浅谈无功补偿在低压电网中的应用

高开英

（沈阳东盛电力技术研究所有限公司，辽宁 沈阳110168）

1 无功补偿的基本知识

1.1 无功补偿的原理

1.1.1 无功功率

电网中电力设备大多是根据电磁感应原理工作的，他们在能量转换过程中建立交变的磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等。 电源能量在通过纯电感或纯电容电路时并没有能量消耗，仅在负荷与电源之间往复交换，在三相之间流动，由于这种交换功率不对外做功，因此称为无功功率。

1.1.2 功率因数

实际供用电系统中的电力负荷并不是纯感性或纯容性的，是既有电感或电容、又有电阻的负载。 这种负载的电压和电流的相量之间存在着一定的相位差，相位角的余弦cosφ 称为功率因数，又称力率。 它是有功功率与视在功率之比。

三相功率因数的计算公式为：

式中：cosφ—功率因数；P—有功功率，kW；Q—无功功率；kvarS—视在功率，kVA。

1.1.3 无功补偿原理

电网输出的功率包括两部分，有功功率和无功功率。 直接消耗电能，把电能转变为机械能、热能、化学或声能等的电功率，称为有功功率。不消耗电能，只是把电能转换为另一种形式的能，这种能是电气设备能够做功的必要条件。 这种能作为电网中与电能进行周期性转换，这叫无功功率。 电流在电感元件中做功过过程中， 电流超前电压90度。电流在电容元件中做功时，电流滞后电压90 度。在同一电路中，电感电流与电容电流方向相反。 所以，如果在电磁元件装上相应比例的电容元件，使两都的电流相互批评消，使电流和电压的矢量夹角减小，从而提高了电流做功的能力，使有功功率增加。

1.2 无功补偿的意义

1） 减少电力损失， 一般工厂动力配线依据不同的线路及负荷情况，其电力损耗约2%-3%左右，使用电容提高功率因数后，总电流降低，可降低供电端与用电端的电力损失。

2）改善供电品质，提高功率因数，减少负载总电流及电压降。于变压器二次侧加装电容可改善功率因数提高二次侧电压。

3）延长设备寿命。 改善功率因数后线路总电流减少，使接近或已经饱和的变压器、开关等机器设备和线路容量负荷降低，因此可以降低温升增加寿命（温度每降低10°C，寿命可延长1 倍）

4）最终满足电力系统对无功补偿的监测要求，消除因为功率因数过低而产生的罚款

1.3 无功补偿的实现方法

一种是在电网上并联电容器，通过提高电网的功率因数达到减少线路电压损耗，提高供电设备利用率的目的；另外一种是在电网上并入同步电动机，通过改变同步电动机励磁电流的方法来改变电路负载特性。其中前一种方法适用于居民、商业及小型工厂的低压供电系统，而后一种方法适用于大型工厂中的无功功率补偿。

1.4 无功补偿的合理配置原则

从电力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， 尤以低压配电网所占比重最大。为了最大限度地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。

1）总体平衡与局部平衡相结合，以局部为主。

2）电力部门补偿与用户补偿相结合。

3）分散补偿与集中补偿相结合，以分散为主。

4）降损与调压相结合，以降损为主。

2 提高低压电网功率因数的无功补偿的方法

2.1 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。随机补偿适用于补偿电动机的无功消耗，以补励磁无功为主，此种方式可较好地限制用电单位无功负荷。

2.2 随器补偿

随器补偿是指将低压电容器通过低压保险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。 配变在轻载或空载时的无功负荷主要是变压器的空载励磁无功，配变空载无功是用电单位无功负荷的主要部分，对于轻负载的配变而言，这部分损耗占供电量的比例很大，从而导致电费单价的增加。

2.3 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。

3 无功补偿容量的计算

无功功率的传输加重了电网负荷，使电网损耗增加，系统电压下降。 故需对其进行就近和就地补偿。 并联电容器可补偿或平衡电气设备的感性无功功率。当容性无功功率QC 等于感性无功功率QL 时，电网只传输有功功率P。 根据国家有关规定，用户的功率因数一般应达到0.9 以上。 无功功率补偿一般用这个公式:

Qc=α×P×(tanφ1-tanφ2）

式中:Qc—无功补偿容量（kvar）；α—平均有功负载因数，一般取0.70～0.75;P 为有功负载 （kW）；tanφ1—补偿前功率因数角正切值；tanφ2—补偿后功率因数角正切值。

4 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电力系统中，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。 由于减少了电网无功功率的输入，会给用电企业带来效益。

4.1 节省企业电费开支

提高功率因数对企业的直接经济效益是明显的，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。 可见，提高功率因数对企业有着重要的经济意义。

4.2 提高设备的利用率

对于原有供电设备来讲，在同样有功功率下，因功率因数的提高，负荷电流减少，因此向负荷传送功率所经过的变压器、开关和导线等供配电设备都增加了功率储备，从而满足了负荷增长的需要；如果原网络已趋于过载，由于功率因数的提高，输送无功电流的减少，使系统不致于过载运行，从而发挥原有设备的潜力；对尚处于设计阶段的新建企业来说则能降低设备容量，减少投资费用，在一定条件下，改善后的功率因数可以使所选变压器容量降低。 因此，使用无功补偿不但减少初次投资费用，而且减少了运行后的基本电费。

4.3 降低系统的能耗

4.4 改善电压质量

5 总结

文中集中探讨了无功补偿技术对用电单位的低压配电网的影响以及提高功率因数所带来的经济效益和社会效益，介绍了影响功率因数的主要因素和提高功率因数的方法，讨论了如何确定无功功率的补偿容量，确保补偿技术经济、合理、安全可靠，达到节约。

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