江边水源泵房无功补偿方式及效益分析

张冲健

（中核二七二铀业有限责任公司，湖南 衡阳 421004）

江边水源泵房无功补偿方式及效益分析

张冲健

（中核二七二铀业有限责任公司，湖南 衡阳 421004）

文章通过对无功功率、无功补偿概念及无功补偿方式的论述，结合工程实际，通过效益分析，采用无功功率补偿可以提高功率因数，提高电能质量，符合我国节约能源的国策。

无功功率；无功补偿；功率因数；效益

公司现有的配电系统是通过110kV变电站，经主变（110kV/10.5kV）和高压开关柜向各个下级变电站供电，再由配电变压器（10.5kV/0.4kV）经低压电缆向各个负荷辐射。江边水源泵房的主要负荷是各类水泵（电机），异步电动机无功功率占电网无功功率的比重很大。

1 无功功率的概念

在交流电路需要由电源供给负载两部分功率：一种是有功功率，一种是无功功率。有功功率是用电设备将电能转化成机械能。

2 影响功率因数的主要因素

功率因数是供用电系统的一项重要技术经济指标，反映的是用电设备消耗一定有功功率与视在功率的关系，用COSφ表示为：COSφ＝P/S，如图1所示。

图1 功率因数关系

当有功功率P一定时，如减少无功功率Q，则功率因数便能够提高。

中核二七二铀业有限责任公司现在有四十多台变压器及许多高低压电机，它们是消耗无功功率的主要设备。异步电动机的定子与转子间的气隙是决定异步电动机需要较多无功的主要因素，要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。

3 提高功率因数的方法

（1）低压个别补偿。低压个别补偿就是根据个别用电设备对无功的需要量将单台或多台低压电容器组分散地与用电设备并接，它与用电设备共用一套断路器。随机补偿适用于补偿个别大容量且连续运行（如大中型异步电动机）的无功消耗，以补励磁无功为主。低压个别补偿的优点是：用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停运时，补偿设备也退出。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低等优点。

（2）低压集中补偿。低压集中补偿是指将低压电容器通过低压开关接在配电变压器低压母线侧，以无功补偿投切装置作为控制保护装置，根据低压母线上的无功负荷而直接控制电容器的投切。电容器的投切是整组进行，做不到平滑的调节。低压补偿的优点：接线简单、运行维护工作量小，使无功就地平衡，从而提高配变利用率，降低网损，具有较高的经济性，是目前无功补偿中常用的手段之一。

（3）高压集中补偿。高压集中补偿是指将并联电容器组直接装在变电所的6～10kV高压母线上的补偿方式。适用于用户远离变电所或在供电线路的末端，用户本身又有一定的高压负荷时，可以减少对电力系统无功的消耗并可以起到一定的补偿作用；补偿装置根据负荷的大小自动投切，从而合理地提高了用户的功率因数，避免功率因数降低导致电费的增加。

公司现在采用的是在110kV变电站设置电容器组进行高压集中补偿，并根据负荷的大小进行自动投切，提高供电质量，保证功率因素，合理控制了电费。

4 无功补偿的原则

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。

5 补偿容量的确定

国标GB50227中规定的电容器的设计容量为变压器的10%～30%，目前应用中通常为变压器的30%。由于电容器不消耗有功功率，所以并接电容器前后，线路有功功率不变，可得P1=P2：UI1COSφ1=UI2COSφ2

并接电容器前I1＝P1/U COSφ1；并接电容器后I2＝P2/U COSφ2。

当并接电容一定时，电容支路的电流IC＝U/XC=ωCU，由矢量关系可知：IC＝I1sinφ1－I2sinφ2，将上式代入：

可得公式Qc＝P1（tgφ1－tgφ2）

式中：Qc为需补偿容量（KVar），P1为有功功率（KW）；tgφ1为补偿前功率因数角的正切值；tgφ2为补偿后功率因数角的正切值。

6 无功补偿效益分析

江边2#水源泵房有2台400kW、1台250kW高压电机，并带了许多低压负荷，如学校、医院等，因为水源泵房距110kV变电站距离较远，尽管在110kV变电站内装有高压集中无功补偿装置来提高功率因数，减少电网线损，但由于送电线路较长，采用高压集中无功补偿，仍不能降低电网的线损，由于是线路末端，所以电压也略有偏低。为了尽量减少线损和电压损失，宜采用无功功率就地补偿方式。

如下式所示：

式中：△P为三相输电线路有功损耗（kW）；I为三相输电线路一相中的电流（A）；R为一相线路中的电阻（Ω）；P为三相线路输送的有功功率（kW）；Q为三相线路输送无功功率（kvar）；COSφ为负载的功率因数；S为三相线路输送的视在功率（KVA）。

由上式中不难看出，要想减小损耗，有以下三种办法：①减少流经导线的有功电流；②减少流经导线的无功电流；③减小导线的等值电阻，即加大导线截面，缩短供电半径。导线的电压一般在额定值附近，可作为定值处理。

设补偿前江边水源2#变压器满载运行，视在功率S＝500kVA，功率因数COSφ＝0.85，年用电时间为T＝8000h，线路导线型号为LGJ-185，线路长度2.2km，经查表，为方便计算，线路电阻R取1Ω，线路电压取10.5kV，试计算：①若将COSφ提高到0.95，计算需要的补偿电容器容量；②补偿后减少的线路损耗及效益。

图2

根据已知条件，可计算补偿前

P1＝SCOSφ1＝500×0.85＝425kW；

Q1＝Ssinφ1＝500×0.52678＝263.39kvar

求需要安装的补偿电容器容量Qc：

补偿后的电网无功Q2＝263.39-Qc，要求COSφ为0.95，可求tgφ2＝0.3287，可求补偿容量Qc＝123.675≈124kvar。

补偿前的线路损耗：

△P1＝（P12+Q12）/U2×R×10-3

＝（425×425+263.39×263.39）/10.52×1×10-3＝2.267kW

补偿后的线路损耗：

△P2＝（P22+Q22）/U2×R×10-3

=（425×425+139.39×139.39）/10.52×1×10-3＝1.814kW

安装无功补偿可获得的年效益：△P＝（△P1－△P2）× 8000＝3624kW

按电价0.5元计算，每年可减少损耗1812元。

上面仅仅是简单分析降低输配电网损耗的效益，如果计算功率因数调整电费，以及节约建设投资、改善电压质量等方面因素，其经济效益更加可观。

7 结语

通过进行无功补偿效益的简单分析得出，实现无功补偿后，降低了配变用电设备的损耗，使高低压配电电流减少，导致线损率的降低。在实际应用的过程中，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。

Reactive Power Com pensation M ethod and Benefit Analysis of Jiangdu Water Source Pum ping Station

ZHANG Chong-jian
（Zhongguo 272 Uranium Industry Co.，Ltd.，Hengyang，Hunan 421004，China）

In this paper，the reactive power compensationmethod can improve the power factorand improve the powerquality，which is in linewith the nationalpolicy ofenergy conservation by combining the theory of reactive power，reactive power compensation and reactive power compensation.

reactive power；eactive power compensation；power factor；benefit

TM714

A

2095-980X（2017）05-0040-02

2017-04-23

张冲健（1981-），男，湖南衡阳人，大学本科，电气工程师，主要研究方向：电气工程及其自动化。