用电企业无功功率补偿的作用、目的和意义

用电企业无功功率补偿的作用、目的和意义

电网中的许多用电设备是根据电磁感应原理工作的。它们在能量转换过程中建立交变磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等，这种功率叫无功功率。电力系统中，不但有功功率平衡，无功功率也要平衡。

有功功率、无功功率、视在功率之间的关系 如图1所示

式中

S——视在功率，kVA P——有功功率，kW Q——无功功率，kvar

φ角为功率因数角，它的余弦(cosφ)是有功功率与视在功率之比即cosφ＝P/S称作功率因数。

由功率三角形可以看出，在一定的有功功率下，用电企业功率因数cosφ越小，则所需的无功功率越大。如果无功功率不是由电容器提供，则必须由输电系统供给，为满足用电的要求，供电线路和变压器的容量需增大。这样，不仅增加供电投资、降低设备利用率，也将增加线路损耗。为此，国家供用电规则规定：无功电力应就地平衡，用户应在提高用电自然功率因数的基础上，设计和装置无功补偿设备，并做到随其负荷和电压变动及时投入或切除，防止。还规定用户的功率因数应达到相应的标准，否则供电部门可以拒绝供电。因此，无论对供电部门还是用电部门，对无功功率进行自动补偿以提高功率因数，防止无功倒送，从而节约电能，提高运行质量都具有非常重要的意义。

无功补偿的基本原理是：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。

当前，国内外广泛采用并联电容器作为无功补偿装置。这种方法安装方便、建设周期短、造价低、运行维护简便、自身损耗小。

采用并联电容器进行无功补偿的主要作用： 1、提高功率因数 如图2所示 图中

P——有功功率

S1——补偿前的视在功率 S2——补偿后的视在功率 Q1——补偿前的无功功率 Q2——补偿后的无功功率 φ1——补偿前的功率因数角 φ2——补偿后的功率因数角

由图示可以看出，在有功功率P一定的前提下，无功功率补偿以后(补偿量Qc＝Q1-Q2)，功率因数角由φ1减小到φ2，则cosφ2＞cosφ1提高了功率因数。 2、降低输电线路及变压器的损耗 三相电路中，功率损耗ΔP的计算公式为

式中

P——有功功率，kW； U——额定电压，kV； R——线路总电阻，Ω。

由此可见，当功率因数cosφ提高以后，线路中功率损耗大大下降。

由于进行了无功补偿，可使补偿点以前的线路中通过的无功电流减小，从而使线路的供电能力增加，减小损耗。

例：某县电力公司某配电所，2005年1月～2月份按实际供售电量情况进行分析。该站1～2月份，有功供电量152.6万kW·h，无功供电量168.42万kvar·h，售电量133.29万kW·h，功率因数0.67，损耗电量19.31万kW·h，线损率12.654%。装设电容器进行无功补偿后，如功率因数由原来的0.67提高到0.95 时， (1)可降低的线路损耗

2)减少线损率12.654%×0.5=6.333%

(3)减少损耗电量152.6×6.333%=9.6642万kW·h (4)按购电价0.237元计算，可减少购电费

0.237×96642=22904.15元

总之，增加无功补偿后会减少无功在电网中流动，其主要目的是降低线损，其次，能很好地改善电压质量，从而提高供电企业的经济效益。 3、改善电压质量

线路中电压损失ΔU的计算公式

式中

P——有功功率，KW； Q——无功功率，Kvar； U——额定电压，KV； R——线路总电阻，Ω XL——线路感抗，Ω。

由上式可见，当线路中，无功功率Q减小以后，电压损失ΔU也就减小了。 4、提高设备出力

如图3所示，由于有功功率P＝S·cosφ，当供电设备的视在功率S一定时，如果功率因数cosφ提高，即功率因数角由φ1到φ2，则设备可以提供的有功功率P也随之增大到P+ΔP，可见，当增加了无功补偿装置以后在一定的范围内增加有功设备的出力而不需要增加供电设备的视在功率，从而提高了供电设备的带负载能力。

交流电在通过纯电阻的时候,电能都转成了热能,而在通过纯容性或者纯感性负载的时候,并不做功.也就是说没有消耗电能,即为无功功率.当然实际负载,不可能为纯容性负载或者纯感性负载,一般都是混合性负载,这样电流在通过它们的时候,就有部分电能不做功,就是无功功率,此时的功率因数小于1,为了提高电能的利用率,就要进行无功补偿.

无功功率补偿装置在电子供电系统中所承担的作用是提高电网的功率因数，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。合理的选择补偿装置，可以做到最大限度的减少网络的损耗，使电网质量提高。反之，如选择或使用不当，可能造成供电系统，电压波动，谐波增大等诸多因素。

电容器容量的选择：

电容器安装容量的选择，可根据使用目的的不同，按改善功率因数，提高运行电压和降低线路损失等因素来确定。

按改善功率因数确定补偿容量的方法简便、明确，为国内外所通用。根据功率补偿图(如图2)中功率之间的向量关系，可以求出无功补偿容量Qc， 或

式中

P——最大负荷月的平均有功功率，KW；

tgφ1、tgφ2——补偿前后功率因数角的正切值； cosφ1、cosφ2——补偿前后功率因数值。

可利用查表法，查出每1KW有功功率、功率因数，改善前后所需补偿的容量。再乘以最大负荷的月平均有功功率，即可计算出所需要的无功补偿容量。

无功补偿的作用与必要性 无功补偿的作用与必要性 ① 无功电流的产生与损耗

大家知道，我们的工厂低压配电是通过厂用变将10KV变成400V，然后通过低压配电系统，给用电设备提供电源，驱动动力设备工作的，动力设备多为感性负载。如电动机、电焊机、空调机等。当它投入运行以后，将产生很大的感性电流，这种电流它不做工，是无功电流。由于它的存在，使得在配电网络中及变压器中，流过的电流就是电感电流与电阻电流之和，即I=IR+IL。而变压器的容量是电流乘电压，即S= 3 UI(KVA)。当电压一定时，要使变压器

的容量得到充分利用，就必须减小电流，而减小电流的唯一办法，就只能使IL电感电流尽量减少。同时由于IL电感电流的存在使得损耗大量增加，它的损耗大小与IL电感电流的平方成正比，这些损耗在变压器及线路中转变成热量散发，使得变压器及配电设备温度升高。不仅影响设备的利用率，还由于温度过高，破坏设备的绝缘，缩短设备的使用寿命，甚至损坏设备。所以怎样减少电感电流，就成了企业减少能源损耗，设备挖潜增加经济效益与社会效益的必由之路。下面我们以调查东莞某外资企业的情况加以说明：

该企业安装630KVA变压器两台，根据监测结果。补偿前平均功率因数COS=0.71（还不算太低）总输出电流385.5A，总无功功率186KVAR，补偿后平均功率因数COS=0.985，总输出电流只有284A，总无功功率只有34KVAR，从而使：

a) 无功功率下降率为 Q=（1-Q2/Q1）×100%=(1-34/186)×100%=81.72%

b) 减少线损率为 ▲P=［1-( I2/I1) 2］×100%=［1-( 284/385.5) 2］×100%=45.73% 由此可见，投入补偿后明显减少了无功功率提高了功率因数，减少了电流和线损率。 ② 优化电能质量

a) 抑制波动负荷和冲击负荷造成的电压波动和电压闪变，滤除高次谐波。

大家知道，投入、切除感性负载时，根据电磁原理，一定会产生操作过电压，这种过电压是由于感性负载电流突变产生的高次谐波形成的，而高次谐波对于电容来说相当于短路状态，所以电容是高次谐波的吸收器。 b) 稳定电网电压

仍以上面提到的企业为例，在投入电容前低压侧系统电压与投入电容后低压侧系统电压对比，投入电容后电压有明显提高：

▲NU=( I1-I2)/ I1×100%= (385.5 -284)/ 385.5×100%=26.33%

由此可见投入电容补偿以后不仅明显提高了功率因数，减少了电流和线损率，电压也相对稳定提高了供电可靠性，并能充分利用配电设备的容量，达到节能降损的预期目标。 ③ 电容补偿的目的和积极意义

当前，我国的电力线损结构为220KV、110KV和35KV、10KV和0.4KV三个等级。线损的比例大致为1：1.5：2.5，可见降损的主要潜力就在10KV以下配电网络上。由于低压配电建设滞后，网架薄弱、设施老化、线路长、线经小，配电变压器大部份为高能耗变压器，所以广电总局提出的以高压补偿为辅，以低压补偿为主的方针是绝对正确的。大家可以通过以上事例，结合本企业的实际情况，仔细的算一笔账，你增加一套电容补偿柜的资金，多少时间能从电费中捞回来。无功电流的减少对以后的设备挖潜有多么大的好处，答案是十分明显的，不但对企业本身有利，对整个供电网络也有利，这样事关企业本身的经济效益和社会效益的双赢，又何乐而不为呢。

用电企业无功功率补偿的目的和意义在现代用电企业中，在数量众多、容量大小不等的感性设备连接于电力系统中，以致电网传输功率除有功功率外，还需无功功率。如自然平均功率因数在0.70～0.85之间。企业消耗电网的无功功率约占消耗有功功率的60％～90％，如果把功率因数提高到0.95左右，则无功消耗只占有功消耗的30％左右。减少了电网无功功率的输入，会给用电企业带来效益。

（一）节省企业电费开支。提高功率因数对企业的直接经济效益是明显的，因为国家电价制度中，从合理利用有限电能出发，对不同企业的功率因数规定了要求达到的不同数值，低于规定的数值，需要多收电费，高于规定数值，可相应地减少电费。使用无功补偿不但减少初次投资费用，而且减少了运行后的基本电费。

（二）降低系统的能耗。补偿前后线路传送的有功功率不变，P＝IUCOSφ，由于COSφ提高，补偿后的电压U2稍大于补偿前电压U1，为分析问题方便，可认为U2≈U1从而导出I1COSφ1＝I2COSφ2。即I1／I2＝COSφ2／COSφ1，这样线损P减少的百分数为：

ΔP％＝（1－I2／I1）×100％＝（1－COSφ1／COSφ2）×100％

当功率因数从0.70～0.85提高到0.95时，由上式可求得有功损耗将降低20％～45％。 （三）改善电压质量。以线路末端只有一个集中负荷为例，假设线路电阻和电抗为R、X，有功和无功为P、Q，则电压损失ΔU为：

△U＝（PR＋QX）／UE×10－3（KV）两部分损失：PR／UE→输送有功负荷P产生的；QX／UE→输送无功负荷Q产生的；

配电线路：X＝（2～4）R，△U大部分为输送无功负荷Q产生的

变压器：X＝（5～10）RQX／UE＝（5～10）PR／UE变压器△U几乎全为输送无功负荷Q产生的。 可以看出，若减少无功功率Q，则有利于线路末端电压的稳定，有利于大电动机的起动。 （四）三相异步电动机通过就地补偿后，由于电流的下降，功率因数的提高，从而增加了变压器的容量，计算公式如下：

△S＝P／COSφ1×【（COSφ2／COSφ1）－1】

如一台额定功率为155KW水泵的电机，补前功率因数为0.857，补偿后功率因数为0.967，根据上面公式计算其增容量为：（155÷0.857）×【（0.967÷0.857）－1】＝24KVA

ΔP％＝（1－I2／I1）×100％＝（1－COSφ1／COSφ2）×100％

当功率因数从0.70～0.85提高到0.95时，由上式可求得有功损耗将降低20％～45％。 （三）改善电压质量。以线路末端只有一个集中负荷为例，假设线路电阻和电抗为R、X，有功和无功为P、Q，则电压损失ΔU为：

△U＝（PR＋QX）／UE×10－3（KV）两部分损失：PR／UE→输送有功负荷P产生的；QX／UE→输送无功负荷Q产生的；

配电线路：X＝（2～4）R，△U大部分为输送无功负荷Q产生的

变压器：X＝（5～10）RQX／UE＝（5～10）PR／UE变压器△U几乎全为输送无功负荷Q产生的。 可以看出，若减少无功功率Q，则有利于线路末端电压的稳定，有利于大电动机的起动。 （四）三相异步电动机通过就地补偿后，由于电流的下降，功率因数的提高，从而增加了变压器的容量，计算公式如下：

△S＝P／COSφ1×【（COSφ2／COSφ1）－1】

如一台额定功率为155KW水泵的电机，补前功率因数为0.857，补偿后功率因数为0.967，根据上面公式计算其增容量为：（155÷0.857）×【（0.967÷0.857）－1】＝24KVA

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