无功功率及其补偿

2018-12-21刘帮帮郭鲁沈阳工学院信息与控制学院

数码世界 2018年5期

刘帮帮郭鲁* 沈阳工学院信息与控制学院

1 影响功率因数因素

（1）很多电感性设备，如交流电焊机、异步电动机等设备对无功功率有很大的影响。据大量统计得知，在工矿企业所消耗的全部无功功率中，异步电动机的无功消耗占了58%～71%；异步电动机空载时所消耗的无功占到很大一部分，大约占电动机总无功消耗的65%。因此，不让电动机空载运行和提高负载率是改善电动机功率因数的必要条件。

（2）变压器对无功功率的消耗也很大，大约是其额定容量的13%，变压器空载时消耗的无功功率也不可忽视。因此，为了改善电力系统的功率因数，变压器应当尽量满载运行。

（3）在供电电压高于额定电压的10%时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，据统计，如果供电电压高于额定值10%时，一般无功将增加37%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。如果供电电压降低的话会影响设备的正常运行。所以，应当尽可能的保持供电电压的稳定。

2 无功功率的补偿及原理

2.1 无功功率不足的危害

两部分能量需要交流电力系统提供：建立磁场消耗一部分，用于交换能量使用的，它并没有做功，称为“无功功率”，有功与无功是相对而言的，并不是无功就是无用之功，建立磁场就是消耗的这部分功率，因此也是很有必要的。如果没建立磁场的话，电动机，变压器等设备就不能运转。在物理意义上是：电路中电感元件与电容元件正常工作所需要的功率交换。当无功功率不足时，将给电力系统带来诸如出力不足，并且损耗会增加，很可能会造成设备的损坏，甚至会引起电压崩溃。另一部分用于做功，这部分就是“有功功率”。

2.2 无功补偿原理

在交流电路中，纯电感负载中电压超前电流九十度，而纯电阻元件中电压与电流是同相位，纯电容负载中电流超前电压九十度，也就是说纯电容中电流和纯电感中的电流相位差为180度，可以互相抵消，所以电源向外供电时，感性负荷向外释放的能量由荣幸负荷储存起来；当感性负载需要能量时，再由荣幸负荷向外释放的能量来提供。能量在两种负荷间相互交换，感性负荷所需要的无功功率就可由容性负荷输出的无功功率中得到补偿，达到补偿的目的。

3 电网无功补偿的方法提高功率因数的主要方法是采用低压无功补偿技术，我们通常采用的方法主要有三种:随机补偿、随器补偿、跟踪补偿。

3.1 随机补偿

随机补偿就是将电机与低压电容器组并接，在电机、保护装置与控制装置，同时投切。随机补偿是以补励磁无功为主的方式补偿电动机的无功消耗，此种方式可较好地减少无功负荷。随机补偿的优点是:用电设备与补偿同步进行，即用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停运时，补偿设备退出，而且不需频繁调整补偿容量。且有投资少、占位小、易于安装、维护简单、事故率低等。

3.2 随器补偿

随器补偿是指将低压电容器通过低压保险将低压电容器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。变压器的空载励磁无功是在轻载或空载时的无功负荷，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，从而导致费用的增加。随器补偿的优点:操作简单、易于维护、能有效地补偿配变空载无功，使该部分无功平衡，使配变利用率得到提高，从而降低无功网损，具有较高的经济性，是目前补偿无功最有效的手段之一。

3.3 跟踪补偿

跟踪补偿是指控制保护装置为无功补偿投切装置，在大用户0.4kv母线上以低压电容器组补偿的方式。100kVA以下的用户均可使用，可以替代随机、随器两种补偿方式，补偿效果好。跟踪补偿的优点是运行方式灵活，运行维护简单，比前面两种补偿方式更加耐用、安全可靠。缺点是控制保护装置繁杂、前期投资较大。当这三种补偿方式的经济性接近时，应优先选用跟踪补偿方式。