浅析无功补偿对于供电企业降损的重要性

2015-03-27国网山东平邑县供电公司邱继超崔红淼

电子世界 2015年18期

关键词：功率因数用电容量

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无功补偿对于供电企业来说，不仅对于电压管理十分重要，对于降低线损也具有相当的重要性。

1 无功电流对供电损失的影响

在线路的负载中存在着大量感性负载使得线路功率因数降低在输送同样的功率下，功率因数下降，负载电流就提高，线路损失成平方比增加.要减少损失，就必须减少电流。

线路电流I分为有功电流分量Ir，无功电流分量IX.如果功率因数为cos￠，线路损失为△P，则：

有功电流造成的损失为：

无功电流造成的损失分量为：

在一定的线路中，有功电流造成的损失分量△Pr是不可改变的，但△PX可通过无功补偿方法，减少无功电流使△PX减少，使总损失△P＝△P十△PX减少。

无功电流在线路中造成的损失功率与si n2∮成正比，在cos￠较低时，△PX占△P的比例是很大的。

所以，降低无功消耗、加强无功补偿是降低线路损失的一个重要措施。

2 提高功率因数的意义

除白炽灯、电阻电热器等用电设备的功率因数接近于1之外，其他如三相交流异步电动机、变压器、电焊机、电抗器、架空线路等的功率因数均小于1，特别是轻载的情况下，功率因数更低。

用电设备功率因数降低之后，将带来许多不良后果：

（1）使电力系统内的电气设备容量不能得到充分利用。因为发电机或变压器都有一定的额定电流和额定电压，在正常情况下是不容许超过的，根据，若功率因数降低，则有功功率将随之降低，使设备容量不能得到充分利用。

（2）增加输、配电线路中的有功功率和电能损耗。设备功率因数降低，在线路输送同样有功功率时,线路中就会流过更多的电流，使线路中的有功功率损耗增加。

（3）功率因数降低，还使线路的电压损失增加，结果在负载端的电压下降，甚至会严重影响电动机及其他用电设备的正常运行。特别在用电高峰季节，功率因数太低，会出现大面积的电压偏低，这对工农业生产带来很大的损失。

所以，电力系统的功率因数高低，是需要认真研究的一个重要课题，必须设法提高电力网中各个组成部分的功率因数，以充分利用发变电设备的容量，增加其发输电能力，减少供电线路中的有功功率和电能损耗，并降低线路中的电压损失与电压波动，以达到节约电能和提高供电质量的目的。

3 提高功率因数的措施

提高功率因数的途径：一是提高自然功率因数，减少电力系统中各个部分所需的无功功率，特别是减少负载的无功功率消耗；二是进行无功补偿。

3.1 提高自然功率因数

采用降低各变电、用电设备所需的无功功率以改善其功率因数的措施，称为提高自然功率因数。主要有：

（1）正确选用异步电动机的型号和容量。

异步电动机在工农业生产中占有很大的比重，异步电动机的功率因数和效率，负荷率在70%以上时最高，在额定功率时的cos￠约为0.85～0.89；而在空载和轻载运行时的功率因数和效率都很低，空载时的cos￠只有0.2～0.3。因此，正确选用异步电动机的容量使其与所带负载相匹配，对于改善功率因数是十分重要的。

（2）合理选择变压器容量。

表1 补偿率（q）表

变压器在电磁转换过程中需要一定的励磁功率，而励磁功率中绝大部分是无功功率，其所需无功功率Q的大小，可用空载电流I0近似算出，即：

式中Ue为额定电压。

在变压器二次侧所带负荷功率因数一定的情况下，变压器一次功率因数的高低，取决于其负荷率的高低。负荷率高，则一次功率因数高；反之，一次功率因数低，空载时，功率因数最低。为了避免变压器的空载和轻载运行，一般变压器的负荷率在50%以上时比较经济。

3.2 采取无功补偿

用无功补偿设备补偿用电设备所需的无功功率，以达到提高功率因数的目的，这种方法称为人工无功补偿方法。

无功补偿设备有移相电容器、同步电动机和同步调相机。电容器补偿因具有有功损耗小、安装维护方便、投资少而被广泛采用。

（1）补偿（见表1）容量的计算。

如果功率因数补偿前cos￠1，补偿后要达到cos￠2，则补偿容量按下式计算：

缺乏资料时，10kV变压器处的低压补偿电容器的容量可取10kV变压器容量的7%～10%，但不应在负荷低谷时发生过补偿。

（2）补偿方式及分析。

补偿方式分为分散补偿和集中补偿，还可分为随机、随器就地补偿、线路补偿和变电所集中补偿等。

1)随机补偿，把补偿电容器安装在电动机、电焊机等吸取无功功率的用电设备附近，使用电设备所需无功实现就地平衡。这种补偿方式节能效果好，但是补偿设备利用率低、投资大，所以适用于运行时间长的大容量用电设备或由较长线路供电的情况。

2)随器补偿，即在配电变压器低压侧并联电容器进行补偿，一是补偿负载所需无功，二是补偿本身无功需求。由于大多数负载是随时间、随季节变化的，采用自动补偿或分组补偿较好，在采取固定补偿时，低负载会产生过补偿现象，使电压升高，所以固定补偿容量不应选择过大，应为平均所需无功容量的1/3～2/3为宜。

这种补偿方式，能降低配电线路及以上线路设备的电能损失，但对补偿点以下线路无降损作用。

3)线路集中补偿。即在多负荷点线路上一点或若干点并联补偿电容器进行补偿。例如配电线路上的补偿，这种补偿方式的节能效果与补偿地点和补偿容量有关，应科学地选择。①在线路上取一点补偿的情况下，补偿点在线路首端时，线路中的无功电流分布无变化，没节能效果；在线路末端，可能存在无功倒送。只要补偿点不在首端，补偿点之前各段无功电流就会发生变化，从而电能损耗也发生变化，变化的大小和范围与补偿容量有关。最优补偿地点从首端起在线路总长的2/3处，补偿容量取全补偿的2/3，这时节电效率最高达88%以上。在一般情况下，补偿地点取在线路的1/2～4/5，补偿容量为全补偿的1/2～4/5，这时的节电效率在80%左右。②多点补偿。如果线路分支较大或线路较长负载自然功率因数低，可采用分支线分段补偿方式，在每一补偿段或分支中的补偿地点和补偿容量的选择，按前上述原则选取，可取得更高的节电效率。③在线路负载波动大的线路，按平均负载和平均功率因数进行选择。在最小负载时可能出现过补偿现象，但对整个节能效果影响不大。

线路集中补偿简单、投资少、设备利用率高，能改善线路电压质量，是应推广的一种补偿方法。

4)变电所集中补偿。目前在变电所10k V母线上设置一组或多组电容器组，根据电压和功率因数需要投切。这种补偿方式节能效果不如前几种方式显著，但系统电压低时，能改善电压质量，一般应作为其他补偿方式的补充。各种补偿方式对降损的影响：