淺談電網的無功補償
http://www.dcyhziu.cn 2007/6/12 源自:互聯網 【字體：
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淺談電網的無功補償
為了作好降損節能的作用，改善電能的質量，提高輸變電設備的有功出力，使電氣設備在最佳經濟狀態下用運行，使有限的電力更好的為社會主義建設事業服務，做好無功補償工作勢在必行。筆者就有關無功補償的問題發表了自己淺顯的看法。
一、無功補償的意義
電網中的電力負荷如電動機、變壓器等，大部分屬于感性負荷，在運行過程中需向這些設備提供相應的無功功率。在電網中安裝并聯電容器等無功補償設備以后，可以提供感性電抗所消耗的無功功率，減少了電網電源向感性負荷提供、由線路輸送的無功功率，由于減少了無功功率在電網中的流動，因此可以降低線路和變壓器因輸送無功功率造成的電能損耗，這就是無功補償。無功補償可以提高功率因數，是一項投資少，收效快的降損節能措施。據統計，在電網電動機為建立并維護三相旋轉磁場所消耗的無功功率約占線路輸送的全部無功功率的60%，變壓器為建立并維持交變磁場所需消耗的無功功率約占30%，因此為使電力系統多發多送有功功率，少發少送無功功率，或在系統無功功率供給不足時，就需要在電感性負載點或附近加裝無功設備。
1、低電網的功率損耗。由公式I=P/（√3U×COSφ）可知，負荷電流I與COSφ成反比。在輸送的有功功率P為定植時，加裝無功補償設備后提高了功率因數。將使線路中的負荷電流降低，從而時線路上的功率損耗降低（ΔP=I2R）。當功率因數由0.6提高到0.8時，功率損耗將下降一半，降低電網中的功率損耗。是它安裝無功補償設備的主要目的。
2、提高設備的功電能力，挖掘現有設備的潛力。由公式P=S×COSφ可以看出，在設備的視在功率S不便的條件下。功率因數的提高可以多輸送有功功率，以農村常有的50KVA配變為例。當功率因數從0.7提高到0.9后，其輸送的有功功率由35KW提高到了45KW。增加了配電變壓器的供電能力，其增供功率的計算如下式：
ΔP=S（COSφ＇-COSφ）
式中ΔP——變壓器可增供的有功功率
S——變壓器的額定容量
COSφ——補償前設備的功率因數
COSφ＇——補償后設備的功率因數
3、減少電網中的電壓損失，提高電壓質量，當電力負荷從線路上集中輸出到末端負荷點時，線路電壓損失ΔU的簡化式為：
ΔU=（PR+QX）/U
式中ΔU—線路電壓損失
P—線路輸送的有功功率
Q—線路輸送的無功功率
R—線路的電阻
X—線路的電抗
U—線路額定電壓
由以上公式可知，加裝無功補償設備后，線路輸送的無功功率Q就要減少，線路中的電壓降隨之降低，提高了電壓質量。
4、減少設備容量，節省投資，由公式S = P /COSφ可知，在輸送的有功功率P為定值時，功率因數提高后可以減少視在功率S，也就是可以減小供電設備的安裝容量，不但可以節約購買設備的投資，還可以少支付電業部門按供電設備容量計算的貼費，可以減小的供電設備容量用下式計算：
ΔS =S（1- COSφ/COSφ＇）
減少用戶電費開支，降低生產成本，無功補償給電力用戶帶來的直觀經濟效益可以減少電費支出。第一，安裝無功補償設備，提高功率因數可以減少用戶內部因傳輸和分配無功功率造成的有功功率損耗，因而可以少支付相應的電費；第二，在國家現行的電價政策中，從合理利用電能出發，為鼓勵用戶安裝無功補償設備，提高功率因數的積極性，制定了功率因數調整電費政策。
二、無功補償的原則：
無功補償設備的配置，應按照全面規劃、合理布局、分級補償、就地平衡的原則，使電網的無功補償取得最佳的綜合效益。
1、降損與調壓相結合，以降損為主，針對配電系統的線路長、支數多、負荷分配、功率因數低、線損大等特點，無功補償的主要的作用和最大經濟效益是降損，同時兼顧滿足調整電壓的要求，以保證電壓質量。對于有些輕載運行的線路，其電壓經濟偏高，配電變壓器的鐵損占線損的70%以上，不宜再裝電容器組，否則特別是后半夜往往使線路電壓升得過高，會使配電變壓器鐵損進一步增加，反而使線損增高。
2、集中補償與分散補償相結合，以分散補償為主，既要在變電站進行大量的集中補償，又要對配電線路、配電變壓器和用電設備進行分散補償，且以分散補償為主，以實現就地補償，提高無功補償的最大經濟效益。但必須考慮到兩點：1）安裝地點的無功補償經濟當量愈大，則本能效果愈好；2）要考慮補償后要求達到的功率因數的合理性，并非愈高愈好。因此對分散補償的配置應從實際出發，要求取得最佳的經濟效益。
3、供電部門補償與用戶補償相結合，以就地平衡為主，根據統計資料，無功功率大約有40%消耗在配電線路和配電變壓器中，其余的消耗在用戶的用電設備中。因此，只有供電部門與用戶配合起來，共同搞好無功補償的配置和管理，以取得最大的無功補償效益。
三、無功補償方案的確定
根據無功補償原則確定其補償方案
1、無功就地平衡即由下而上逐級補償，首先從低壓電動機開始補償，補償容量的選擇即：
QDJ=√3UI0K×10-3
式中U—電動機的額定線電壓
I0—電動機的空載運行電流值
K—慣性系數，如風機等慣性小的設備可取0.9，水泵等慣性大的電動機可取1.3—1.5。
2、在10KV配電變壓器二側母線上集中補償，補償容量為配電變壓器的無功損耗及10KV配電變壓器一次側到電源點之間線路無功損耗和為提高功率因數所需要的無功容量的總合（家用電器日光燈等所需無功容量不好統計，只能用提高功率因數的方法來解決）。
3、在35KV變電所，10KV母線側集中補償，其選擇的補償容量為主變無功損耗和主變一側到電源點之間的線路無功損耗總和，即：
Q2=QJC2+QLC2+QXL2
QJC2=I0Se/100
QLC2=UK%Seβ2/100
QXL2=3I2XL2L×10-3
則Q2=（I0%+UK%β2）Se /100+3I2XL2L×10-3
其中QJC2、QLC2、QXL2、I0%、UK%、Se、XL2、L、I分別為變壓器的激磁、漏磁無功損耗，變壓器空載電流百分數、短路電壓百分數、額定容量、每公里線路的電抗值，線路長度和實際運行線路中的電流值。
4、在110KV變電所10KV母線集中補償，補償容量的選擇為主變無功損耗和主變一次側到電源點之間線路無功損耗的總和減去線路所產生的無功容量的二分之一。
四、結論
1、為了達到無功就地平衡的目的，補償原則為由下而上補償；
2、為了提高補償設備的運行率，降低設備的造價和維護方便，不再考慮在10KV線路補償；
3、考慮到操作過電壓及檢修方便和安全等問題，補償設備要安裝控制開關，待用電設備運行后再投入補償設備；用電設備停運時應先聽運補償設備，再停運用電設備，防止沖擊過電壓危急用電設備安全。
4、由于農電負荷晝夜及季節性變化較大，β值必須取年平均負荷率。
雖然采用上述四種補償方案，也不能達到絕對合理的補償，而且負荷大的季節還可能出現欠補償，為了防止電網諧振 ，還需考慮進行欠補償。
為了作好降損節能的作用，改善電能的質量，提高輸變電設備的有功出力，使電氣設備在最佳經濟狀態下用運行，使有限的電力更好的為社會主義建設事業服務，做好無功補償工作勢在必行。筆者就有關無功補償的問題發表了自己淺顯的看法。
一、無功補償的意義
電網中的電力負荷如電動機、變壓器等，大部分屬于感性負荷，在運行過程中需向這些設備提供相應的無功功率。在電網中安裝并聯電容器等無功補償設備以后，可以提供感性電抗所消耗的無功功率，減少了電網電源向感性負荷提供、由線路輸送的無功功率，由于減少了無功功率在電網中的流動，因此可以降低線路和變壓器因輸送無功功率造成的電能損耗，這就是無功補償。無功補償可以提高功率因數，是一項投資少，收效快的降損節能措施。據統計，在電網電動機為建立并維護三相旋轉磁場所消耗的無功功率約占線路輸送的全部無功功率的60%，變壓器為建立并維持交變磁場所需消耗的無功功率約占30%，因此為使電力系統多發多送有功功率，少發少送無功功率，或在系統無功功率供給不足時，就需要在電感性負載點或附近加裝無功設備。
1、低電網的功率損耗。由公式I=P/（√3U×COSφ）可知，負荷電流I與COSφ成反比。在輸送的有功功率P為定植時，加裝無功補償設備后提高了功率因數。將使線路中的負荷電流降低，從而時線路上的功率損耗降低（ΔP=I2R）。當功率因數由0.6提高到0.8時，功率損耗將下降一半，降低電網中的功率損耗。是它安裝無功補償設備的主要目的。
2、提高設備的功電能力，挖掘現有設備的潛力。由公式P=S×COSφ可以看出，在設備的視在功率S不便的條件下。功率因數的提高可以多輸送有功功率，以農村常有的50KVA配變為例。當功率因數從0.7提高到0.9后，其輸送的有功功率由35KW提高到了45KW。增加了配電變壓器的供電能力，其增供功率的計算如下式：
ΔP=S（COSφ＇-COSφ）
式中ΔP——變壓器可增供的有功功率
S——變壓器的額定容量
COSφ——補償前設備的功率因數
COSφ＇——補償后設備的功率因數
3、減少電網中的電壓損失，提高電壓質量，當電力負荷從線路上集中輸出到末端負荷點時，線路電壓損失ΔU的簡化式為：
ΔU=（PR+QX）/U
式中ΔU—線路電壓損失
P—線路輸送的有功功率
Q—線路輸送的無功功率
R—線路的電阻
X—線路的電抗
U—線路額定電壓
由以上公式可知，加裝無功補償設備后，線路輸送的無功功率Q就要減少，線路中的電壓降隨之降低，提高了電壓質量。
4、減少設備容量，節省投資，由公式S = P /COSφ可知，在輸送的有功功率P為定值時，功率因數提高后可以減少視在功率S，也就是可以減小供電設備的安裝容量，不但可以節約購買設備的投資，還可以少支付電業部門按供電設備容量計算的貼費，可以減小的供電設備容量用下式計算：
ΔS =S（1- COSφ/COSφ＇）
減少用戶電費開支，降低生產成本，無功補償給電力用戶帶來的直觀經濟效益可以減少電費支出。第一，安裝無功補償設備，提高功率因數可以減少用戶內部因傳輸和分配無功功率造成的有功功率損耗，因而可以少支付相應的電費；第二，在國家現行的電價政策中，從合理利用電能出發，為鼓勵用戶安裝無功補償設備，提高功率因數的積極性，制定了功率因數調整電費政策。
二、無功補償的原則：
無功補償設備的配置，應按照全面規劃、合理布局、分級補償、就地平衡的原則，使電網的無功補償取得最佳的綜合效益。
1、降損與調壓相結合，以降損為主，針對配電系統的線路長、支數多、負荷分配、功率因數低、線損大等特點，無功補償的主要的作用和最大經濟效益是降損，同時兼顧滿足調整電壓的要求，以保證電壓質量。對于有些輕載運行的線路，其電壓經濟偏高，配電變壓器的鐵損占線損的70%以上，不宜再裝電容器組，否則特別是后半夜往往使線路電壓升得過高，會使配電變壓器鐵損進一步增加，反而使線損增高。
2、集中補償與分散補償相結合，以分散補償為主，既要在變電站進行大量的集中補償，又要對配電線路、配電變壓器和用電設備進行分散補償，且以分散補償為主，以實現就地補償，提高無功補償的最大經濟效益。但必須考慮到兩點：1）安裝地點的無功補償經濟當量愈大，則本能效果愈好；2）要考慮補償后要求達到的功率因數的合理性，并非愈高愈好。因此對分散補償的配置應從實際出發，要求取得最佳的經濟效益。
3、供電部門補償與用戶補償相結合，以就地平衡為主，根據統計資料，無功功率大約有40%消耗在配電線路和配電變壓器中，其余的消耗在用戶的用電設備中。因此，只有供電部門與用戶配合起來，共同搞好無功補償的配置和管理，以取得最大的無功補償效益。
三、無功補償方案的確定
根據無功補償原則確定其補償方案
1、無功就地平衡即由下而上逐級補償，首先從低壓電動機開始補償，補償容量的選擇即：
QDJ=√3UI0K×10-3
式中U—電動機的額定線電壓
I0—電動機的空載運行電流值
K—慣性系數，如風機等慣性小的設備可取0.9，水泵等慣性大的電動機可取1.3—1.5。
2、在10KV配電變壓器二側母線上集中補償，補償容量為配電變壓器的無功損耗及10KV配電變壓器一次側到電源點之間線路無功損耗和為提高功率因數所需要的無功容量的總合（家用電器日光燈等所需無功容量不好統計，只能用提高功率因數的方法來解決）。
3、在35KV變電所，10KV母線側集中補償，其選擇的補償容量為主變無功損耗和主變一側到電源點之間的線路無功損耗總和，即：
Q2=QJC2+QLC2+QXL2
QJC2=I0Se/100
QLC2=UK%Seβ2/100
QXL2=3I2XL2L×10-3
則Q2=（I0%+UK%β2）Se /100+3I2XL2L×10-3
其中QJC2、QLC2、QXL2、I0%、UK%、Se、XL2、L、I分別為變壓器的激磁、漏磁無功損耗，變壓器空載電流百分數、短路電壓百分數、額定容量、每公里線路的電抗值，線路長度和實際運行線路中的電流值。
4、在110KV變電所10KV母線集中補償，補償容量的選擇為主變無功損耗和主變一次側到電源點之間線路無功損耗的總和減去線路所產生的無功容量的二分之一。
四、結論
1、為了達到無功就地平衡的目的，補償原則為由下而上補償；
2、為了提高補償設備的運行率，降低設備的造價和維護方便，不再考慮在10KV線路補償；
3、考慮到操作過電壓及檢修方便和安全等問題，補償設備要安裝控制開關，待用電設備運行后再投入補償設備；用電設備停運時應先聽運補償設備，再停運用電設備，防止沖擊過電壓危急用電設備安全。
4、由于農電負荷晝夜及季節性變化較大，β值必須取年平均負荷率。
雖然采用上述四種補償方案，也不能達到絕對合理的補償，而且負荷大的季節還可能出現欠補償，為了防止電網諧振 ，還需考慮進行欠補償。
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