论文部分内容阅读
摘 要：无功补偿的主要作用就是提高功率因数以减少设备容量和功率损耗、稳定电压和提高供电质量在长距离输电中提高输电稳定性和输电能力。本文介绍在低压电网中增设无功补偿装置，一方面，能够提高电网工作的效率；另一方面，能够降低电能损失，为用户获得较大的经济效益。
关键词：低压电网；无功补偿；经济效益
随着工业企业用电设备的增加，异步电机等无功设备的大量应用，而用电企业往往忽视无功补偿，造成目前用电企业低压电网功率因数普遍不符合要求。功率因数不符合要求不仅使用电企业承担不必要的调整电费，而且用电企业用电系统功率因数的高低，直接影响整个电网的供电质量和发电系统的电能利用率。过低的功率因数，不仅使电力系统内的供电设备容量得不到充分利用，增加电力电网中输电线路上的电能损耗，还会使线路的电压损失增大，有时使得负荷端的电压低于允许值，严重影响异步电动机及其它用电设备的正常运行，甚至损坏。因此，用电企业应根据分级就地平衡的原则，采取措施补偿无功功率，提高功率因数。下面从如下几方面谈谈用电企业无功补偿的问题。
1、低压无功补偿的必要性
无论是工业负荷还是民用负荷，大多数均为感性负荷。所有感性负载均需要补偿大量的无功功率，提供这些无功功率有两条途径：一是输电系统提供；二是补偿电容器提供。如果由输电系统提供，则设计输电系统时，既要考虑有功功率，也要考虑无功功率。由输电系统传输无功功率，将造成输电线路及变压器损耗的增加，降低系统的经济效益。而由补偿电容器就地提供无功功率，就可以避免由输电系统传输无功功率，从而降低无功损耗，提高输电系统的传输功率。
对于电力系统而言，在高压侧或低压侧均可进行补偿。但是，如果在低压侧进行补偿，既可减少变压器、输电线路等的损耗，又可提高变压器、输电线路的利用率及提高负载端的端电压，所以补偿电容器的安装越靠近负载端，对用户而言越可获取较大的经济效益。
因为在低压侧装设了电容器补偿无功电流，即无功电流由电容器提供，所以在进行电网设计时，只考虑有功电流即可，大大节省变压器及输电线路的投资。对于已有的电网，也能够提高电网的输电能力。
2、低压无功补偿的作用
无功补偿的主要作用就是提高功率因数以减少设备容量和功率损耗、稳定电压和提高供电质量，在长距离输电中提高输电稳定性和输电能力。安装并联电容器进行无功补偿，可限制无功功率在电网中的传输，相应减少了线路的电压损耗，提高了配电网络的电压质量。
2.1提高电压质量
低压配电网络中无功补偿设装置的合理配置，与电网的供电电压质量关系十分密切。合理安装无功补偿装置可以改善电压质量。
2.4 降低线路电能损耗
增设无功补偿装置的主要目的就是为了降损节能，假设输送的有功功率P为定值，安装无功补偿装置后功率因数由cosφ提高到cosφ1，因为P=UIcosφ，负荷电流I与cosφ成反比，又由于P=I2R，线路的有功损失与电流I的平方成正比。当cosφ升高，负荷电流I降低，即电流I降低，线路有功损耗就成倍降低。
3、无功补偿的方式
为了降低无功功率提高功率因数，一般从两方面采取措施：一是提高自然功率因数；二是采用供应无功功率的设备来补偿用电设备所需的无功功率，以提高其功率因数，称为提高功率因数补偿法。补偿方法通常有3种：（1）采用同步电机补偿；（2）采用同步调相机；（3）采用移相电容器补偿。由于移相电容器是一种投资省、见效快、维护方便的无功电源，低压电网常常选用移相电容器来提高功率因数。它包括固定电容器（FC）补偿和自动投切电容器的动态补偿以及两者混合补偿等方式。目前广泛采用的为自动投切电容器的动态补偿方式。
3.1无功补偿的配置原则
从无功功率消耗的基本状况可以看出，各级网络和输配电设备都要消耗一定数量的无功功率，尤以低压配电网所占比重最大。为了最大限度地减少无功功率的传输损耗，提高输配电设备的效率，无功补偿设备的配置应按以下原则合理布局：
（1）总体平衡与局部平衡相结合，以局部为主。
（2）尽可能地实现就地补偿、就地平衡。
（3）分散补偿与集中补偿相结合，以分散为主。
3.2就地补偿的优点
（1）就地补偿基波无功功率，滤除谐波无功功率，降低了补偿点到高压公共连接点的供配电损耗，节能效果明显。
（2）就地补偿可以解决高压补偿不能解决的由于负载冲击引起的低压电网的网压波动问题。
（3）进行就地补偿后，降低了供配电系统的实际输出容量，从而提高了低压变压器的供电能力，保证了设备运行的可靠性。
（4）就地补偿几乎不受背景谐波影响，保证了补偿装置运行的可靠性和设计的准确性。
4、无功补偿的计算
4.1补偿容量的确定
补偿容量计算：现有功率因数为cos<1，要求提高后功率因数为cos<2，则
Qc = Pa v（tgφ1 - tgφ2）=αPca（tgφ1 - tgφ2）
式中：Pc a ――最大有功计算负荷，kW；
α――平均有功负荷系数；
tgφ1、tgφ2 ――补偿前、后均权功率因数角的正切值。
在计算补偿电力电容器的容量和个数时，应考虑到实际运行电压可能与额定电压不同，电容器能补偿的实际容量将低于额定容量，此时需要对额定容量进行修正。
4.2补偿级数的选择
补偿级数（即补偿电容器的分组数量）越多，补偿的精度越高，但随着补偿级数的增加，装置的成本会大幅度提高，而且箱壳的体积也会增大。综合考虑补偿精度、成本、箱体体积等因素，建议采用11级非常容量补偿，前9级为等容量以满足基本补偿，后2级为小容量以提高补偿精度。
5、增设无功补偿装置后的经济效益
线损是电流在输变电设备和线路中流动产生的，因而它由线路损耗和变压器损耗两部分组成。按損耗的变化情况可划分为可变损耗和固定损耗。前者指当电流通过导体和变压器所产生的损耗，包括变压器的铜损和电力线路上的铜损，它与负荷率、电网电压等因素有关，约占电网总损耗的80%～85%。后者指只要接通电源电力网就存在的损耗，包括变压器的铁损，电缆线路、电容器及其他电器上的介质损耗及各种计量仪表、互感器线圈上的铁损，它与电网运行电压和频率有关，占总损耗15%～20%。
我国与发达国家相比，线损较大。发达国家的线损约为2%～3%，而我国在2006年的线损统计为7.1%，所以线损的解决显得越来越重要。
6、结束语
以上探讨了无功补偿技术对低压电力系统的影响以及提高功率因数所带来的经济效益，介绍了影响功率因数的主要因素和提高功率因数的方法，讨论了如何确定无功功率的补偿容量和补偿方式，确保补偿技术经济、合理、安全可靠，以达到节约电能的目的，对用电企业无功补偿能够起到一定的指导作用。
参考文献
[1]王兆安等编著.谐波抑制和无功功率补偿 第2版[M]北京：机械工业出版社（2005.10）.
[2]卿启云.《钢铁企业电力设计手册》[M].北京：冶金工业出版社（1996.1）.
（作者单位：江苏省靖江市三新供电服务有限公司马桥供电所）
关键词：低压电网；无功补偿；经济效益
随着工业企业用电设备的增加，异步电机等无功设备的大量应用，而用电企业往往忽视无功补偿，造成目前用电企业低压电网功率因数普遍不符合要求。功率因数不符合要求不仅使用电企业承担不必要的调整电费，而且用电企业用电系统功率因数的高低，直接影响整个电网的供电质量和发电系统的电能利用率。过低的功率因数，不仅使电力系统内的供电设备容量得不到充分利用，增加电力电网中输电线路上的电能损耗，还会使线路的电压损失增大，有时使得负荷端的电压低于允许值，严重影响异步电动机及其它用电设备的正常运行，甚至损坏。因此，用电企业应根据分级就地平衡的原则，采取措施补偿无功功率，提高功率因数。下面从如下几方面谈谈用电企业无功补偿的问题。
1、低压无功补偿的必要性
无论是工业负荷还是民用负荷，大多数均为感性负荷。所有感性负载均需要补偿大量的无功功率，提供这些无功功率有两条途径：一是输电系统提供；二是补偿电容器提供。如果由输电系统提供，则设计输电系统时，既要考虑有功功率，也要考虑无功功率。由输电系统传输无功功率，将造成输电线路及变压器损耗的增加，降低系统的经济效益。而由补偿电容器就地提供无功功率，就可以避免由输电系统传输无功功率，从而降低无功损耗，提高输电系统的传输功率。
对于电力系统而言，在高压侧或低压侧均可进行补偿。但是，如果在低压侧进行补偿，既可减少变压器、输电线路等的损耗，又可提高变压器、输电线路的利用率及提高负载端的端电压，所以补偿电容器的安装越靠近负载端，对用户而言越可获取较大的经济效益。
因为在低压侧装设了电容器补偿无功电流，即无功电流由电容器提供，所以在进行电网设计时，只考虑有功电流即可，大大节省变压器及输电线路的投资。对于已有的电网，也能够提高电网的输电能力。
2、低压无功补偿的作用
无功补偿的主要作用就是提高功率因数以减少设备容量和功率损耗、稳定电压和提高供电质量，在长距离输电中提高输电稳定性和输电能力。安装并联电容器进行无功补偿，可限制无功功率在电网中的传输，相应减少了线路的电压损耗，提高了配电网络的电压质量。
2.1提高电压质量
低压配电网络中无功补偿设装置的合理配置，与电网的供电电压质量关系十分密切。合理安装无功补偿装置可以改善电压质量。
2.4 降低线路电能损耗
增设无功补偿装置的主要目的就是为了降损节能，假设输送的有功功率P为定值，安装无功补偿装置后功率因数由cosφ提高到cosφ1，因为P=UIcosφ，负荷电流I与cosφ成反比，又由于P=I2R，线路的有功损失与电流I的平方成正比。当cosφ升高，负荷电流I降低，即电流I降低，线路有功损耗就成倍降低。
3、无功补偿的方式
为了降低无功功率提高功率因数，一般从两方面采取措施：一是提高自然功率因数；二是采用供应无功功率的设备来补偿用电设备所需的无功功率，以提高其功率因数，称为提高功率因数补偿法。补偿方法通常有3种：（1）采用同步电机补偿；（2）采用同步调相机；（3）采用移相电容器补偿。由于移相电容器是一种投资省、见效快、维护方便的无功电源，低压电网常常选用移相电容器来提高功率因数。它包括固定电容器（FC）补偿和自动投切电容器的动态补偿以及两者混合补偿等方式。目前广泛采用的为自动投切电容器的动态补偿方式。
3.1无功补偿的配置原则
从无功功率消耗的基本状况可以看出，各级网络和输配电设备都要消耗一定数量的无功功率，尤以低压配电网所占比重最大。为了最大限度地减少无功功率的传输损耗，提高输配电设备的效率，无功补偿设备的配置应按以下原则合理布局：
（1）总体平衡与局部平衡相结合，以局部为主。
（2）尽可能地实现就地补偿、就地平衡。
（3）分散补偿与集中补偿相结合，以分散为主。
3.2就地补偿的优点
（1）就地补偿基波无功功率，滤除谐波无功功率，降低了补偿点到高压公共连接点的供配电损耗，节能效果明显。
（2）就地补偿可以解决高压补偿不能解决的由于负载冲击引起的低压电网的网压波动问题。
（3）进行就地补偿后，降低了供配电系统的实际输出容量，从而提高了低压变压器的供电能力，保证了设备运行的可靠性。
（4）就地补偿几乎不受背景谐波影响，保证了补偿装置运行的可靠性和设计的准确性。
4、无功补偿的计算
4.1补偿容量的确定
补偿容量计算：现有功率因数为cos<1，要求提高后功率因数为cos<2，则
Qc = Pa v（tgφ1 - tgφ2）=αPca（tgφ1 - tgφ2）
式中：Pc a ――最大有功计算负荷，kW；
α――平均有功负荷系数；
tgφ1、tgφ2 ――补偿前、后均权功率因数角的正切值。
在计算补偿电力电容器的容量和个数时，应考虑到实际运行电压可能与额定电压不同，电容器能补偿的实际容量将低于额定容量，此时需要对额定容量进行修正。
4.2补偿级数的选择
补偿级数（即补偿电容器的分组数量）越多，补偿的精度越高，但随着补偿级数的增加，装置的成本会大幅度提高，而且箱壳的体积也会增大。综合考虑补偿精度、成本、箱体体积等因素，建议采用11级非常容量补偿，前9级为等容量以满足基本补偿，后2级为小容量以提高补偿精度。
5、增设无功补偿装置后的经济效益
线损是电流在输变电设备和线路中流动产生的，因而它由线路损耗和变压器损耗两部分组成。按損耗的变化情况可划分为可变损耗和固定损耗。前者指当电流通过导体和变压器所产生的损耗，包括变压器的铜损和电力线路上的铜损，它与负荷率、电网电压等因素有关，约占电网总损耗的80%～85%。后者指只要接通电源电力网就存在的损耗，包括变压器的铁损，电缆线路、电容器及其他电器上的介质损耗及各种计量仪表、互感器线圈上的铁损，它与电网运行电压和频率有关，占总损耗15%～20%。
我国与发达国家相比，线损较大。发达国家的线损约为2%～3%，而我国在2006年的线损统计为7.1%，所以线损的解决显得越来越重要。
6、结束语
以上探讨了无功补偿技术对低压电力系统的影响以及提高功率因数所带来的经济效益，介绍了影响功率因数的主要因素和提高功率因数的方法，讨论了如何确定无功功率的补偿容量和补偿方式，确保补偿技术经济、合理、安全可靠，以达到节约电能的目的，对用电企业无功补偿能够起到一定的指导作用。
参考文献
[1]王兆安等编著.谐波抑制和无功功率补偿 第2版[M]北京：机械工业出版社（2005.10）.
[2]卿启云.《钢铁企业电力设计手册》[M].北京：冶金工业出版社（1996.1）.
（作者单位：江苏省靖江市三新供电服务有限公司马桥供电所）