浅谈10KV配电网的无功功率补偿

李德君 赵英 刘玉敏

【摘要】本文着重介绍了无功功率补偿的性质、方法、补偿的作用以及电容器容量的选择等内容。

【关键词】无功功率补偿；补偿方式；电容器容量

一、引言

随着电力电子设备的广泛应用，一方面带来了巨大的经济效益，另一方面也带来了供电质量的下降，电能质量的好坏直接影响到供电系统的稳定。电力系统的供配电设备中经常流动着大量的感性无功电流，这些无功电流占用大量的供配电设备容量，同时增加了输送电流，因而增加了馈电线路损耗，使电力设备得不到充分利用，造成电能的浪费。作为解决方法之一，就是采用无功功率补偿装置使无功功率就地得到补偿，尽量减少或不占用供配电设备容量提高设备的利用率。

二、功率因数及无功补偿的性质

2.1功率因数

电网中的电气设备如电动机、变压器等绝大部分属于既有电感又有电阻的电感性负载，电感性负载的电压和电流的相位间存在着一个相位差，相位角的余弦cosΦ既是功率因数又是有功功率与视在功率之比，既cosΦ=P/S。在电力网的运行中，功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度。

2.2影响功率因数的主要因素

2.2.1大量的电感性设备，如异步电动机、感应电炉、交流电焊机等设备是无功功率的主要消耗者。2.2.2变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的10%～15%，它的空载无功功率约为满载时的1/3。因而，为了改善电力系统和企业的功率因数，变压器不应空载运行或长期处于低负载运行状态。2.2.3供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响。当供电电压高于额定值的10%时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，据有关资料统计，当供电电压为额定值的110%时，一般无功将增加35%左右。当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低会影响电气设备的正常工作，特别是大容量电动机的启动会很困难。所以，应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。

2.3无功功率补偿

把具有容性功的装置与感性负荷联接在同一电路，当容性装置释放能量时感性负荷吸收能量，而感性负荷释放能量时容性装置吸收能量，实现能量相互转换，感性负荷所吸收的无功功率可由容性装置输出的无功功率中得到补偿。

三、无功功率补偿的方法

3.1过激磁的同步电动机，改善用电的功率因数，因设备复杂，造价高，只适用于大功率拖动装置。

3.2用调相机做无功功率电源

因造价高、投资大，损耗高，只适用于中枢变电所使用。

3.3电力电容器补偿装置

电力电容器做为补偿装置，具有安装方便，建设周期短、造价低等优点，因而被广泛应用。我公司10KV系统采用集中式并联电容器补偿，新加装的配电室如甲醇、二甲酯等采用分散式并联电容器补偿。电力电容器作为补偿装置有两种：串联补偿和并联补偿，串联补偿用于高压远距离输电线路，这种方法用电单位很少采用，并联补偿是把电容器直接与被补偿设备接到同一电路上，以提高功率因数。绝大部分用电企业都是采用并联电容器进行无功补偿，补偿时通常采用集中、分散或个别补偿三种形式。3.3.1个别补偿：个别补偿是对单台用电设备所需无功就近补偿的方法，把电容器直接接到单台用电设备的同一电气回路，用同一开关控制，同时投运或断开，这种补偿方法的效果好。电容器靠近用电设备就地平衡，无功电流可避免无负荷时的过补偿，使电压质量得到保证。个别补偿一般用于容量较大的高低压电动机等用电设备，但这种方法在用电设备非连续运转时电容器利用率低，不能充分发挥其补偿效益。3.3.2分散补偿：分散补偿是将电容器分组安装在车间配电室或变电所各分路的出线上，它可与工厂部分负荷的变动时投入或切除，这种补偿方法也较好。3.3.3集中补偿：集中補偿是电容器组集中安装在变电所的一次或二次侧的母线上，这种补偿方法安装简便、运行可靠、利用率较高。补偿装置根据负荷的大小自动投切，从而合理地提高用户的功率因数，避免功率因数降低导致电费增加同时便于运行维护，补偿效益高。

四、无功补偿的作用与效益

4.1补偿无功功率提高功率因数

为满足用电的需要，往往供电线路和变压器的容量比较大，这不仅增电投资，降低设备利用率，也增加线路损耗。用户应在提高用电自然功率因数的基础上装配无功补偿装置，减少负荷的无功损耗提高功率因数，降低损耗。

4.2提高设备的出力

有功功率P=S*cosΦ当设备的视在功率S一定时如果功率因素cosΦ提高，那么上式中的P就增大，电气设备的出力也就提高了。

4.3降低功率损耗和电能损失

在三相交流电路中，功率损耗ΔP的计算公式如下

ΔP=P2R/U2（COSΦ）2*10-3（KW）

由式可见当功率因数提高后将使功率损失大大下降。

4.4改善电压质量

在线路中电压损失公式：ΔU=P*R+QXL/U*10-3

式中：ΔU -----电路中的电压损失 KV

P ------有功功率 MW

Q ------无功功率 Mvar

U ------额定电压 KV

R ------线路的总电阻 Ω

XL ------线路电感 Ω

由上式可知当线路中的无功功率Q减少以后电压损失减少

五、无功补偿电容器容量的选择：

5.1按提高功率因数确定补偿容量

公式：QC=P*（tgθ1- tgθ2）

P——最大负荷用的平均有功功率 KW

tgθ1，tgθ2——补偿前后功率因数角的正切值

5.2按提高电压确定补偿容量

公式：QC=UU2/X（KVar）

U——需要提高的电压值 V

U2 ——需要达到的电压值 KV

X——线路电抗 Ω

5.3按降低线损确定补偿容量

公式：P%=（1-（COSθ1-COSθ2）2）100%

5.4按感应电动机空载电流确定补偿容量

公式：QC<（3）1/2UeIo KVar

Ue——电动机额定电流

Io ——电动机的空载电流

结束语

本文介绍了功率因数对广大供电企业的影响，补偿无功功率的方法、作用与效果，及其补偿装置的选择。

参考文献

[1]进网作业电工培训教材.辽宁科学技术出版社.

[2]电力系统运行实用技术问答.中国电力出版社.

[3]工厂电气技术.化学工业出版社.

[4]工厂供电技术.化学工业出版社.