无功补偿原理及其应用

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 无功补偿原理及其应用 摘要：文章简单介绍了有功功 率和无功功率的区别，阐述了无功补偿 的原理，分析了影响功率因数的主要因 素，提出了低压配电网无功补偿的方法 以及无功补偿的效果及现实意义。 中国论文网 /2/view-12895301.htm 关键词：无功功率；功率因数； 节电技术 Abstract: the paper introduced the active power and reactive power difference, expounds the principles of the reactive power compensation, analyzes the impact of power factor of the main factors, put forward the low voltage distribution network of reactive power compensation -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 method and reactive compensation effect and realistic significance. Keywords: reactive power; Power factor; Electricity saving technology 中图分类号：F407.61 文献标识 码：A 文章编号： 引言 在电力系统中配置无功功率补偿 装置，可以有效的提高系统的功率因数， 增加系统出力，降低网络损耗，改善电 能质量。从而给电力系统创造良好的运 行环境，更好的维持电网结构的有序运 行。 1 有功功率和无功功率的区别 在直流电路中,从电源输送到电器 (负载)的电功率 ,是电压与电流的乘积,也 就是电气设备实际所吸收的功率。在交 流电路中,由于电阻和电抗(感抗和容抗) 同时存在,电源输送到电器设备的电功率 并不完全做功,因为其中有一部分电功率 (电感和电容所储存的电能)仍能回输到 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 电源。实际为设备所吸收的电功率叫有 功功率。 无功功率比较抽象,它用于电路内 电场与磁场的交换,并用来在电气设备中 建立和维持磁场的电功率。它不对外做 功,而是转变为其他形式的能量。凡是有 电磁线圈的电气设备,要建立磁场,就要 消耗无功功率。无功功率决不是无用功 率,它的用处很大。电动机需要建立和维 持旋转磁场,使转子转动,从而带动机械 运动,电动机的转子磁场就是靠从电源取 得无功功率建立的。变压器也同样需要 无功功率,才能使变压器的一次线圈产生 磁场,在二次线圈感应出电压。 2 无功补偿的原理 电力系统中，主要用电设备包括 电动机及其它有线圈的设备，这类设备 除从线路中取得部分电流做有用功外， 还要消耗部分做无用功的电感电流，这 就使得线路上的电流要额外的加大些， 功率因数可以衡量这部分做无用功的电 流，当电感电流为 0 时，功率因数等于 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 1，当电感电流所占比例逐渐增大时， 功率因数逐渐下降，功率因数越低，线 路额外负担越大，发电机、电力变压器 及配电装置的额外负担也越大。为此， 应当提高功率因数。实际过程中，并联 电容器组是最常用的提高功率因数的方 法，该装置形成的容抗与用电设备形成 的阻抗相并联来改变系统的负荷阻抗， 进而减小系统的功率因数角，增大功率 因数。与有功电源相比，无功电源也是 维持电能质量的重要因素，这就需要对 电力系统采取措施维持无功平衡，以防 止因系统电压减小而影响设备正常运行， 并减少系统总电能的流失。系统中的电 力设备不仅消耗系统的有功电能，还要 消耗系统的无功电能，如果系统总电能 一定，适当增加无功电能，即增设无功 补偿装置，那么可以提高系统总电能的 利用率,减少总电能的消耗,提高系统功 率因数 3 影响功率因数的主要因素 功率因数的产生主要是因为交流 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 用电设备在其工作过程中，除消耗有功 功率外，还需要无功功率。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。因此提高功率因数问 题的实质就是减少用电设备的无功功率 需要量。 3.1 异步电动机和电力变压器是 耗用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。而异步电动机所耗用的无功功 率是由其空载时的无功功率和一定负载 下无功功率增加值两部分所组成。所以 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。 变压器消耗无功的主要成份是它的空载 无功功率，它和负载率的大小无关。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。 3.2 供电电压超出规定范围也会 对功率因数造成很大的影响 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 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，一般工厂的无功 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。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。 3.3 电网频率的波动 电网频率的波动会对异步电机和 变压器的磁化无功功率造成一定的影响。 以上论述了影响电力系统功率因 数的一些主要因素，因此必须要寻求一 些行之有效的、能够使低压电力网功率 因数提高的一些实用方法，使低压网能 够实现无功的就地平衡，达到降损节能 的效果。 4 无功补偿的方法 如同有功功率平衡一样，电力系 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 统的无功功率在每一刻也必须保持平衡。 在电力系统中，频率与有功功率是一对 统一体，当有功负荷与有功电源相平衡 时，频率就正常，达到额定值 50Hz。 电压与无功功率也是一对统一体。当无 功负荷与无功出力相平衡时，电压就正 常，达到额定值。如今电厂受水、环保 等多方面的制约，它的位置越来越远离 负荷中心，即使建在靠近负荷点，由于 单机容量越来越大，发电机的额定功率 因数也越来越高，这样，电网实际接受 的无功功率就越来越小，单靠发电机发 出无功功率远远不能满足电网对无功功 率的需要，必须配置各种无功功率补偿 装置来提高功率因数。 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：变电站补偿、配电线路 补偿、随机补偿、随器补偿、跟踪补偿。 4.1 变电站补偿 针对电网的无功平衡，在变电站 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 进行集中补偿，补偿装置包括并联电容 器、同步调相机、静止补偿器等，主要 目的是平衡电网的无功功率，改善电网 的功率因数，提高系统终端变电所的母 线电压，补偿变电站主变压器和高压输 电线路的无功损耗。这些补偿装置一般 集中接在变电站 10kV 母线上，因此具 有管理容易、维护方便等优点，缺点是 这种补偿方式对 10kV 配电网的降损不 起作用。 4.2 配电线路补偿 线路无功补偿即通过在线路杆塔 上安装电容器实现无功补偿。线路补偿 点不宜过多；控制方式应从简，一般不 采用分组投切控制；补偿容量也不宜过 大，避免出现过补偿现象；保护也要从 简，可采用熔断器和避雷器作为过流和 过压保护。线路补偿方式主要提供线路 和公用变压器需要的无功，该种方式具 有投资小、回收快、便于管理和维护等 优点，适用于功率因数低、负荷重的长 线路。缺点是存在适应能力差，重载情 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 况下补偿不足等问题。 4.3 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。 随机补偿的优点是：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，而且不需频繁调整补 偿容量。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。 4.4 随器补偿 随器补偿是指将低压电容器通过 低压熔断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。 配电变压器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，配电变 压器空载无功是用电单位无功负荷的主 要部分，对于轻负载的配电变压器而言， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 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。 随器补偿的优点：接线简单、维 护管理方便、能有效地补偿配电变压器 空载无功，限制农网无功基荷，使该部 分无功就地平衡，从而提高配电变压器 利用率，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。缺点是由于配电变压器的数量多、 安装地点分散，因此补偿工作的投资比 较大，运行维护工作量大。 4.5 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 以上的专用配电变压器 用户，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， 运行维护工作量小，比前两种补偿方式 寿命相对延长、运行更可靠。但缺点是 控制保护装置复杂、首期投资相对较大。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 但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。 5 无功补偿的效果及现实意义 由于数量众多、容量大小不等的 感性设备连接于电力系统中，以致电网 中除需消耗有功功率外，还需消耗大量 的无功功率。未安装无功补偿设备前， 设备的自然平均功率因数在 0.700.85 之间，无功消耗约占有功消耗的 6090%， 浪费很大;无功补偿后，功率因数提高到 0.95 左右，无功消耗只占有功消耗的 30%左 右，给用电单位带来了可观的效益。 5.1 无功补偿可挖掘供电设备潜 力 1) 在设备容量不变的条件下，提 高功率因数，可以少送无功功率多送有 功功率。 2) 在所需的有功功率不变的条件 下，当无功功率减少时，所需配备的供 电设备容量也相应地减少。 5.2 无功补偿可降低系统的能耗 补偿前后线路传送的有功功率不 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 变，P=IUCOS，由于 COS 提高，补 偿后的电压 U2 稍大于补偿前电压 U1, 为分析问题方便，可认为 U2U1 从而 导出 I1COS1=I2COS2。即 I1/I2=COS2/COS1,这样线损 P 减少的 百分数为： P%=(1-I22/I12)100%=（1- COS21/COS22）100% 当功率因数从 0