前言 《
國(guó)家電網(wǎng)公司農(nóng)網(wǎng)“十一五電壓質(zhì)量和無(wú)功電力規(guī)劃綱要》提出，綱要指導(dǎo)思想為：以公司“新農(nóng)村、新電力、新服務(wù)農(nóng)電發(fā)展戰(zhàn)略為指導(dǎo)，以安全、質(zhì)量、效益為核心，堅(jiān)持科技進(jìn)步，全面提高農(nóng)網(wǎng)電壓無(wú)功綜合管理水平，持續(xù)改善供電質(zhì)量，降低電能損耗，為社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)提供優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)、可靠的電力供應(yīng)。切實(shí)達(dá)到《國(guó)家電網(wǎng)公司電力系統(tǒng)電壓質(zhì)量和無(wú)功電力管理規(guī)定》的“
無(wú)功補(bǔ)償配制應(yīng)按照分散就地補(bǔ)償與
變電站集中補(bǔ)償相結(jié)合，以分散為主;
高壓補(bǔ)償與低壓補(bǔ)償相結(jié)合，以低壓為主;調(diào)壓與降損相結(jié)合，以降損為主”的要求。
無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑碓诮涣麟娐分?，由電源供給負(fù)載的電
功率有兩種;一種是
有功功率，一種是
無(wú)功功率。有功功率是保持用電設(shè)備正常運(yùn)行所需的電功率，是將電能轉(zhuǎn)換為其他形式能量(機(jī)械能、光能、熱能)的電功率。
無(wú)功功率比較抽象，它是電路內(nèi)電場(chǎng)與磁場(chǎng)的交換，在
電氣設(shè)備中建立和維持磁場(chǎng)的電功率。它不對(duì)外作功，而是轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?。凡是有電磁線圈的電氣設(shè)備，要建立磁場(chǎng)，就要消耗無(wú)功功率。
無(wú)功功率決不是無(wú)用功率，它的用處很大。電動(dòng)機(jī)需要建立和維持旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)就是靠從電源取得無(wú)功功率建立的。
變壓器也同樣需要無(wú)功功率，才能使變壓器的一次線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，在二次線圈感應(yīng)出電壓。因此，沒(méi)有無(wú)功功率，電動(dòng)機(jī)就不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，變壓器也不能變壓，交流接觸器不會(huì)吸合。
(打個(gè)比方，農(nóng)村修水利需要開(kāi)挖土方運(yùn)土，運(yùn)土?xí)r用竹筐裝滿土，挑走的土好比是有功功率，挑空竹筐就好比是無(wú)功功率，竹筐并不是沒(méi)用，沒(méi)有竹筐泥土怎么能運(yùn)到堤上?)
在正常情況下，用電設(shè)備不但要從電源取得有功功率，同時(shí)還需要從電源取得無(wú)功功率。如果電網(wǎng)中的無(wú)功功率供不應(yīng)求，用電設(shè)備就沒(méi)有足夠的無(wú)功功率來(lái)建立正常的電磁場(chǎng)，這些用電設(shè)備就不能維持在額定情況下工作，用電設(shè)備的端電壓就要下降，從而影響用電設(shè)備的正常運(yùn)行。
但是從發(fā)電機(jī)和高壓輸電線供給的無(wú)功功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了負(fù)荷的需要，所以在電網(wǎng)中要設(shè)置一些
無(wú)功補(bǔ)償裝置來(lái)補(bǔ)充無(wú)功功率，以保證用戶對(duì)無(wú)功功率的需要，這樣用電設(shè)備才能在額定電壓下工作。
無(wú)功補(bǔ)償是把具有容性功率負(fù)荷的裝置與感性功率負(fù)荷并聯(lián)接在同一電路，能量在兩種負(fù)荷之間相互交換。這樣，感性負(fù)荷所需要的無(wú)功功率可由容性負(fù)荷輸出的
無(wú)功功率補(bǔ)償。
采用無(wú)功補(bǔ)償可以收到以下效果：
1) 根據(jù)用電設(shè)備的
功率因數(shù)，可測(cè)算輸電線路的電能損失。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)
技術(shù)改造，可使低于標(biāo)準(zhǔn)要求的功率因數(shù)達(dá)標(biāo)，實(shí)現(xiàn)節(jié)電目的。
2) 采用無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)，提高低壓電網(wǎng)和用電設(shè)備的功率因數(shù)，已成為節(jié)電工作的一項(xiàng)重要措施。
3) 無(wú)功補(bǔ)償，它就是借助于
無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備提供必要的無(wú)功功率，以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低能耗，改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量，穩(wěn)定設(shè)備運(yùn)行。
4) 減少電力損失，一般工廠動(dòng)力配線依據(jù)不同的線路及負(fù)載情況，其電力損耗約2%--3%左右，使用電容提高功率因數(shù)后，總電流降低，可降低供電端與用電端的電力損失。
5) 改善供電品質(zhì)，提高功率因數(shù)，減少負(fù)載總電流及電壓降。于變壓器二次側(cè)加裝電容可改善功率因數(shù)提高二次側(cè)電壓。
6) 延長(zhǎng)設(shè)備壽命。 改善功率因數(shù)后線路總電流減少，使接近或已經(jīng)飽和的變壓器、開(kāi)關(guān)等機(jī)器設(shè)備和線路容量負(fù)荷降低，因此可以降低溫升增加壽命(溫度每降低10°C，壽命可延長(zhǎng)1倍)
7) 最終滿足電力系統(tǒng)對(duì)無(wú)功補(bǔ)償?shù)谋O(jiān)測(cè)要求，消除因?yàn)楣β室驍?shù)過(guò)低而產(chǎn)生的罰款。
8) 無(wú)功補(bǔ)償可以改善電能質(zhì)量、降低電能損耗、挖掘發(fā)供電設(shè)備潛力、無(wú)功補(bǔ)償減少用戶電費(fèi)支出，是一項(xiàng)投資少，收效快的節(jié)能措施。
9) 無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)對(duì)用電單位的低壓
配電網(wǎng)的影響以及提高功率因數(shù)所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，確定無(wú)功功率的補(bǔ)償容量，確保補(bǔ)償技術(shù)經(jīng)濟(jì)、合理、安全可靠，達(dá)到節(jié)約電能的目的
無(wú)功補(bǔ)償?shù)暮侠砼渲迷瓌t 從電力網(wǎng)無(wú)功功率消耗的基本狀況可以看出，各級(jí)網(wǎng)絡(luò)和輸配電設(shè)備都要消耗一定數(shù)量的無(wú)功功率，尤以低壓配電網(wǎng)所占比重最大。為了最大限度地減少無(wú)功功率的傳輸損耗，提
高輸配電設(shè)備的效率，無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的配置，應(yīng)按照“分級(jí)補(bǔ)償，就地平衡”的原則，合理布局。
1) 總體平衡與局部平衡相結(jié)合，以局部為主。
2) 電力部門補(bǔ)償與用戶補(bǔ)償相結(jié)合。
在配電網(wǎng)絡(luò)中，用戶消耗的無(wú)功功率占50%～60%，其余的無(wú)功功率消耗在配電網(wǎng)中。為了減少無(wú)功功率在網(wǎng)絡(luò)中的輸送，要盡可能地實(shí)現(xiàn)就地補(bǔ)償，就地平衡，所以必須由電力部門和用戶共同進(jìn)行補(bǔ)償。
3) 分散補(bǔ)償與集中補(bǔ)償相結(jié)合，以分散為主。
集中補(bǔ)償，是在變電所集中裝設(shè)較大容量的補(bǔ)償電容器。分散補(bǔ)償，指在配電網(wǎng)絡(luò)中分散的負(fù)荷區(qū)，如配電線路，配電變壓器和用戶的用電設(shè)備等進(jìn)行的無(wú)功補(bǔ)償。集中補(bǔ)償，主要是補(bǔ)償主變壓器本身的無(wú)功損耗，以及減少變電所以上輸電線路的無(wú)功電力，從而降低供電網(wǎng)絡(luò)的無(wú)功損耗。但不能降低配電網(wǎng)絡(luò)的無(wú)功損耗。因?yàn)橛脩粜枰臒o(wú)功通過(guò)變電所以下的配電線路向負(fù)荷端輸送。所以為了有效地降低線損，必須做到無(wú)功功率在哪里發(fā)生，就應(yīng)在哪里補(bǔ)償。所以，中、低壓配電網(wǎng)應(yīng)以分散補(bǔ)償為主。
4) 功補(bǔ)償?shù)脑瓌t。
提高用電單位的自然功率因數(shù),應(yīng)該遵循：全面規(guī)劃,合理布局,分級(jí)補(bǔ)償,就地平衡;集中補(bǔ)償與分散補(bǔ)償相結(jié)合,以分散補(bǔ)償主;高壓補(bǔ)償與低壓補(bǔ)償相結(jié)合,以低壓補(bǔ)償為主;調(diào)壓與降損相結(jié)合，以降損為主的原則.
影響功率因數(shù)的主要因素功率因數(shù)的產(chǎn)生主要是因?yàn)榻涣饔秒娫O(shè)備在其工作過(guò)程中，除消耗有功功率外，還需要無(wú)功功率。當(dāng)有功功率P一定時(shí)，如減少無(wú)功功率Q，則功率因數(shù)便能夠提高。在極端情況下，當(dāng)Q=0時(shí)，則其力率=1。因此提高功率因數(shù)問(wèn)題的實(shí)質(zhì)就是減少用電設(shè)備的無(wú)功功率需要量。
1. 異步電動(dòng)機(jī)和電力變壓器是耗用無(wú)功功率的主要設(shè)備
異步電動(dòng)機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子間的氣隙是決定異步電動(dòng)機(jī)需要較多無(wú)功的主要因素。而異步電動(dòng)機(jī)所耗用的無(wú)功功率是由其空載時(shí)的無(wú)功功率和一定負(fù)載下無(wú)功功率增加值兩部分所組成。所以要改善異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)就要防止電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行并盡可能提高負(fù)載率。變壓器消耗無(wú)功的主要成份是它的空載無(wú)功功率，它和負(fù)載率的大小無(wú)關(guān)。因而，為了改善電力系統(tǒng)和企業(yè)的功率因數(shù)，變壓器不應(yīng)空載運(yùn)行或長(zhǎng)其處于低負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)。
2. 供電電壓超出規(guī)定范圍也會(huì)對(duì)功率因數(shù)造成很大的影響
當(dāng)供電電壓高于額定值的10%時(shí)，由于磁路飽和的影響，無(wú)功功率將增長(zhǎng)得很快，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，當(dāng)供電電壓為額定值的110%時(shí)，一般工廠的無(wú)功將增加35%左右。當(dāng)供電電壓低于額定值時(shí)，無(wú)功功率也相應(yīng)減少而使它們的功率因數(shù)有所提高。但供電電壓降低會(huì)影響電氣設(shè)備的正常工作。所以，應(yīng)當(dāng)采取措施使電力系統(tǒng)的供電電壓盡可能保持穩(wěn)定。
3. 電網(wǎng)頻率的波動(dòng)也會(huì)對(duì)異步電機(jī)和變壓器的磁化無(wú)功功率造成一定的影響
4. 以上影響電力系統(tǒng)功率因數(shù)的一些主要因素，因此必須要尋求一些行之有效的、能夠使低壓電力網(wǎng)功率因數(shù)提高的一些
實(shí)用方法，使低壓網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)功的就地平衡，達(dá)到降損節(jié)能的效果。
低壓配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆椒?提高功率因數(shù)的主要方法是采用
低壓無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)，我們通常采用的方法主要有三種：隨機(jī)補(bǔ)償、隨器補(bǔ)償、跟蹤補(bǔ)償。
1. 隨機(jī)補(bǔ)償
隨機(jī)補(bǔ)償就是將低壓電容器組與電動(dòng)機(jī)并接，通過(guò)控制、保護(hù)裝置與電機(jī)，同時(shí)投切。隨機(jī)補(bǔ)償適用于補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)的無(wú)功消耗，以補(bǔ)勵(lì)磁無(wú)功為主，此種方式可較好地限制用電單位無(wú)功負(fù)荷。
隨機(jī)補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)：用電設(shè)備運(yùn)行時(shí)，無(wú)功補(bǔ)償投入，用電設(shè)備停運(yùn)時(shí)，補(bǔ)償設(shè)備也退出，而且不需頻繁調(diào)整補(bǔ)償容量。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活，維護(hù)簡(jiǎn)單、事故率低等。
2. 隨器補(bǔ)償
隨器補(bǔ)償是指將低壓電容器通過(guò)低壓保險(xiǎn)接在配電變壓器二次側(cè)，以補(bǔ)償配電變壓器空載無(wú)功的補(bǔ)償方式。配變?cè)谳p載或空載時(shí)的無(wú)功負(fù)荷主要是變壓器的空載勵(lì)磁無(wú)功，配變空載無(wú)功是用電單位無(wú)功負(fù)荷的主要部分，對(duì)于輕負(fù)載的配變而言，這部分損耗占供電量的比例很大，從而導(dǎo)致電費(fèi)單價(jià)的增加。
隨器補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)：接線簡(jiǎn)單、維護(hù)管理方便、能有效地補(bǔ)償配變空載無(wú)功，限制農(nóng)網(wǎng)無(wú)功基荷，使該部分無(wú)功就地平衡，從而提高配變利用率，降低無(wú)功網(wǎng)損，具有較高的經(jīng)濟(jì)性，是目前補(bǔ)償無(wú)功最有效的手段之一。
3. 跟蹤補(bǔ)償
跟蹤補(bǔ)償是指以無(wú)功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，將低壓電容器組補(bǔ)償在大用戶0.4kv母線上的補(bǔ)償方式。適用于100kVA以上的專用配變用戶，可以替代隨機(jī)、隨器兩種補(bǔ)償方式，補(bǔ)償效果好。
跟蹤補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是運(yùn)行方式靈活，運(yùn)行維護(hù)工作量小，比前兩種補(bǔ)償方式壽命相對(duì)延長(zhǎng)、運(yùn)行更可靠。應(yīng)優(yōu)先選用跟蹤補(bǔ)償方式。
高壓配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償
1. 為提高10kV配電線路的供電可靠性和供電可靠率，使電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、安全、經(jīng)濟(jì)。通過(guò)城、農(nóng)網(wǎng)的建設(shè)與改造工作，對(duì)10kV配電線路加裝無(wú)功補(bǔ)償裝置系統(tǒng)，能使配電網(wǎng)供電能力和客戶端電壓質(zhì)量明顯改善、供電可靠性顯著提高。
2. 國(guó)家電力公司下發(fā)關(guān)于電力行業(yè)創(chuàng)一流的文件中，要求10kV功率因數(shù)不小于0.9，線損不大于5%，及電壓質(zhì)量和無(wú)功補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)行管理等內(nèi)容，其主要解決的問(wèn)題關(guān)鍵之一，是在10kV線路中投入一定的電容器，采用固定或自動(dòng)相結(jié)合的投入方式實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償。如果在一條供電線路中投入固定的電容器組，一般是按線路低負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算，而自動(dòng)補(bǔ)償量是在線路滿負(fù)荷時(shí)計(jì)算出來(lái)的值，一條線路有固定和自動(dòng)補(bǔ)償兩種方式相互配合，即可達(dá)到理想的效果。
3. 無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑瓌t是就地平衡，根據(jù)農(nóng)網(wǎng)配電線路的實(shí)際情況比較復(fù)雜，不可能是統(tǒng)一模式，所以要采用分散和集中、固定和自動(dòng)相結(jié)合的方法，分三步進(jìn)行：一是變電所內(nèi)按主變壓器容量的15%左右安裝固定補(bǔ)償電容器組。二是在線路負(fù)荷中心或某處按低負(fù)荷時(shí)的無(wú)功需求量安裝固定補(bǔ)償電容器組。三是在線路負(fù)荷中心的上側(cè)安裝自動(dòng)補(bǔ)償電容器組。
4. 對(duì)于農(nóng)網(wǎng)主要使用的10 kV配網(wǎng)系統(tǒng)，完整的無(wú)功補(bǔ)償應(yīng)該包括變電站集中補(bǔ)償、10 kV線路補(bǔ)償和用戶端低壓補(bǔ)償，再加上隨機(jī)補(bǔ)償，即“3級(jí)補(bǔ)償+隨機(jī)補(bǔ)償”(“3+1”模式)。
經(jīng)驗(yàn)估算：當(dāng)COSφ約在0.6~0.7時(shí)，可按饋路實(shí)際負(fù)荷的15%左右補(bǔ)償;或按無(wú)功缺口的2/3補(bǔ)償。
5. 考慮到兼顧降低線損、提高力率與電壓的效果，線路補(bǔ)償原則是通過(guò)在線路電桿上安裝電容器實(shí)行單點(diǎn)或多點(diǎn)電容器補(bǔ)償，單點(diǎn)補(bǔ)償?shù)攸c(diǎn)選在離線路首端2/3處，補(bǔ)償?shù)娜萘繎?yīng)為無(wú)功負(fù)荷的2/3;兩點(diǎn)補(bǔ)償分別裝設(shè)在距首端2/5和4/5處;若線路較長(zhǎng)，負(fù)荷較大，實(shí)施固定補(bǔ)償與自動(dòng)補(bǔ)償相結(jié)合、在線路上三點(diǎn)進(jìn)行分散補(bǔ)償：第一組裝設(shè)在該線路2/7處為固定補(bǔ)償;第二組為自動(dòng)補(bǔ)償，裝設(shè)在該線路的4/7處，也是負(fù)荷較為集中地段;第三組為固定補(bǔ)償，裝設(shè)在該線路的6/7處;多點(diǎn)補(bǔ)償是采用分支線分段補(bǔ)償方式，對(duì)分支較大或線路較長(zhǎng)負(fù)載自然功率因數(shù)低的線路進(jìn)行補(bǔ)償。根據(jù)農(nóng)村實(shí)際狀況，農(nóng)網(wǎng)線路補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償點(diǎn)不宜過(guò)多;控制方式應(yīng)從簡(jiǎn);保護(hù)方式可采用熔斷器和避雷器作為過(guò)電流和過(guò)電壓簡(jiǎn)單保護(hù)。
6. 確定某一條配電線路的補(bǔ)償容量，應(yīng)根據(jù)該線路的平均無(wú)功負(fù)荷和最小無(wú)功負(fù)荷計(jì)算，當(dāng)線路的最小無(wú)功負(fù)荷小于平均無(wú)功負(fù)荷的2/3時(shí)，考慮到無(wú)功不應(yīng)倒送，可安裝固定的補(bǔ)償裝置，但應(yīng)按最小無(wú)功負(fù)荷確定補(bǔ)償容量。當(dāng)線路中有較大無(wú)功負(fù)荷點(diǎn)時(shí)，除應(yīng)考慮與線路始端的距離外，也應(yīng)考慮大的無(wú)功負(fù)荷點(diǎn)。實(shí)際裝設(shè)補(bǔ)償裝置每組以100～200 kvar為宜。
無(wú)功功率補(bǔ)償容量的選擇方法 無(wú)功補(bǔ)償容量以提高功率因數(shù)為主要目的時(shí)，補(bǔ)償容量的選擇分兩大類討論，即單負(fù)荷就地補(bǔ)償容量的選擇(主要指電動(dòng)機(jī))和多負(fù)荷補(bǔ)償容量的選擇(指集中和局部分組補(bǔ)償)。
1. 單負(fù)荷就地補(bǔ)償容量的選擇的幾種方法：
1) 美國(guó)資料推薦：Qc=(1/3)Pe [額定容量的1/3]
2) 日本方法：從電氣計(jì)算日文雜志中查到：1/4~1/2容量計(jì)算
3) 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法：由于電機(jī)極數(shù)不同，按極數(shù)大小確定經(jīng)驗(yàn)系數(shù)選擇容量 比較接近實(shí)際需要的電容器，采用這種方法一般在70%負(fù)荷時(shí)，補(bǔ)后功率因數(shù)可在0.95～0.97 之間 。
經(jīng)驗(yàn)系數(shù)表：
電機(jī)類型 一般電機(jī) 起重電機(jī) 冶金電機(jī)
極數(shù) 2 4 6 8 10 8 10
補(bǔ)償容量(kvar/kw) 0.2 0.2～0.25 0.25～0.3 0.35～0.4 0.5 0.6 0.75
電機(jī)容量大時(shí)選下限，小時(shí)選上限 ;電壓高時(shí)選下限，小時(shí)選上限。
4) Qc=P[ - ]
實(shí)際測(cè)試比較準(zhǔn)確方法此法適用于任何一般感性負(fù)荷需要精確補(bǔ)償?shù)木偷匮a(bǔ)償容量的計(jì)算。
5) 如果測(cè)試比較麻煩，可以按下式
Qc≤ UeIo×10-3 (kvar)
Io-空載電流=2Ie(1-COSφe ) 瑞典電氣公司推薦公式
6) 按電動(dòng)機(jī)額定數(shù)據(jù)計(jì)算：
Q= k(1- cos2φe )3UeIe×10-3 (kvar)
K為與電動(dòng)機(jī)極數(shù)有關(guān)的一個(gè)系數(shù)
極數(shù)： 2 4 6 8 10
K值： 0.7 0.8 0.85 0.9
2. 多負(fù)荷補(bǔ)償容量的選擇：
1) 對(duì)已生產(chǎn)企業(yè)欲提高功率因數(shù)，其補(bǔ)償容量Qc按下式選擇：
Qc=KmKj(tgφ1-tgφ2)/Tm
式中：Km為最大負(fù)荷月時(shí)有功功率消耗量，由有功電能表讀得;Kj為補(bǔ)償容量計(jì)算系數(shù)，可取0.8～0.9;Tm為企業(yè)的月工作小時(shí)數(shù);tgφ1、tgφ2意義同前，tgφ1由有功和無(wú)功電能表讀數(shù)求得。
2) 對(duì)處于設(shè)計(jì)階段的企業(yè)，無(wú)功補(bǔ)償容量Qc按下式選擇：
Qc=KnPn(tgφ1-tgφ2)
式中Kn為年平均有功負(fù)荷系數(shù)，一般取0.7～0.75;Pn為企業(yè)有功功率之和;tgφ1、tgφ2意義同前。tgφ1根據(jù)企業(yè)負(fù)荷性質(zhì)查手冊(cè)近似取值，也可用加權(quán)平均功率因數(shù)求得cosφ1。
多負(fù)荷的集中補(bǔ)償電容器安裝簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠、利用率較高。因此這種方法選擇的容量，對(duì)于低壓來(lái)說(shuō)最好采用電容器組動(dòng)態(tài)控制補(bǔ)償，即根據(jù)負(fù)荷大小動(dòng)態(tài)投入無(wú)功補(bǔ)償容量的多少。
無(wú)功補(bǔ)償?shù)男б?在現(xiàn)代用電企業(yè)中，在數(shù)量眾多、容量大小不等的感性設(shè)備連接于電力系統(tǒng)中，以致電網(wǎng)傳輸功率除有功功率外，還需無(wú)功功率。如自然平均功率因數(shù)在0.70～0.85之間。企業(yè)消耗電網(wǎng)的無(wú)功功率約占消耗有功功率的60%～90%,如果把功率因數(shù)提高到0.95左右，則無(wú)功消耗只占有功消耗的30%左右。由于減少了電網(wǎng)無(wú)功功率的輸入，會(huì)給用電企業(yè)帶來(lái)效益。
1. 節(jié)省企業(yè)電費(fèi)開(kāi)支。提高功率因數(shù)對(duì)企業(yè)的直接經(jīng)濟(jì)效益是明顯的，因?yàn)閲?guó)家電價(jià)制度中，從合理利用有限電能出發(fā)，對(duì)不同企業(yè)的功率因數(shù)規(guī)定了要求達(dá)到的不同數(shù)值，低于規(guī)定的數(shù)值，需要多收電費(fèi)，高于規(guī)定數(shù)值，可相應(yīng)地減少電費(fèi)?？梢?jiàn)，提高功率因數(shù)對(duì)企業(yè)有著重要的經(jīng)濟(jì)意義。
2. 提高設(shè)備的利用率。對(duì)于原有供電設(shè)備來(lái)講，在同樣有功功率下，因功率因數(shù)的提高，負(fù)荷電流減少，因此向負(fù)荷傳送功率所經(jīng)過(guò)的變壓器、開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線等供配電設(shè)備都增加了功率儲(chǔ)備，從而滿足了負(fù)荷增長(zhǎng)的需要;如果原網(wǎng)絡(luò)已趨于過(guò)載，由于功率因數(shù)的提高，輸送無(wú)功電流的減少，使系統(tǒng)不致于過(guò)載運(yùn)行，從而發(fā)揮原有設(shè)備的潛力;對(duì)尚處于設(shè)計(jì)階段的新建企業(yè)來(lái)說(shuō)則能降低設(shè)備容量，減少投資費(fèi)用，在一定條件下，改善后的功率因數(shù)可以使所選變壓器容量降低。因此，使用無(wú)功補(bǔ)償不但減少初次投資費(fèi)用，而且減少了運(yùn)行后的基本電費(fèi)。
3. 降低系統(tǒng)的能耗。補(bǔ)償前后線路傳送的有功功率不變，P= UICOSφ，由于COSφ提高，補(bǔ)償后的電壓U2稍大于補(bǔ)償前電壓U1,為分析問(wèn)題方便，可認(rèn)為U2≈U1從而導(dǎo)出I1COSφ1=I2COSφ2。
即:I1/I2= COSφ2/ COSφ1,這樣線損 P減少的百分?jǐn)?shù)為：
ΔP%= (1-I22/I12)×100%=(1- COS2φ1/ COS2φ2) × 100%
當(dāng)功率因數(shù)從0.70～0.85提高到0.95時(shí)，由(2)式可求得有功損耗將降低20%～45%。
4. 改善電壓質(zhì)量。以線路末端只有一個(gè)集中負(fù)荷為例，假設(shè)線路電阻和電抗為R、X,有功和無(wú)功為P、Q,則電壓損失ΔU為：
△U=(PR+QX)/Ue×10-3(kV) 兩部分損失：PR/ Ue→輸送有功負(fù)荷P產(chǎn)生的;QX/Ue→輸送無(wú)功負(fù)荷Q產(chǎn)生的;
配電線路：X=(2～4)R，△U大部分為輸送無(wú)功負(fù)荷Q產(chǎn)生的
變壓器：X=(5～10)R，QX/Ue=(5～10) PR/ Ue 變壓器△U幾乎全為輸送無(wú)功負(fù)荷Q產(chǎn)生的。可以看出，若減少無(wú)功功率Q,則有利于線路末端電壓的穩(wěn)定，有利于大電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。因此，無(wú)功補(bǔ)償能改善電壓質(zhì)量(一般電壓穩(wěn)定不宜超過(guò)3%)。對(duì)于無(wú)功補(bǔ)償應(yīng)用的主要目的是改善功率因數(shù)，減少線損，穩(wěn)定電壓。
5. 三相異步電動(dòng)機(jī)通過(guò)就地補(bǔ)償后，由于電流的下降，功率因數(shù)的提高，從而增加了變壓器的容量，計(jì)算公式如下：
△S=P/ COSφ1×[( COSφ 2/ COSφ1)-1]
如一臺(tái)額定功率為155kW水泵的電機(jī)，補(bǔ)前功率因數(shù)為0.857，補(bǔ)償后功率因數(shù)為0.967，根據(jù)上面公式計(jì)算其增容量為：
(155÷0.857) ×[(0.967 ÷0.857)-1]=24kVA
例1：某供電企業(yè)給某淀粉廠加裝470 kvar低壓
動(dòng)態(tài)補(bǔ)償電容柜，設(shè)定補(bǔ)償限值cosφ為0.95，小于限值則動(dòng)態(tài)順序投入電容器組。如功率因數(shù)超前，向線路反送無(wú)功功率，則開(kāi)始順序切除電容器，使功率因數(shù)在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的區(qū)域保持動(dòng)態(tài)平衡。試機(jī)時(shí)一次電流1050A，cosφ = 0.7，裝置動(dòng)態(tài)投入400kvar后，功率因數(shù)接近到1，一次電流變?yōu)?50A，電流是補(bǔ)償前的電流的70%，即減少線路電流30%左右。
表1列出了補(bǔ)償前后參數(shù)的變化：
表 1 補(bǔ)償前后參數(shù)的變化
表 1 補(bǔ)償前后參數(shù)的變化
功率因數(shù)
負(fù)荷電流/A
計(jì)算值/A
有功電流
無(wú)功電流
補(bǔ)償前0.7
1050
735
746
補(bǔ)償后1.0
750
735
0
注：按現(xiàn)場(chǎng)控制盤儀表指示
例2：某供電企業(yè)給某造紙廠加裝500 kvar低壓
動(dòng)態(tài)補(bǔ)償柜，補(bǔ)償前功率因數(shù)≤0.75，線路電流1300 A，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)焦β室驍?shù)為0.96后一次電流是1000 A，直觀減少線路電流25%左右。
根據(jù)電路原理，線路的損耗與負(fù)荷電流的平方成正比，線路電流大則損耗大，線路電流減小則線損減少，例1中，補(bǔ)償前電流為I，補(bǔ)償后電流大約為0.7×I，根據(jù)DP = 3I2R，所以補(bǔ)償后的線路損耗為補(bǔ)償前線路損耗值的49 %，線路損耗降低了大約51%左右。例2中線路補(bǔ)償后電流大約是補(bǔ)償前電流的0.77，所以補(bǔ)償后的線路損耗大概是補(bǔ)償前線路損耗的59%。
推算出補(bǔ)償前后功率因數(shù)的變化與線路損耗變化的關(guān)系：
表 2 補(bǔ)償前后線路損耗之比
表 2 補(bǔ)償前后線路損耗之比
補(bǔ)償前功率因數(shù)
補(bǔ)償后功率因數(shù)
0．85
0．90
0．95
1．00
0．85
1
0．80
0．80
0．72
0．80
0．88
0．79
0．70
0．64
0．75
0．78
0．69
0．63
0．56
0．70
0．68
0．60
0．54
0．49
按表2所示：例1功率因數(shù)從0.7提高到1，補(bǔ)償后的線路損耗為補(bǔ)償前線路損耗的49%;線路功率因數(shù)從0.75提高到0.95后，線路損耗為補(bǔ)償前的63%，降低線損效果明顯。
例3： 某市能源監(jiān)測(cè)中心于2006年4月24、29、30日對(duì)某氨綸股份有限公司B區(qū)制冷機(jī)、
空壓機(jī)電機(jī)進(jìn)行了電機(jī)補(bǔ)償裝置的安裝調(diào)試，從安裝后測(cè)試結(jié)果看，平均降低電流22-51(A)，電機(jī)功率因數(shù)提高到0.98，(見(jiàn)測(cè)試結(jié)果對(duì)比表)，減少了公司內(nèi)部低壓電網(wǎng)的消耗，從而達(dá)到了節(jié)電的目的。
測(cè)試結(jié)果對(duì)比表：
設(shè)備名稱
設(shè)備容量（kW）
補(bǔ)前功率因數(shù)COSφ1
補(bǔ)后功率因數(shù)COSφ2
電流下降△（A）
制冷壓縮機(jī)LM1-110M、B4
110
0.84
0.98
22
制冷壓縮機(jī)LM1-200M、B2
220
0.89
0.98
41
制冷壓縮機(jī)LM1-250MA1C1
250
0.86
0.98
51
制冷壓縮機(jī)2DLGS-K2、D2
250
0.89
0.986
49
制冷壓縮機(jī)2DLGS-K2、D5
250
0.89
0.98
48
空氣壓縮機(jī)20S-200A、D1
150
0.87
0.98
38
空氣壓縮機(jī)20S-200A、D2
150
0.86
0.978
36
空氣壓縮機(jī)20S-200A、D3
150
0.87
0.982
40
空氣壓縮機(jī)60A-160、B1
160
0.88
0.98
46
空氣壓縮機(jī)60A-160、B2
160
0.89
0.973
48
由于電流減少，變壓器的銅損及公司內(nèi)部的低壓損耗都降低。
配電系統(tǒng)電流下降率△I%=(1-0.87/0.98)×100%=11%;
配電系統(tǒng)損耗下降率 △P%=(1-0.872/0.982)×100%=11.2%
該公司B區(qū)制冷機(jī)、空壓機(jī)電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償?shù)目側(cè)萘繛?80千乏，電流平均總下降518(A),依據(jù)GB/T12497-1997中計(jì)算公式，安裝電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償裝置后，年可節(jié)電量=補(bǔ)償容量×無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量×年運(yùn)行時(shí)間=780×0.04×24×300=224640kWh，節(jié)約價(jià)值11.2萬(wàn)元，補(bǔ)償投資費(fèi)用(包括設(shè)備的購(gòu)置、安裝及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試)為：6.24萬(wàn)元。(80元/千乏)
用戶低壓端無(wú)功補(bǔ)償裝置一般按照用戶無(wú)功負(fù)荷的變化動(dòng)態(tài)投切補(bǔ)償電容器，達(dá)到動(dòng)態(tài)控制的目的，可以做到不向高壓線路反送無(wú)功電能。在配電網(wǎng)中，若各用戶低壓側(cè)配置了足夠的無(wú)功補(bǔ)償裝置，則可使配電線路中的無(wú)功電流最小，也使配電線路的有功功率損耗最小，這是最理想的效果。另外，線路中的無(wú)功電流小，也使線路壓降減少，電壓波動(dòng)減少。
智能低壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù) 電力電子技術(shù)、智能控制技術(shù)和信息通信技術(shù)的不斷發(fā)展，帶動(dòng)了許多電力新技術(shù)、新設(shè)備的不斷出現(xiàn)，近年來(lái)隨著城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造的進(jìn)行，
智能無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)在各地低壓配電網(wǎng)的公用配變被廣泛應(yīng)用，它集低壓無(wú)功補(bǔ)償、綜合配電監(jiān)測(cè)、配電臺(tái)區(qū)的線損計(jì)量、電壓合格率的考核、
諧波監(jiān)測(cè)等多種功能于一身;同時(shí)還充分考慮了與配電動(dòng)態(tài)化系統(tǒng)的結(jié)合。
一、傳統(tǒng)的低壓無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的狀況:
1. 采集單一信號(hào)，采用三相電容器，三相共補(bǔ)
這種補(bǔ)償方式適用于負(fù)荷主要是三相負(fù)載(電動(dòng)機(jī))的場(chǎng)合，但如果當(dāng)前的負(fù)載主要為居民用戶，三相負(fù)荷很可能不平衡。那么各相無(wú)功需量也不同，采用這種補(bǔ)償方式會(huì)在不同程度上出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)或欠補(bǔ)。
2. 投切開(kāi)關(guān)多采用交流接觸器
其響應(yīng)速度較慢，在投切過(guò)程中會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊涌流，使用壽命短。
3. 無(wú)功控制策略
控制物理量多為功率因數(shù)，投切方式為：循環(huán)投切。此策略沒(méi)有考慮電壓的平衡關(guān)系與區(qū)域的無(wú)功優(yōu)化。
4. 通常不具備配電監(jiān)測(cè)功能
二、智能動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備狀況:
1. 補(bǔ)償方式
1) 固定補(bǔ)償與動(dòng)態(tài)補(bǔ)償相結(jié)合
隨著社會(huì)的發(fā)展，負(fù)載類型越來(lái)越復(fù)雜，電網(wǎng)對(duì)無(wú)功要求也越來(lái)越高，因此單純的固定補(bǔ)償已經(jīng)不能滿足要求，新的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)能較好地適應(yīng)負(fù)載變化。
2) 三相共補(bǔ)與分相補(bǔ)償相結(jié)合
新的設(shè)備尤其是大量的電力電子、照明等家居設(shè)備，都是單相供電，電網(wǎng)中三相不平衡的情況越來(lái)越多，三相共補(bǔ)同投同切已無(wú)法解決三相不平衡的問(wèn)題，而全部采用單相補(bǔ)償則投資較大。因此根據(jù)負(fù)載情況充分考慮經(jīng)濟(jì)性的共分結(jié)合方式在新的經(jīng)濟(jì)條件下日益廣泛應(yīng)用。
3) 穩(wěn)態(tài)補(bǔ)償與快速跟蹤補(bǔ)償相結(jié)合
穩(wěn)態(tài)補(bǔ)償與快速跟蹤補(bǔ)償相結(jié)合的補(bǔ)償方式是未來(lái)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。主要是針對(duì)大型的鋼鐵冶金等企業(yè)，工藝復(fù)雜、用電量大、負(fù)載變化快、波動(dòng)大，充分有效地進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，不僅可以提高功率因數(shù)、降損節(jié)能，而且可以充分挖掘設(shè)備的工作容量，充分發(fā)揮設(shè)備能力，提高工作效率，提高產(chǎn)量和質(zhì)量，經(jīng)濟(jì)效益大。
, 2. 采用先進(jìn)的投切開(kāi)關(guān)
目前采用的投切開(kāi)關(guān)主要有以下幾種。
1) 過(guò)零觸發(fā)
可控硅投切開(kāi)關(guān)
其特點(diǎn)是動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，在投切過(guò)程中對(duì)電網(wǎng)無(wú)沖擊、無(wú)涌流，壽命較長(zhǎng)，目前運(yùn)用比較普遍。
2) 機(jī)電一體化智能復(fù)合開(kāi)關(guān)
該開(kāi)關(guān)由交流接觸器和可控硅并聯(lián)運(yùn)行，綜合兩種開(kāi)關(guān)的優(yōu)點(diǎn)，既實(shí)現(xiàn)了快速投切，又降低了功耗。
3. 采用智能型無(wú)功控制策略
采集三相電壓、電流信號(hào)，跟蹤系統(tǒng)中無(wú)功的變化，以無(wú)功功率為控制物理量，以用戶設(shè)定的功率因數(shù)為投切參考限量，依據(jù)模糊控制理論智能選擇電容器組合，智能投切是針對(duì)星—角結(jié)合情況。電容投切控制采用智能控制理論，動(dòng)態(tài)及時(shí)地投切
電容補(bǔ)償，補(bǔ)償無(wú)功功率容量。根據(jù)配電系統(tǒng)三相中每一相無(wú)功功率的大小智能選擇電容器組合，依據(jù)“取平補(bǔ)齊”的原則投入電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)電容器投切的智能控制，使補(bǔ)償精度高。
1) 科學(xué)的電壓限制條件
可設(shè)定的過(guò)、欠壓保護(hù)值，可設(shè)置諧波電壓保護(hù)，具缺相保護(hù)功能，以無(wú)功功率為投切門限值。
2) 可設(shè)置投切延時(shí)
延時(shí)時(shí)間可調(diào)(既可支持快速跟蹤無(wú)功補(bǔ)償，也可支持穩(wěn)態(tài)補(bǔ)償)，同組電容投切動(dòng)作時(shí)間間隔可設(shè)置，對(duì)快速跟蹤補(bǔ)償可設(shè)置為零。
4. 集成綜合配電監(jiān)測(cè)功能
綜合配電監(jiān)測(cè)功能集配電變壓器電氣參數(shù)測(cè)量、記憶、通信于一體，是一套比較完整的配電運(yùn)行參數(shù)測(cè)量機(jī)構(gòu)，是低壓配電電網(wǎng)中考核單元線損的理想手段。它能隨時(shí)為電網(wǎng)管理人員提供所需要的各類數(shù)據(jù)，是為電網(wǎng)的安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供可靠的管理依據(jù)，是配電電網(wǎng)動(dòng)態(tài)化系統(tǒng)的基本組成部分。主要功能如下：
?實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)配變?nèi)鄶?shù)據(jù)：電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率(2～25次諧波);
?累計(jì)數(shù)據(jù)記錄、整點(diǎn)數(shù)據(jù)記錄和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)記錄功能，累計(jì)計(jì)量有功、無(wú)功電量;
?查詢統(tǒng)計(jì)分析功能并根據(jù)輸入條件生成各種報(bào)表、曲線、棒圖。
一般都配有相關(guān)的后臺(tái)處理軟件，大多數(shù)可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)多機(jī)操作與數(shù)據(jù)共享。
5. 集成電壓監(jiān)測(cè)功能
根據(jù)電壓檢測(cè)儀標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行采樣與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理，便于用戶考核電壓合格率，可用于電壓監(jiān)測(cè)考核。
6. 集成在線諧波監(jiān)測(cè)功能
監(jiān)測(cè)終端采用DSP作為CPU，應(yīng)用FFT快速傅立葉算法，可精確計(jì)算測(cè)量出電壓、電流、功率因數(shù)、有功及無(wú)功電量等配電參數(shù)，還可以分析2～25次諧波，從而實(shí)現(xiàn)在線的諧波監(jiān)測(cè)功能，該數(shù)據(jù)可根據(jù)用戶要求在后臺(tái)軟件上進(jìn)行分析處理。
7. 通信
監(jiān)控終端充分地考慮了設(shè)備的可持續(xù)性使用，采用標(biāo)準(zhǔn)的RS232、RS485接口，可根據(jù)用戶要求特殊配置Modem、現(xiàn)場(chǎng)總線(Profibus)等,與配網(wǎng)動(dòng)態(tài)化系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合。具體通信方式有以下幾種，或是其一或是多種方式的結(jié)合。
手工抄表：有線、無(wú)線等多種抄表方式。
直接通信：與配電動(dòng)態(tài)化系統(tǒng)接口，為用戶提供了多種解決方案以適應(yīng)不同的配網(wǎng)動(dòng)態(tài)化系統(tǒng)與子站或主站的直接通信。
微信公眾號(hào)
源創(chuàng)微博
源創(chuàng)抖音
源創(chuàng)抖音
源創(chuàng)微博
公眾號(hào)
