劉華

摘要：無功功率補(bǔ)償裝置可提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，降低供電變壓器及輸送線路的損耗，提高供電效率，改善供電環(huán)境。分析了電網(wǎng)損耗的原因，提出無功補(bǔ)償功率因數(shù)選擇要點(diǎn)，闡明了無功補(bǔ)償?shù)攸c(diǎn)選擇的實(shí)用效果。

關(guān)鍵詞：無功補(bǔ)償；電容；功率因數(shù)；節(jié)損效益

1.概述：

1.1何謂無功

電功率、磁功率或電磁功率形式中封閉的能量交換。

無功數(shù)學(xué)定義

P=

表征無功參數(shù)QB=

式中 Un、In分別為第n次諧波電壓、電流的有效值；Φn為Un與In的夾角。上述功率定義，分別考慮了各次諧波在線性電抗上單獨(dú)形成的無功功率。

1.2無功源

向公用電網(wǎng)中注入無功電流或在公用電網(wǎng)中產(chǎn)生無功的電氣設(shè)備，統(tǒng)稱為無功源。（發(fā)電機(jī)、同步調(diào)相機(jī)、靜電電容器、靜止無功補(bǔ)償器等等）

1.3無功負(fù)荷

異步電動(dòng)機(jī)在電力系統(tǒng)（特別是無功負(fù)荷）中占的比重很大。系統(tǒng)無功負(fù)荷的電壓特性主要由異步電動(dòng)機(jī)決定。

變壓器的無功功率損耗在系統(tǒng)無功損耗中占有相當(dāng)?shù)谋戎?，還有輸電線路。

1.4無功補(bǔ)償?shù)睦碚撘罁?jù)

保證用戶處的電壓接近額定值是電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)整地基本任務(wù)之一。電力系統(tǒng)的運(yùn)行電壓水平取決于無功功率的平衡。系統(tǒng)中各種無功電源的無功功率輸出應(yīng)能滿足系統(tǒng)負(fù)荷和網(wǎng)絡(luò)損耗在額定電壓下對無功功率的需求，否則電壓就會(huì)偏離額定值。電力系統(tǒng)無功功率平衡的基本要求是：系統(tǒng)中的無功電源可能發(fā)出的無功功率應(yīng)該大于或至少等于負(fù)荷所需的無功功率和網(wǎng)絡(luò)中的無功損耗之和。為了保證運(yùn)行可靠性和適應(yīng)無功負(fù)荷的增長，系統(tǒng)還必須配置一定的無功備用容量。令QGC 為電源供應(yīng)的無功功率之和，QLD為無功負(fù)荷之和，QL為無功功率損耗之和，Qres為無功功率備用，則系統(tǒng)中的無功功率的平衡關(guān)系式為

QGC -QLD-QL=Qres

Qres>0表示系統(tǒng)中無功功率可以平衡且有適量的備用；如Qres<0表示系統(tǒng)中無功功率不足，應(yīng)考慮加設(shè)無功補(bǔ)償裝置。

從無功功率平衡，電壓調(diào)整和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行這三個(gè)不同的角度考慮無功補(bǔ)償問題。一般說這三個(gè)方面的要求是不會(huì)相互矛盾的，為滿足無功功率平衡而設(shè)置的補(bǔ)償容量必有助于提高電壓水平，為減少網(wǎng)絡(luò)電壓損耗而增添的無功補(bǔ)償也必然會(huì)降低網(wǎng)損。應(yīng)該說，按無功功率在正常電壓水平下的平衡所確定的無功補(bǔ)償容量，是必須首先滿足的。

1.5無功補(bǔ)償容量的選擇

通過公式Q=P（tanψ1-tanψ2）（P取400Kw）所做的功率因數(shù)曲線分析無功補(bǔ)償容量的選擇，從圖中我們可以看到在功率因數(shù)到0.9以后功率因數(shù)每提高0.01需要增加的補(bǔ)償量大大增加，所以建議低壓側(cè)功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?.9左右。這也同《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》中的要求完全一致。

1.6補(bǔ)償?shù)攸c(diǎn)的確定

補(bǔ)償?shù)哪康氖菧p少線路中的無功分量，對于負(fù)荷相對分散的配電系統(tǒng)適宜采用低壓配電房安裝集中補(bǔ)償裝置，而對于負(fù)荷相對集中的地方應(yīng)盡量安裝在低功率因數(shù)的終端負(fù)荷上。傳統(tǒng)的方式是在低壓配電房安裝集中補(bǔ)償裝置，但這樣并不能減少配電房到負(fù)荷線路的損耗，而這段往往截面小，線路長，損耗也大。

2.實(shí)例分析

以某儀修廠房為例。

全廠主要負(fù)荷為注塑車間。它在滿負(fù)荷時(shí)可達(dá)400kW 但異步電動(dòng)機(jī)較多感性負(fù)載較大功率因數(shù)只有0.7，此車間距離配電室大約120m，采用了2根240mm2電纜配電，下面對全廠進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算。

2.1負(fù)荷計(jì)算

根據(jù)負(fù)荷計(jì)算我選擇容量為630kVA的變壓器，?P=6200W。補(bǔ)償前后的節(jié)損公式為：

其中R：變壓器或線路的電阻，U：系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)電壓，Q1：補(bǔ)償前無功量，Q2：補(bǔ)償后無功量。

2.2仿真分析

對方案一我們可以看到改造前主要把300kvar電容，補(bǔ)償在低壓主母線上，采用的是集中補(bǔ)償方式。本次改造我采用分散補(bǔ)償方式，補(bǔ)償總?cè)萘咳匀粸?00kvar，注塑車間補(bǔ)償250kvar，主母線補(bǔ)償50kvar，其主接線如下圖所示，下面我對運(yùn)行情況再次進(jìn)行仿真。

2.3方案對比

根據(jù)企業(yè)的實(shí)際用電情況，最大、最小、平時(shí)時(shí)段分別占總時(shí)段的10%、30%、60% 總時(shí)段以5000h一 年計(jì)算，電價(jià)0.7元/kWh，其損耗比較如下圖：

2.4補(bǔ)償效益分析

由于補(bǔ)償?shù)攸c(diǎn)選擇不同方案二中大負(fù)荷區(qū)電流減少，線路的電壓降自然減少了，從而為終端負(fù)荷提供了更充足的電壓。同時(shí)，電壓的提高也降低了電機(jī)負(fù)荷的電流，進(jìn)一步降低線損。

綜上所述，安裝補(bǔ)償器地點(diǎn)的選擇是非常重要的，單從費(fèi)用上來看，如上面一個(gè)工程方案一、二補(bǔ)償器的容量相等前期投資相同，如果補(bǔ)償?shù)攸c(diǎn)選擇得當(dāng)每年可以節(jié)約大概4.0萬元的費(fèi)用，因此我們在做工程時(shí)要對負(fù)荷情況作一個(gè)充分的分析，選擇好一個(gè)最優(yōu)的補(bǔ)償方式。

2.5總結(jié)：

1）做設(shè)計(jì)之前要認(rèn)真分析負(fù)荷情況，認(rèn)清負(fù)荷中心做出最優(yōu)的配電方案。

2）嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行功率補(bǔ)償，低壓側(cè)功率因數(shù)提高到0.9最合適。

3）建議按照就近補(bǔ)償原則。合理選擇補(bǔ)償?shù)攸c(diǎn)，盡量把電容補(bǔ)償在負(fù)荷中心。

3.結(jié)束語

對于電氣工程設(shè)計(jì)人員，在供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)首先研究分析用電負(fù)荷情況，再進(jìn)行完負(fù)荷計(jì)算后，確定本次工程的負(fù)荷中心，然后再確定無功補(bǔ)償?shù)牡攸c(diǎn)，如果我們設(shè)計(jì)時(shí)補(bǔ)償?shù)攸c(diǎn)選擇不當(dāng)，造成的損失是相當(dāng)大，這無疑是一種嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。是我們這樣一個(gè)節(jié)約型社會(huì)所不允許的。

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