淺談無功補(bǔ)償與效益分析

楊燕東 楊燕生

廣東電網(wǎng)公司揭陽供電局 522000

淺談無功補(bǔ)償與效益分析

楊燕東 楊燕生

廣東電網(wǎng)公司揭陽供電局 522000

提高工業(yè)用戶的功率因數(shù)，做好無功功率補(bǔ)償，對(duì)減少電網(wǎng)損耗，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行電壓、提高系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行水平有很大的作用，做到無功就地平衡，對(duì)企業(yè)有著極可觀、長(zhǎng)久、直接的經(jīng)濟(jì)效益。

無功補(bǔ)償；就地平衡；效益分析

電能是企業(yè)的必耗成本，與企業(yè)效益息息相關(guān)。異步電動(dòng)機(jī)和電力變壓器是耗用無功功率的主要設(shè)備。工業(yè)用戶大部分動(dòng)力負(fù)荷是異步電動(dòng)機(jī)，在運(yùn)行過程中，需要消耗大量的無功功率，而且消耗的無功占了電網(wǎng)無功的大部分，搞好工業(yè)用戶的無功補(bǔ)償，不僅可減輕上一級(jí)電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)膲毫Γ铱梢蕴岣哂脩襞c電網(wǎng)功率因數(shù)、提高電壓質(zhì)量，有效地減低電能損耗，減少用戶電費(fèi)支出。

1.無功補(bǔ)償?shù)暮侠砼渲迷瓌t

從電力網(wǎng)無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功功率的傳輸損耗，提高輸配電設(shè)備的效率，無功補(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，用戶消耗的無功功率占50%～60%，其余的無功功率消耗在配電網(wǎng)中。為了減少無功功率在網(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)行的無功補(bǔ)償。集中補(bǔ)償，主要是補(bǔ)償主變壓器本身的無功損耗，以及減少變電所以上輸電線路的無功電力，從而降低供電網(wǎng)絡(luò)的無功損耗。因?yàn)橛脩粜枰臒o功通過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)無功補(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.

2.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)備在其工作過程中，除消耗有功功率外，還需要無功功率。當(dāng)有功功率P一定時(shí)，如減少無功功率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)問題的實(shí)質(zhì)就是減少用電設(shè)備的無功功率需要量。

（1）異步電動(dòng)機(jī)和電力變壓器是耗用無功功率的主要設(shè)備

（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

（3）電網(wǎng)頻率的波動(dòng)也會(huì)對(duì)異步電機(jī)和變壓器的磁化無功功率造成一定的影響。

3.無功補(bǔ)償?shù)姆椒?/h2>

（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)的無功消耗，以補(bǔ)勵(lì)磁無功為主，此種方式可較好地限制用電單位無功負(fù)荷。

（2） 隨器補(bǔ)償

隨器補(bǔ)償是指將低壓電容器通過低壓保險(xiǎn)接在配電變壓器二次側(cè)，以補(bǔ)償配電變壓器空載無功的補(bǔ)償方式。配變?cè)谳p載或空載時(shí)的無功負(fù)荷主要是變壓器的空載勵(lì)磁無功，配變空載無功是用電單位無功負(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。

（3） 跟蹤補(bǔ)償

跟蹤補(bǔ)償是指以無功補(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。

4.無功功率補(bǔ)償容量的選擇

無功補(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，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)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。

實(shí)際測(cè)試比較準(zhǔn)確的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

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：

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)于低壓來說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)投入無功補(bǔ)償容量的多少。

5.無功補(bǔ)償?shù)男б娣治?/h2>

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，則無功消耗只占有功消耗的30%左右。由于減少了電網(wǎng)無功功率的輸入，會(huì)給用電企業(yè)帶來效益。

（1）節(jié)省企業(yè)電費(fèi)開支。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

為國家電價(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)。可見，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)過的變壓器、開關(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)已趨于過載，由于功率因數(shù)的提高，輸送無功電流的減少，使系統(tǒng)不至于過載運(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)來說則能降低設(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,為分析問題方便，可認(rèn)為U2≈U1從而導(dǎo)出I1COSφ1=I2COS φ2。

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幾乎全為輸送無功負(fù)荷Q產(chǎn)生的?？梢钥闯?，若減少無功功率Q,則有利于線路末端電壓的穩(wěn)定，有利于大電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)。因此，無功補(bǔ)償能改善電壓質(zhì)量（一般電壓穩(wěn)定不宜超過3%）。對(duì)于無功補(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：

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

7 、結(jié)束語

工業(yè)用戶合理配置無功補(bǔ)償，可提高功率因數(shù)，提高設(shè)備的出力率，降低電費(fèi)的支出，獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也能改善電網(wǎng)的功率因數(shù)和電壓質(zhì)量，提高電力系統(tǒng)的供電穩(wěn)定性。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.17.005