2018电网的无功补偿

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　　摘要：采用无功功率补偿以提高功率因数，节约电能，减少运行费用，改善电能质量
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　　关键词：无功补偿 概念意义 作用 方案
　　中途分类号：U665.12 文献标识码：A-E 文章编号：2095-2104（2011）12-09--01
　　 交流电在通过纯电阻的时候，电能都转成了热能，而在通过纯容性或者纯感性负载的时候，并不做功，没有消耗电能，即为无功功率。实际负载一般都为混合性负载，这样电流在通过它们的时候，就有部分电能不做功，就是无功功率，此时的功率因数小于1，为了提高电能的利用率，为了降损节能，为了改善电能的质量，提高输变电设备的有功出力，使电气设备在最佳经济状态下用运行，就要进行无功补偿。
　　 一、无功功率补偿的概念和意义
　　 无功功率补偿，即把具有容性功率的装置与感性负荷联接在同一电路，当容性装置释放能量时，感性负荷吸收能量，而感性负荷释放能量时，容性装置吸收能量，能量在相互转换，感性负荷所吸收的无功功率可由容性装置输出的无功功率中得到补偿。提高负荷的功率因数，可以减少发电机送出的无功功率和通过线路、变压器传输的无功功率，使线损大为降低，而且还可以改善电压质量、提高线路和变压器的输送能力。电网中的电力负荷如变压器，大部分属于感性负荷，在运行过程中需向这些设备提供相应的无功功率。在电网中安装并联电容器等无功补偿设备以后，可以提供感性电抗所消耗的无功功率，减少了电网电源向感性负荷提供、由线路输送的无功功率，由于减少了无功功率在电网中的流动，因此可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗，这就是无功补偿。无功补偿可以提高功率因数，是投资少，收效快的降损节能措施。为使电力系统多发多送有功功率，少发少送无功功率，或在系统无功功率供给不足时，就需要在电感性负载点或附近加装无功设备。
　　 1、低电网的功率损耗。由公式I=P/（√3U×COSφ）可知，负荷电流I与COSφ成反比。在输送的有功功率P为定值时，加装无功补偿设备后提高了功率因数。将使线路中的负荷电流降低，从而时线路上的功率损耗降低（ΔP=I2R）。当功率因数由0.6提高到0.8时，功率损耗将下降一半，降低电网中的功率损耗。是它安装无功补偿设备的主要目的。
　　 2、提高设备的供电能力。由公式P=S×COSφ可以看出，在设备的视在功率S不变的条件下。功率因数的提高可以多输送有功功率，以农村常用的50KVA配变为例。当功率因数从0.7提高到0.8后，其输送的有功功率由35KW提高到了40KW，增加了配电变压器的供电能力。
　　 3、减少电网中的电压损失，提高电压质量，稳定电压。当电力负荷从线路上集中输出到末端负荷点时，线路电压损失ΔU的简化式为：
　　 ΔU=（PR+QX）/U
　　 式中ΔU―线路电压损失
　　 P―线路输送的有功功率
　　 Q―线路输送的无功功率
　　 R―线路的电阻
　　 X―线路的电抗
　　 U―线路额定电压
　　 由以上公式可知，实施了无功补偿以后，线路输送的无功功率Q就要减少，线路中的电压降随之降低，提高了电压质量。
　　 二、无功补偿的配置原则：
　　 无功补偿设备的配置，应按照全面规划、合理布局、分级补偿、就地平衡的原则，使电网的无功补偿取得最佳的综合效益。
　　 1、降损与调压相结合，以降损为主，针对配电系统的线路长、支数多、负荷分配、功率因数低、线损大等特点，无功补偿的主要作用和最大经济效益是降损，同时满足调整电压的要求，以保证电压质量。对于有些轻载运行的线路，其电压经济偏高，不宜再装电容器组，否则特别是后半夜往往使线路电压升得过高，会使配电变压器铁损进一步增加，反而使线损增高。
　　 2、集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为主，既要在变电站进行大量的集中补偿，又要对配电线路、配电变压器和用电设备进行分散补偿，分散补偿的配置应从实际出发，要求取得最佳的经济效益。
　　 三、无功补偿的种类和特点：
　　 1、集中补偿
　　 在高低压配电所内设置若干组电容器，电容器接在配电母线上，补偿供电范围内的无功功率。
　　 2、 组合就地补偿(分散就地补偿)电容器接在高压配电装置或动力箱的母线上，对附近的电动机进行无功补偿。
　　3、单独就地补偿
　　 将电容器装于箱内，放置在电动机附近，对其单独补偿。
　　 四、无功补偿方案的确定
　　 根据无功补偿原则确定其补偿方案
　　 1、无功就地平衡即由下而上逐级补偿，首先从低压电动机开始补偿，补偿容量的选择即：
　　 QDJ=√3UI0K×10-3
　　 式中U―电动机的额定线电压
　　 I0―电动机的空载运行电流值
　　 K―惯性系数，如风机等惯性小的设备可取0.9，水泵等惯性大的电动机可取1.3―1.5。
　　 2、在10KV配电变压器二侧母线上集中补偿，补偿容量为配电变压器的无功损耗及10KV配电变压器一次侧到电源点之间线路无功损耗和为提高功率因数所需要的无功容量的总合（家用电器日光灯等所需无功容量不好统计，只能用提高功率因数的方法来解决）。
　　 3、在35KV变电所，10KV母线侧集中补偿，其选择的补偿容量为主变无功损耗和主变一侧到电源点之间的线路无功损耗总和。
　　 4、在110KV变电所10KV母线集中补偿，补偿容量的选择为主变无功损耗和主变一次侧到电源点之间线路无功损耗的总和减去线路所产生的无功容量的二分之一。
　　 五、无功功率补偿的作用
　　1、改善功率因数及相应地减少电费
　　根据国家水电部，物价局颁布的“功率因数调整电费办法”规定三种功率因数标准值，相应减少电费：
　　(1)高压供电的用电单位，功率因数为0.9以上。
　　(2)低压供电的用电单位，功率因数为0.85以上。
　　(3)低压供电的农业用户，功率因数为0.8以上。
　　根据“办法”，补偿后的功率因数以分别不超出0.95、0.94、0.92为宜，因为超过此值，电费并没有减少，相反初次设备增加，是不经济的。
　　2、降低系统的能耗
　　功率因数的提高，能减少线路损耗及变压器的铜耗。
　　3、减少了线路的压降
　　由于线路传送电流小了，系统的线路电压损失相应减小，有利于系统电压的稳定(轻载时要防止超前电流使电压上升过高)，有利于大电机起动。
　　4、增加了供电功率，减少了用电贴费
　　对于原有供电设备来讲，同样的有功功率下，cosφ提高，负荷电流减小，因此向负荷传输功率所经过的变压器、开关、导线等配电设备都增加了功率储备，发挥了设备的潜力。对于新建项目来说，降低了变压器容量，减少了投资费用，同时也减少了运行后的基本电费。
　　 六、就地补偿与集中补偿的技术经济分析
　　1、电容补偿在技术上应注意的问题
　　(1)防止产生自励。
　　采用电容器就地补偿电动机，切断电源后，电动机在惯性作用下继续运行，此时电容器的放电电流成为励磁电流，如果电容过补偿，就可使电动机的磁场得到自励而产生电压，如图6所示。因此，为防止产生自励，可按下式选用电容
　　QC=0.93UI0
　　(2)防止过电压。
　　当电容器补偿容量过大，会引起电网电压升高并会导致电容器损坏。我国并联电容器国标规定：“工频长期过电压值最多不超过1.1倍额定电压。”因此必须符合QC  　　(4)防止受到系统谐波影响。
　　对于有谐波源的供电线路，应增设电抗器等措施，使谐波影响不致造成电容器损坏。
　　2、两者比较
　　就地补偿较集中补偿，更具节能效果。
　　 七、电容补偿控制及安装方式的选择
　　1、就地补偿与集中补偿的有关规定
　　(1)GB12497―90《三相异步电动机经济运行》第7.6条规定：50kW以上的电动机应进行功率因数就地补偿。
　　(2)GB3485―83《评估企业合理用电技术导则》第2.9条规定：100kW以上的电动机就地补偿无功功率。
　　(3)GB50052―95《供配电设计规范》第5.03及5.0.10规定。
　　(4)国外用电委员会法规与专业学报均有类似规定与刊载。
　　2、电容补偿方式的选择
　　采用并联电容器作为人工无功补偿，为了尽量减少线损和电压损失，宜就地平衡，即低压部分的无功宜由低压电容器补偿，高压部分的无功宜由高压电容器补偿。对于容量较大，负荷平稳且经常使用的用电设备的无功功率，宜就地补偿。补偿基本无功的电容器组宜在配变电所内集中补偿，在有工业生产机械化自动化程度高的流水线、大容量机组的场所，宜分散补偿。
　　3、电容器组投切方式的选择
　　电容器组投切方式分手动和自动两种。
　　对于补偿低压基本无功及常年稳定和投切次数少的高压电容器组，宜采用手动投切；为避免过补偿或轻载时电压过高，易造成设备损坏的，宜采用自动投切。高、低压补偿效果相同时，宜采用低压自动补偿装置。
　　4、无功自动补偿的调节方式
　　以节能为主者，采用无功功率参数调节；当三相平衡时，也可采用功率因数参数调节；为改善电压偏差为主者，应按电压参数调节；无功功率随时间稳定变化者，按时间参数调节。
　　 八、结论
　　 随着国民经济的迅速发展，用电量的增加，电网的经济运行日益受到重视。降低网损，提高电力系统输电效率和电力系统运行的经济性是电力系统运行部门面临的实际问题，也是电力系统研究的主要方向之一。特别是随着电力市场的实行，电网公司通过有效的手段，降低网损，提高系统运行的经济性，可给输电公司带来更高的效益和利润。
　　 参考文献：
　　 1、GB50052―95《供配电设计规范》
　　2、GB3485―83《评估企业合理用电技术导则》
　　3、GB12497―90《三相异步电动机经济运行》
　　4、《电网无功补偿使用技术》（中国水利水电出版社 作者：王向臣）