负荷计算及无功补偿.ppt

2.4 功率因数与无功功率补偿 2.4.1 功率因数的计算 （1）瞬时功率因数 瞬时功率因数由功率因数表或相位表直接读出， 或由功率表、电流表和电压表的读数按下式求出： 式中：P功率表测出的三相功率读数（kW）； U电压表测出的线电压读数（kV）； I电流表测出的相电流读数（A）。 瞬时功率因数值代表某一瞬间状态的无功功率的 变化情况。 1 1 （2）平均功率因数 平均功率因数指某一规定时间内，功率因数 的平均值。其计算公式为 式中： Wa-某一时间内消耗的有功电能（kWh）；由有功电度 表读出。 Wr-某一时间内消耗的无功电能（kvarh）；由无 功电度表读出。 我国电业部门每月向工业用户收取电费，就 规定电费要按月平均功率因数来调整。上式用以计算已 投入生产的工业企业的功率因数。 2 2 对于正在进行设计的工业企业则采用下述的计算 方法： 式中： Pca-全企业的有功功率计算负荷，kW； Qca-全企业的无功功率计算负荷，kvar； -有功负荷系数，一般为0.70.75； -无功负荷系数，一般为0.760.82。 3 3 （3）最大负荷时的功率因数 最大负荷时的功率因数指在年最大负荷（即 计算负荷）时的功率因数。根据功率因数的定义可以分 别写出： 式中： Pca全企业的有功功率计算负荷，kW； Qca全企业的无功功率计算负荷，kvar； Sca全企业的视在计算负荷，kVA。 4 4 2.4.6.2 功率因数对供电系统的影响 （1）系统中输送的总电流增加，使得供电系统中的电 气元件，容量增大，从而使工厂内部的启动控制设备、 测量仪表等规格尺寸增大，因而增大了初投资费用。 （2）增加电力网中输电线路上的有功功率损耗和电能 损耗。 （3）线路的电压损耗增大。影响负荷端的异步电动机 及其它用电设备的正常运行。 （4）使电力系统内的电气设备容量不能充分利用。 综上可知,电力系统功率因数的高低是十分重要的 问题，因此，必须设法提高电力网中各种有关部分的功率因数。 目前供电部门实行按功率因数征收电费，因此功率因数的高低也 是供电系统的一项重要的经济指标。 5 5 2.4.6.3 功率因数的改善 （1）提高自然功率因数 提高自然功率因数的方法，即采用降低各用 电设备所需的无功功率以改善其功率因数的措施，主要 有： 正确选用感应电动机的型号和容量，使其接近满载运 行； 更换轻负荷感应电动机或者改变轻负荷电动机的接线 ； 电力变压器不宜轻载运行； 合理安排和调整工艺流程，改善电气设备的运行状况 ，限制电焊机、机床电动机等设备的空载运转； 使用无电压运行的电磁开关。 6 6 （2） 人工补偿无功功率 当采用提高用电设备自然功率因数的方法后，功 率因数仍不能达到供用电规则所要求的数值时，就需要设置 专门的无功补偿电源，人工补偿无功功率。 n人工补偿无功功率的方法主要有以下三种： 并联电容器补偿 同步电动机补偿 动态无功功率补偿 7 7 用静电电容器（或称移相电容器、电力电容 器）作无功补偿以提高功率因数，是目前工业企业内广 泛应用的一种补偿装置。 n电力电容器的补偿容量可用下式确定 Qc=Pav（tan1-tan2）=Pca（tan1-tan2） 式中：Pca最大有功计算负荷，kW； 月平均有功负荷系数； tan1、tan2补偿前、后平均功率因数角的正切 值。 8 8 在计算补偿用电力电容器容量和个数时，应考虑 到实际运行电压可能与额定电压不同，电容器能补偿的 实际容量将低于额定容量，此时需对额定容量作修正： 式中：QN电容器铭牌上的额定容量，kvar； Qe电容器在实际运行电压下的容量，kvar； UN电容器的额定电压，kV; U电容器的实际运行电压，kV。 例如将YY10.5-10-1型高压电容器用在kV的工厂变电所中作无功补偿设 备，则每个电容器的无功容量由额定值10kvar降低为： 显然除了在不得已的情况下，这种降压使用的做法应避免。 9 9 在确定总补偿容量Qc之后，就可根据所选并 联电容器单只容量Qc1决定并联电容器的个数： n=Qc/Qc1 由上式计算所得的数值对三相电容器应取相 近偏大的整数。若为单相电容器,则应取3的整数倍,以便 三相均衡分配。 1010 三相电容器，通常在其内部接成三角形，单 相电容器的电压，若与网络额定电压相等时则应将电容 器接成三角形接线，只有当电容器的电压低于运行电压 时，才接成星形接线。 相同的电容器，接成三角形接线，因电容器 上所加电压为线电压，所补偿的无功容量则是星形接线 的三倍。若是补偿容量相同，采用三角形接线比星形接 线可节约电容值三分二，因此在实际工作中，电容器组 多接成三角形接线。 1111 用户处的静电电容器补偿方式可分个别补偿 、分组（分散）补偿和集中补偿三种。 n个别补偿 将电容器直接安装在吸取无功功率的用电 设备附近； n分组（分散）补偿 将电容器组分散安装在各车间配 电母线上； n集中补偿 指电容器组集中安装在总降压变电所二次 侧（610kV侧）或变配电所的一次侧或二次侧（ 610kV或380V侧）。 在设计中一般考虑将测量电能侧的平均功率 因数补偿到规定标准。 1212 例3.6.1 某工厂的计算负荷为2400kW，平均功率因数为0.67。根 据规定应将平均功率因数提高到0.9（在10kV侧固定补偿），如 果采用BWF-10.5-40-1型并联电容器，需装设多少个？并计算补偿 后的实际平均功率因数。（取平均负荷系数=0.75） 解 tan1=tan(arccos0.67)=1.108 tan2=tan(arccos0.9)=0.484 Qc=Pav（tan1-tan2） =0.