提高运行电压和降低线路损失等因素来确定。

按改善功率因数确定补偿容量的方法简便、明确，为国内外所通用。根据功率补偿图中功率之间的向量关系，可以求出无功补偿容量Qc。

式中Qc为无功功率 （kVar）；P为最大负荷月的平均有功功率（kW）；tgφ1、tgφ2为补偿前、后功率因数角的正切值。

利用经验公式计算得出后绘制成表。查出每1kW有功功率、功率因数，改善前后所需补偿的容量，再乘以最大负荷的月平均有功功率，即可计算出所需要的无功补偿容量。

根据电网的运行经验还可以得出一个较简便的估算法，就是无功补偿容量一般为变压器额定容量的20%～30%，可供参考。

5 结语

在电网中合理安装使用无功补偿电容器是企业降损节能，提高经济效益的有效措施，用电户应重视和积极利用。对广大供电企业来说，用电户端功率因数的高低，直接关系到电网中的功率损耗和电能损耗，关系到供电线路的电压损失和电压波动及节约电能和整个供电区域的供电质量。如何提高电力系统的功率因数，已成为电力企业的一个重要课题。

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