第10章 供配电系统的无功功率补偿

1、第十章第十章 供配电系统的无功功率补偿供配电系统的无功功率补偿第一节第一节 节约用电的意义节约用电的意义第二节第二节 功率因数和无功功率补偿功率因数和无功功率补偿（重点重点） 第三节第三节并联电容器的设置并联电容器的设置第一节第一节 节约用电的意义节约用电的意义 一、节约电能的意义一、节约电能的意义 电力是我国现代化建设的重要动力资源，是国民经济的电力是我国现代化建设的重要动力资源，是国民经济的命脉，是工农业生产的重要物质基础。电力紧张是我国面临命脉，是工农业生产的重要物质基础。电力紧张是我国面临的一个严重问题，供需矛盾较为突出。的一个严重问题，供需矛盾较为突出。 从我国电能消耗的情况来看，从

2、我国电能消耗的情况来看，70%70%以上消耗在工业部门，以上消耗在工业部门，所以工厂节能是个重点。节约电能，不只是减少工厂的电费所以工厂节能是个重点。节约电能，不只是减少工厂的电费开支，降低工业产品的生产成本，可以为工厂积累更多的资开支，降低工业产品的生产成本，可以为工厂积累更多的资金，更重要的是，由于电能能创造更多、更大的工业产值，金，更重要的是，由于电能能创造更多、更大的工业产值，因此多节约一度电，就能为国家创造若干财富，有力地促进因此多节约一度电，就能为国家创造若干财富，有力地促进国民经济的发展。所以节约电能具有十分重要的意义。国民经济的发展。所以节约电能具有十分重要的意义。 （一）节约

3、用电的科学管理方法（一）节约用电的科学管理方法&加强电能管理，建立和健全合理的管理机构和加强电能管理，建立和健全合理的管理机构和制度。制度。&实行统筹兼顾、适当安排、确保重点、兼顾一实行统筹兼顾、适当安排、确保重点、兼顾一般、择优供应的原则。般、择优供应的原则。&实行计划供用电，提高电能利用率实行计划供用电，提高电能利用率实行实行“削峰填谷削峰填谷”的负荷调整。就是供电部门根据用户的负荷调整。就是供电部门根据用户的不同用电规律，合理地、有计划地安排各用户的用电时间，的不同用电规律，合理地、有计划地安排各用户的用电时间，以降低负荷高峰，填补负荷低谷（即以降低负荷高峰，填补

4、负荷低谷（即“削峰填谷削峰填谷”）。可采）。可采取各工厂错开双休日，工厂里各车间可错开工作时间等措施。取各工厂错开双休日，工厂里各车间可错开工作时间等措施。提高供电能力，节约用电。提高供电能力，节约用电。&加强电力设备的运行维护和管理。加强电力设备的运行维护和管理。 二、节约用电的一般措施二、节约用电的一般措施（二）（二）降低供电系统中的电能损耗降低供电系统中的电能损耗&正确选择变压器的型号、容量、数量，采取合正确选择变压器的型号、容量、数量，采取合理的运行方式，以及正确地确定变配电所的位置，理的运行方式，以及正确地确定变配电所的位置，必须合理选择电压等级，正确选择导线截面。必

5、须合理选择电压等级，正确选择导线截面。&对不合理的供电系统进行技术改造，合理地选对不合理的供电系统进行技术改造，合理地选择变配电所址，使变配电所尽量靠近负荷中心，减择变配电所址，使变配电所尽量靠近负荷中心，减少线路电能损耗。合理地布线、选择导线截面，有少线路电能损耗。合理地布线、选择导线截面，有效的降低线损。效的降低线损。&提高线路运行电压，是降低线路中电能损耗的提高线路运行电压，是降低线路中电能损耗的有效措施。有效措施。（三）合理选择和使用用电设备（三）合理选择和使用用电设备合理选择设备容量和使用设备，发挥合理选择设备容量和使用设备，发挥设备潜力，提高设备的负荷率和使用效率。

6、设备潜力，提高设备的负荷率和使用效率。合理使用电动机和变压器，提高自然功率合理使用电动机和变压器，提高自然功率因数。因数。（四）采用人工补偿装置，提高功率因数（四）采用人工补偿装置，提高功率因数第二节第二节 功率因数和无功功率补偿功率因数和无功功率补偿一、功率因数的定义一、功率因数的定义 瞬时功率因数瞬时功率因数平均功率因数平均功率因数最大负荷时功率因数最大负荷时功率因数自然功率因数自然功率因数总功率因数总功率因数指运行中的工厂供用电系指运行中的工厂供用电系统在某一时刻的功率因数值统在某一时刻的功率因数值UIP3cos P 功率表测出的三相有功功率读数；U电压表测出的线电压读数；I 电流表测出

7、的线电流读数。 指某一规定时间段内指某一规定时间段内功率因数的平均值功率因数的平均值 指配电系统运行在年最大负荷时指配电系统运行在年最大负荷时（计算负荷）的功率因数（计算负荷）的功率因数 22cosqPPWWWWP有功电度表读数；Wq无功电度表读数。 ccSPcos Pc工厂的有功计算负荷；Sc工厂的视在计算负荷。 指用电设备或工厂在没有安指用电设备或工厂在没有安装人工补偿装置时的功率因数装人工补偿装置时的功率因数 指用电设备或工厂设置了人工指用电设备或工厂设置了人工补偿后的功率因数补偿后的功率因数 二、无功功率补偿二、无功功率补偿（一）无功补偿的必要性（一）无功补偿的必要性1.无功功率在通过

8、电网时，会引起线路及设备的有功无功功率在通过电网时，会引起线路及设备的有功损耗。损耗。P=3I2R 2.电网的电压损失将会随着无功功率的增加而增加。电网的电压损失将会随着无功功率的增加而增加。3.在电网输送有功不变下，无功增加而使总电流增加在电网输送有功不变下，无功增加而使总电流增加，会使供电系统中的一次、二次设备的容量、规，会使供电系统中的一次、二次设备的容量、规格尺寸增大，使投资费用增加。格尺寸增大，使投资费用增加。功率因数的高低是衡量系统供电状况的一项重要的经济指标。（二）提高自然功率因数（二）提高自然功率因数1.正确选择异步电动机的容量正确选择异步电动机的容量异步电动机的额定功率应当尽

9、量接近于所拖动的机械负荷异步电动机的额定功率应当尽量接近于所拖动的机械负荷2.将轻负荷电动机改变接线将轻负荷电动机改变接线改变电动机的内部接线，使异步电动机各绕组所承受的电压改变电动机的内部接线，使异步电动机各绕组所承受的电压降低，从而减少异步电动机所取用的无功功率降低，从而减少异步电动机所取用的无功功率3.限制异步电动机的空载限制异步电动机的空载将空载运行的异步电动机从供电线路上切除，就可以减小无将空载运行的异步电动机从供电线路上切除，就可以减小无功功率，提高功率因数功功率，提高功率因数4.提高异步电动机的检修质量提高异步电动机的检修质量防止空气间隙增加，以免增大激磁电流，降低功率因数和效防

10、止空气间隙增加，以免增大激磁电流，降低功率因数和效率率5.变压器的合理使用变压器的合理使用更换轻负荷的变压器，提高功率因数更换轻负荷的变压器，提高功率因数（三）采用人工补偿装置提高功率因数（三）采用人工补偿装置提高功率因数人工补偿装置，主要有同步补偿机和移相电容器人工补偿装置，主要有同步补偿机和移相电容器。同步补偿机是一种专门用来改善功率因数的同步电动机，通同步补偿机是一种专门用来改善功率因数的同步电动机，通过调节其励磁电流，可以起到补偿无功功率的作用。过调节其励磁电流，可以起到补偿无功功率的作用。移相电容器是一种专门用来改善功率因数的电力电容器。由移相电容器是一种专门用来改善功率因数的电力电

11、容器。由于移相电容器是一种静电电容器，消耗容性无功功率，当它于移相电容器是一种静电电容器，消耗容性无功功率，当它与电网并联时，可以减少电网供给的无功功率，提高功率因与电网并联时，可以减少电网供给的无功功率，提高功率因数。数。移相电容器与同步补偿机相比，由于它无旋转部分，且具有移相电容器与同步补偿机相比，由于它无旋转部分，且具有安装简单、运行维护方便及有功损耗小等优点，所以移相电安装简单、运行维护方便及有功损耗小等优点，所以移相电容器在工厂供电系统中得到广泛应用。容器在工厂供电系统中得到广泛应用。（四）移相电容器并联补偿的工作原理（四）移相电容器并联补偿的工作原理在交流电流电路中，纯电阻负荷中的

12、电流与电压在交流电流电路中，纯电阻负荷中的电流与电压同相；纯电感负荷中的电流滞后与电压同相；纯电感负荷中的电流滞后与电压9090o o；而纯电容；而纯电容负荷的电流则超前于电压负荷的电流则超前于电压9090o o；可见，电容中的电流与；可见，电容中的电流与电感中的电流相差电感中的电流相差180180o o，它们能够互相抵消。，它们能够互相抵消。电力系统的负荷大部分是电感性和电阻性的，因电力系统的负荷大部分是电感性和电阻性的，因此总电流将滞后于电压一个角度此总电流将滞后于电压一个角度 （功率因素角）如（功率因素角）如果将移相电容器与负荷并联，则移相电容器的电流将果将移相电容器与负荷并联，则移相电

13、容器的电流将抵消一部分电感电流，这样使电感电流减少，总电流抵消一部分电感电流，这样使电感电流减少，总电流也减少，功率因数将得到提高。也减少，功率因数将得到提高。 第三节第三节 并联电容器的设置并联电容器的设置一、并联电容器的型号一、并联电容器的型号并联电容器的型号由文字和数字两部分并联电容器的型号由文字和数字两部分组成，型号各部分所表示的意义如下：组成，型号各部分所表示的意义如下： 例如：例如：BW0.4-12-1型即为单相户内型十二烷型即为单相户内型十二烷基苯浸渍的并联电容器，额定电压为基苯浸渍的并联电容器，额定电压为0.4kV、容量为容量为12kvar。二、无功补偿容量的确定二、无功补偿容

14、量的确定 1 1、采用固定补偿、采用固定补偿 QNC=Pav（tgav1tgav2） 式中，Qcc为补偿容量；Pav为平均有功负荷，Pav =Pc或Wa/t，Pc为负荷计算得到的有功计算负荷，为有功负荷系数，Wa为时间t内消耗的电能； tgav1为补偿前平均功率因数角的正切值；tgav2为补偿后平均功率因数角的正切值； 2 2、采用自动补偿、采用自动补偿 QNC=QcQcPc(tan-tan) 式中， tg为补偿前功率因数角的正切值 tg为补偿前功率因数角的正切值 QcN为单个电容器的额定容量（kvar） 三、无功补偿装置的装设位置三、无功补偿装置的装设位置 在用户供电系统中，有三种方式：高压

15、集中补偿、低压集在用户供电系统中，有三种方式：高压集中补偿、低压集中补偿和分散就地补偿（个别补偿）。中补偿和分散就地补偿（个别补偿）。M1C分 散 就 地 补 偿2C3C610kV0.38kV高 压 集 中 补 偿高 压 集 中 补 偿 的补 偿 区低 压 集 中 补 偿 的 补 偿 区分 散 就 地 补 偿 的 补 偿 区未 补 偿 区未 补 偿 区未 补 偿 区低 压 集 中 补 偿例例1某用户某用户10kV变电所低压计算负荷为变电所低压计算负荷为800kW580kvar。若欲。若欲使低压侧功率因数达到使低压侧功率因数达到0.92，则需在低压侧进行补偿的并联电容器，则需在低压侧进行补偿的并

16、联电容器无功自动补偿装置容量是多少？并选择电容器组数及每组容量。无功自动补偿装置容量是多少？并选择电容器组数及每组容量。解：（解：（1 1）求补偿前的视在计算负荷及功率因数）求补偿前的视在计算负荷及功率因数 （2 2）确定无功补偿容量）确定无功补偿容量 800(tanarccos0.810tanarccos0.92)2222ccc800580 kVA988.1kVASPQcc800kWcos0.810988.1kVAPSN Cc(tantan)QP238.4kvar续上页续上页（3 3）选择电容器组数及每组容量）选择电容器组数及每组容量初选初选BSMJ0.4-20-3型自愈式并联电容器，每组容

17、量型自愈式并联电容器，每组容量qN.C=20kvar。N CN C238.4kvar11.9220kvarQnq取取12组组2222cccN C()800(580240)869.3kVASPQQ补偿后的视在计算负荷补偿后的视在计算负荷减少减少118.8kVA。例例2有一工厂修建有一工厂修建10/0.4kV的车间变电所，已知车间变电所低的车间变电所，已知车间变电所低压侧的视在功率压侧的视在功率Sc1为为800kVA，无功计算负荷，无功计算负荷Qc1为为540kvar，现要，现要求车间变电所高压侧功率因数不低于求车间变电所高压侧功率因数不低于0.9，如果在低压侧装设自动，如果在低压侧装设自动补偿电

18、容器，问补偿容量需多少？补偿后车间总的视在计算负荷补偿电容器，问补偿容量需多少？补偿后车间总的视在计算负荷（高压侧）降低了多少？（高压侧）降低了多少？解解(1)补偿前的计算负荷和功率因数低压侧的有功计算负荷为 低压侧的功率因数 cos1=590.25/800=0.74 变压器的功率损耗（设选低损耗变压器） PT=0.02Sc=0.02800=16kW QT=0.08Sc=0.08800=64kvar 变电所高压侧总的计算负荷为 Pc2=Pc1+PT=590.25+16=606.25kW Qc2=Qc1+Q T=540+64=604kvar kVAQPSccc78.85560425.6062222222变电所高压侧的功率因数为 cos=606.25/855.78=0.708(2) 确定补偿容量现要求在高压侧不低于0.9，而补偿在低压侧进行，所以我们考虑到变压器损耗，可设低压侧补偿后的功率因数为0.92，来计算需补