淺談電網(wǎng)的無(wú)功補(bǔ)償
http://www.dcyhziu.cn 2007/6/12 源自:互聯(lián)網(wǎng) 【字體：
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淺談電網(wǎng)的無(wú)功補(bǔ)償
為了作好降損節(jié)能的作用，改善電能的質(zhì)量，提高輸變電設(shè)備的有功出力，使電氣設(shè)備在最佳經(jīng)濟(jì)狀態(tài)下用運(yùn)行，使有限的電力更好的為社會(huì)主義建設(shè)事業(yè)服務(wù)，做好無(wú)功補(bǔ)償工作勢(shì)在必行。筆者就有關(guān)無(wú)功補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題發(fā)表了自己淺顯的看法。
一、無(wú)功補(bǔ)償?shù)囊饬x
電網(wǎng)中的電力負(fù)荷如電動(dòng)機(jī)、變壓器等，大部分屬于感性負(fù)荷，在運(yùn)行過(guò)程中需向這些設(shè)備提供相應(yīng)的無(wú)功功率。在電網(wǎng)中安裝并聯(lián)電容器等無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備以后，可以提供感性電抗所消耗的無(wú)功功率，減少了電網(wǎng)電源向感性負(fù)荷提供、由線路輸送的無(wú)功功率，由于減少了無(wú)功功率在電網(wǎng)中的流動(dòng)，因此可以降低線路和變壓器因輸送無(wú)功功率造成的電能損耗，這就是無(wú)功補(bǔ)償。無(wú)功補(bǔ)償可以提高功率因數(shù)，是一項(xiàng)投資少，收效快的降損節(jié)能措施。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在電網(wǎng)電動(dòng)機(jī)為建立并維護(hù)三相旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)所消耗的無(wú)功功率約占線路輸送的全部無(wú)功功率的60%，變壓器為建立并維持交變磁場(chǎng)所需消耗的無(wú)功功率約占30%，因此為使電力系統(tǒng)多發(fā)多送有功功率，少發(fā)少送無(wú)功功率，或在系統(tǒng)無(wú)功功率供給不足時(shí)，就需要在電感性負(fù)載點(diǎn)或附近加裝無(wú)功設(shè)備。
1、低電網(wǎng)的功率損耗。由公式I=P/（√3U×COSφ）可知，負(fù)荷電流I與COSφ成反比。在輸送的有功功率P為定植時(shí)，加裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備后提高了功率因數(shù)。將使線路中的負(fù)荷電流降低，從而時(shí)線路上的功率損耗降低（ΔP=I2R）。當(dāng)功率因數(shù)由0.6提高到0.8時(shí)，功率損耗將下降一半，降低電網(wǎng)中的功率損耗。是它安裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的主要目的。
2、提高設(shè)備的功電能力，挖掘現(xiàn)有設(shè)備的潛力。由公式P=S×COSφ可以看出，在設(shè)備的視在功率S不便的條件下。功率因數(shù)的提高可以多輸送有功功率，以農(nóng)村常有的50KVA配變?yōu)槔．?dāng)功率因數(shù)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(jì)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(bǔ)償前設(shè)備的功率因數(shù)
COSφ＇——補(bǔ)償后設(shè)備的功率因數(shù)
3、減少電網(wǎng)中的電壓損失，提高電壓質(zhì)量，當(dāng)電力負(fù)荷從線路上集中輸出到末端負(fù)荷點(diǎn)時(shí)，線路電壓損失ΔU的簡(jiǎn)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(wú)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(wú)功補(bǔ)償設(shè)備后，線路輸送的無(wú)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(zhì)量。
4、減少設(shè)備容量，節(jié)省投資，由公式S = P /COSφ可知，在輸送的有功功率P為定值時(shí)，功率因數(shù)提高后可以減少視在功率S，也就是可以減小供電設(shè)備的安裝容量，不但可以節(jié)約購(gòu)買設(shè)備的投資，還可以少支付電業(yè)部門按供電設(shè)備容量計(jì)算的貼費(fèi)，可以減小的供電設(shè)備容量用下式計(jì)算：
ΔS =S（1- COSφ/COSφ＇）
減少用戶電費(fèi)開支，降低生產(chǎn)成本，無(wú)功補(bǔ)償給電力用戶帶來(lái)的直觀經(jīng)濟(jì)效益可以減少電費(fèi)支出。第一，安裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，提高功率因數(shù)可以減少用戶內(nèi)部因傳輸和分配無(wú)功功率造成的有功功率損耗，因而可以少支付相應(yīng)的電費(fèi)；第二，在國(guó)家現(xiàn)行的電價(jià)政策中，從合理利用電能出發(fā)，為鼓勵(lì)用戶安裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，提高功率因數(shù)的積極性，制定了功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)政策。
二、無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑瓌t：
無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的配置，應(yīng)按照全面規(guī)劃、合理布局、分級(jí)補(bǔ)償、就地平衡的原則，使電網(wǎng)的無(wú)功補(bǔ)償取得最佳的綜合效益。
1、降損與調(diào)壓相結(jié)合，以降損為主，針對(duì)配電系統(tǒng)的線路長(zhǎng)、支數(shù)多、負(fù)荷分配、功率因數(shù)低、線損大等特點(diǎn)，無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹饕淖饔煤妥畲蠼?jīng)濟(jì)效益是降損，同時(shí)兼顧滿足調(diào)整電壓的要求，以保證電壓質(zhì)量。對(duì)于有些輕載運(yùn)行的線路，其電壓經(jīng)濟(jì)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(guò)高，會(huì)使配電變壓器鐵損進(jìn)一步增加，反而使線損增高。
2、集中補(bǔ)償與分散補(bǔ)償相結(jié)合，以分散補(bǔ)償為主，既要在變電站進(jìn)行大量的集中補(bǔ)償，又要對(duì)配電線路、配電變壓器和用電設(shè)備進(jìn)行分散補(bǔ)償，且以分散補(bǔ)償為主，以實(shí)現(xiàn)就地補(bǔ)償，提高無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖畲蠼?jīng)濟(jì)效益。但必須考慮到兩點(diǎn)：1）安裝地點(diǎn)的無(wú)功補(bǔ)償經(jīng)濟(jì)當(dāng)量愈大，則本能效果愈好；2）要考慮補(bǔ)償后要求達(dá)到的功率因數(shù)的合理性，并非愈高愈好。因此對(duì)分散補(bǔ)償?shù)呐渲脩?yīng)從實(shí)際出發(fā)，要求取得最佳的經(jīng)濟(jì)效益。
3、供電部門補(bǔ)償與用戶補(bǔ)償相結(jié)合，以就地平衡為主，根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，無(wú)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(shè)備中。因此，只有供電部門與用戶配合起來(lái)，共同搞好無(wú)功補(bǔ)償?shù)呐渲煤凸芾恚匀〉米畲蟮臒o(wú)功補(bǔ)償效益。
三、無(wú)功補(bǔ)償方案的確定
根據(jù)無(wú)功補(bǔ)償原則確定其補(bǔ)償方案
1、無(wú)功就地平衡即由下而上逐級(jí)補(bǔ)償，首先從低壓電動(dòng)機(jī)開始補(bǔ)償，補(bǔ)償容量的選擇即：
QDJ=√3UI0K×10-3
式中U—電動(dòng)機(jī)的額定線電壓
I0—電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行電流值
K—慣性系數(shù)，如風(fēng)機(jī)等慣性小的設(shè)備可取0.9，水泵等慣性大的電動(dòng)機(jī)可取1.3—1.5。
2、在10KV配電變壓器二側(cè)母線上集中補(bǔ)償，補(bǔ)償容量為配電變壓器的無(wú)功損耗及10KV配電變壓器一次側(cè)到電源點(diǎn)之間線路無(wú)功損耗和為提高功率因數(shù)所需要的無(wú)功容量的總合（家用電器日光燈等所需無(wú)功容量不好統(tǒng)計(jì)，只能用提高功率因數(shù)的方法來(lái)解決）。
3、在35KV變電所，10KV母線側(cè)集中補(bǔ)償，其選擇的補(bǔ)償容量為主變無(wú)功損耗和主變一側(cè)到電源點(diǎn)之間的線路無(wú)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(wú)功損耗，變壓器空載電流百分?jǐn)?shù)、短路電壓百分?jǐn)?shù)、額定容量、每公里線路的電抗值，線路長(zhǎng)度和實(shí)際運(yùn)行線路中的電流值。
4、在110KV變電所10KV母線集中補(bǔ)償，補(bǔ)償容量的選擇為主變無(wú)功損耗和主變一次側(cè)到電源點(diǎn)之間線路無(wú)功損耗的總和減去線路所產(chǎn)生的無(wú)功容量的二分之一。
四、結(jié)論
1、為了達(dá)到無(wú)功就地平衡的目的，補(bǔ)償原則為由下而上補(bǔ)償；
2、為了提高補(bǔ)償設(shè)備的運(yùn)行率，降低設(shè)備的造價(jià)和維護(hù)方便，不再考慮在10KV線路補(bǔ)償；
3、考慮到操作過(guò)電壓及檢修方便和安全等問(wèn)題，補(bǔ)償設(shè)備要安裝控制開關(guān)，待用電設(shè)備運(yùn)行后再投入補(bǔ)償設(shè)備；用電設(shè)備停運(yùn)時(shí)應(yīng)先聽運(yùn)補(bǔ)償設(shè)備，再停運(yùn)用電設(shè)備，防止沖擊過(guò)電壓危急用電設(shè)備安全。
4、由于農(nóng)電負(fù)荷晝夜及季節(jié)性變化較大，β值必須取年平均負(fù)荷率。
雖然采用上述四種補(bǔ)償方案，也不能達(dá)到絕對(duì)合理的補(bǔ)償，而且負(fù)荷大的季節(jié)還可能出現(xiàn)欠補(bǔ)償，為了防止電網(wǎng)諧振 ，還需考慮進(jìn)行欠補(bǔ)償。
為了作好降損節(jié)能的作用，改善電能的質(zhì)量，提高輸變電設(shè)備的有功出力，使電氣設(shè)備在最佳經(jīng)濟(jì)狀態(tài)下用運(yùn)行，使有限的電力更好的為社會(huì)主義建設(shè)事業(yè)服務(wù)，做好無(wú)功補(bǔ)償工作勢(shì)在必行。筆者就有關(guān)無(wú)功補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題發(fā)表了自己淺顯的看法。
一、無(wú)功補(bǔ)償?shù)囊饬x
電網(wǎng)中的電力負(fù)荷如電動(dòng)機(jī)、變壓器等，大部分屬于感性負(fù)荷，在運(yùn)行過(guò)程中需向這些設(shè)備提供相應(yīng)的無(wú)功功率。在電網(wǎng)中安裝并聯(lián)電容器等無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備以后，可以提供感性電抗所消耗的無(wú)功功率，減少了電網(wǎng)電源向感性負(fù)荷提供、由線路輸送的無(wú)功功率，由于減少了無(wú)功功率在電網(wǎng)中的流動(dòng)，因此可以降低線路和變壓器因輸送無(wú)功功率造成的電能損耗，這就是無(wú)功補(bǔ)償。無(wú)功補(bǔ)償可以提高功率因數(shù)，是一項(xiàng)投資少，收效快的降損節(jié)能措施。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在電網(wǎng)電動(dòng)機(jī)為建立并維護(hù)三相旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)所消耗的無(wú)功功率約占線路輸送的全部無(wú)功功率的60%，變壓器為建立并維持交變磁場(chǎng)所需消耗的無(wú)功功率約占30%，因此為使電力系統(tǒng)多發(fā)多送有功功率，少發(fā)少送無(wú)功功率，或在系統(tǒng)無(wú)功功率供給不足時(shí)，就需要在電感性負(fù)載點(diǎn)或附近加裝無(wú)功設(shè)備。
1、低電網(wǎng)的功率損耗。由公式I=P/（√3U×COSφ）可知，負(fù)荷電流I與COSφ成反比。在輸送的有功功率P為定植時(shí)，加裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備后提高了功率因數(shù)。將使線路中的負(fù)荷電流降低，從而時(shí)線路上的功率損耗降低（ΔP=I2R）。當(dāng)功率因數(shù)由0.6提高到0.8時(shí)，功率損耗將下降一半，降低電網(wǎng)中的功率損耗。是它安裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的主要目的。
2、提高設(shè)備的功電能力，挖掘現(xiàn)有設(shè)備的潛力。由公式P=S×COSφ可以看出，在設(shè)備的視在功率S不便的條件下。功率因數(shù)的提高可以多輸送有功功率，以農(nóng)村常有的50KVA配變?yōu)槔．?dāng)功率因數(shù)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(jì)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(bǔ)償前設(shè)備的功率因數(shù)
COSφ＇——補(bǔ)償后設(shè)備的功率因數(shù)
3、減少電網(wǎng)中的電壓損失，提高電壓質(zhì)量，當(dāng)電力負(fù)荷從線路上集中輸出到末端負(fù)荷點(diǎn)時(shí)，線路電壓損失ΔU的簡(jiǎn)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(wú)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(wú)功補(bǔ)償設(shè)備后，線路輸送的無(wú)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(zhì)量。
4、減少設(shè)備容量，節(jié)省投資，由公式S = P /COSφ可知，在輸送的有功功率P為定值時(shí)，功率因數(shù)提高后可以減少視在功率S，也就是可以減小供電設(shè)備的安裝容量，不但可以節(jié)約購(gòu)買設(shè)備的投資，還可以少支付電業(yè)部門按供電設(shè)備容量計(jì)算的貼費(fèi)，可以減小的供電設(shè)備容量用下式計(jì)算：
ΔS =S（1- COSφ/COSφ＇）
減少用戶電費(fèi)開支，降低生產(chǎn)成本，無(wú)功補(bǔ)償給電力用戶帶來(lái)的直觀經(jīng)濟(jì)效益可以減少電費(fèi)支出。第一，安裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，提高功率因數(shù)可以減少用戶內(nèi)部因傳輸和分配無(wú)功功率造成的有功功率損耗，因而可以少支付相應(yīng)的電費(fèi)；第二，在國(guó)家現(xiàn)行的電價(jià)政策中，從合理利用電能出發(fā)，為鼓勵(lì)用戶安裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，提高功率因數(shù)的積極性，制定了功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)政策。
二、無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑瓌t：
無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的配置，應(yīng)按照全面規(guī)劃、合理布局、分級(jí)補(bǔ)償、就地平衡的原則，使電網(wǎng)的無(wú)功補(bǔ)償取得最佳的綜合效益。
1、降損與調(diào)壓相結(jié)合，以降損為主，針對(duì)配電系統(tǒng)的線路長(zhǎng)、支數(shù)多、負(fù)荷分配、功率因數(shù)低、線損大等特點(diǎn)，無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹饕淖饔煤妥畲蠼?jīng)濟(jì)效益是降損，同時(shí)兼顧滿足調(diào)整電壓的要求，以保證電壓質(zhì)量。對(duì)于有些輕載運(yùn)行的線路，其電壓經(jīng)濟(jì)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(guò)高，會(huì)使配電變壓器鐵損進(jìn)一步增加，反而使線損增高。
2、集中補(bǔ)償與分散補(bǔ)償相結(jié)合，以分散補(bǔ)償為主，既要在變電站進(jìn)行大量的集中補(bǔ)償，又要對(duì)配電線路、配電變壓器和用電設(shè)備進(jìn)行分散補(bǔ)償，且以分散補(bǔ)償為主，以實(shí)現(xiàn)就地補(bǔ)償，提高無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖畲蠼?jīng)濟(jì)效益。但必須考慮到兩點(diǎn)：1）安裝地點(diǎn)的無(wú)功補(bǔ)償經(jīng)濟(jì)當(dāng)量愈大，則本能效果愈好；2）要考慮補(bǔ)償后要求達(dá)到的功率因數(shù)的合理性，并非愈高愈好。因此對(duì)分散補(bǔ)償?shù)呐渲脩?yīng)從實(shí)際出發(fā)，要求取得最佳的經(jīng)濟(jì)效益。
3、供電部門補(bǔ)償與用戶補(bǔ)償相結(jié)合，以就地平衡為主，根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，無(wú)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(shè)備中。因此，只有供電部門與用戶配合起來(lái)，共同搞好無(wú)功補(bǔ)償?shù)呐渲煤凸芾恚匀〉米畲蟮臒o(wú)功補(bǔ)償效益。
三、無(wú)功補(bǔ)償方案的確定
根據(jù)無(wú)功補(bǔ)償原則確定其補(bǔ)償方案
1、無(wú)功就地平衡即由下而上逐級(jí)補(bǔ)償，首先從低壓電動(dòng)機(jī)開始補(bǔ)償，補(bǔ)償容量的選擇即：
QDJ=√3UI0K×10-3
式中U—電動(dòng)機(jī)的額定線電壓
I0—電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行電流值
K—慣性系數(shù)，如風(fēng)機(jī)等慣性小的設(shè)備可取0.9，水泵等慣性大的電動(dòng)機(jī)可取1.3—1.5。
2、在10KV配電變壓器二側(cè)母線上集中補(bǔ)償，補(bǔ)償容量為配電變壓器的無(wú)功損耗及10KV配電變壓器一次側(cè)到電源點(diǎn)之間線路無(wú)功損耗和為提高功率因數(shù)所需要的無(wú)功容量的總合（家用電器日光燈等所需無(wú)功容量不好統(tǒng)計(jì)，只能用提高功率因數(shù)的方法來(lái)解決）。
3、在35KV變電所，10KV母線側(cè)集中補(bǔ)償，其選擇的補(bǔ)償容量為主變無(wú)功損耗和主變一側(cè)到電源點(diǎn)之間的線路無(wú)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(wú)功損耗，變壓器空載電流百分?jǐn)?shù)、短路電壓百分?jǐn)?shù)、額定容量、每公里線路的電抗值，線路長(zhǎng)度和實(shí)際運(yùn)行線路中的電流值。
4、在110KV變電所10KV母線集中補(bǔ)償，補(bǔ)償容量的選擇為主變無(wú)功損耗和主變一次側(cè)到電源點(diǎn)之間線路無(wú)功損耗的總和減去線路所產(chǎn)生的無(wú)功容量的二分之一。
四、結(jié)論
1、為了達(dá)到無(wú)功就地平衡的目的，補(bǔ)償原則為由下而上補(bǔ)償；
2、為了提高補(bǔ)償設(shè)備的運(yùn)行率，降低設(shè)備的造價(jià)和維護(hù)方便，不再考慮在10KV線路補(bǔ)償；
3、考慮到操作過(guò)電壓及檢修方便和安全等問(wèn)題，補(bǔ)償設(shè)備要安裝控制開關(guān)，待用電設(shè)備運(yùn)行后再投入補(bǔ)償設(shè)備；用電設(shè)備停運(yùn)時(shí)應(yīng)先聽運(yùn)補(bǔ)償設(shè)備，再停運(yùn)用電設(shè)備，防止沖擊過(guò)電壓危急用電設(shè)備安全。
4、由于農(nóng)電負(fù)荷晝夜及季節(jié)性變化較大，β值必須取年平均負(fù)荷率。
雖然采用上述四種補(bǔ)償方案，也不能達(dá)到絕對(duì)合理的補(bǔ)償，而且負(fù)荷大的季節(jié)還可能出現(xiàn)欠補(bǔ)償，為了防止電網(wǎng)諧振 ，還需考慮進(jìn)行欠補(bǔ)償。
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