無功補償對低壓電網功率因數的影響

摘 要:依據用電設備的功率因數，可測算輸電線路的電能損失。通過現場技術改造，可使低于標準要求的功率因數達標，實現節電目的。本文分析了無功補償的作用和補償容量的選擇方法，著重論述了低壓電網和異步電動機無功補償容量的配置。結合應用實例說明采用無功補償技術，提高低壓電網和用電設備的功率因數，已成為節電工作的一項重要措施。

關鍵詞:節電技術功率因數無功補償

中圖分類號:TM72文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)05(a)-0109-01

無功補償，就其概念而言，它就是借助于無功補償設備提供必要的無功功率，以提高系統的功率因數，降低能耗，改善電網電壓質量。無功補償的合理配置原則:(1)總體平衡與局部平衡相結合，以局部為主。(2)電力部門補償與用戶補償相結合。(3)分散補償與集中補償相結合，以分散為主。(4)降損與調壓相結合，以降損為主。

1 影響功率因數的主要因素

(1)異步電動機和電力變壓器是耗用無功功率的主要設備，異步電動機的定子與轉子間的氣隙是決定異步電動機需要較多無功的主要因素。而異步電動機所耗用的無功功率是由其空載時的無功功率和一定負載下無功功率增加值兩部分所組成。所以要改善異步電動機的功率因數就要防止電動機的空載運行并盡可能提高負載率。變壓器消耗無功的主要成份是它的空載無功功率，它和負載率的大小無關。因而，為了改善功率因數，變壓器不應空載運行或長期處于低負載運行狀態。(2)供電電壓超出規定范圍也會對功率因數造成很大的影響。當供電電壓高于額定值的10%時，由于磁路飽和的影響，無功功率將增長得很快，據有關資料統計，當供電電壓為額定值的110%時，一般工廠的無功將增加35%左右。當供電電壓低于額定值時，無功功率也相應減少而使它們的功率因數有所提高。但供電電壓降低會影響電氣設備的正常工作。所以，應當采取措施使電力系統的供電電壓盡可能保持穩定。(3)電網頻率的波動也會對異步電機和變壓器的磁化無功功率造成一定的影響。(4)以上論述了影響電力系統功率因數的一些主要因素，因此必須要尋求一些行之有效的、能夠使低壓電力網功率因數提高的一些實用方法，使低壓網能夠實現無功的就地平衡，達到降損節能的效果。

2 低壓配電網無功補償的方法

2.1 隨機補償

隨機補償就是將低壓電容器組與電動機并接，通過控制、保護裝置與電機，同時投切。隨機補償適用于補償電動機的無功消耗，以補勵磁無功為主，此種方式可較好地限制用電單位無功負荷。隨機補償的優點是:用電設備運行時，無功補償投入，用電設備停運時，補償設備也退出，而且不需頻繁調整補償容量。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活，維護簡單、事故率低等。

2.2 隨器補償

隨器補償是指將低壓電容器通過低壓保險接在配電變壓器二次側，以補償配電變壓器空載無功的補償方式。配變在輕載或空載時的無功負荷主要是變壓器的空載勵磁無功，配變空載無功是用電單位無功負荷的主要部分，對于輕負載的配變而言，這部分損耗占供電量的比例很大，從而導致電費單價的增加。隨器補償的優點:接線簡單、維護管理方便、能有效地補償配變空載無功，限制電網無功基荷，使該部分無功就地平衡，從而提高配變利用率，降低無功網損，具有較高的經濟性，是目前補償無功最有效的手段之一。

2.3 跟蹤補償

跟蹤補償是指以無功補償投切裝置作為控制保護裝置，將低壓電容器組補償在大用戶0.4kv母線上的補償方式。適用于100kVA以上的專用配變用戶，可以替代隨機、隨器兩種補償方式，補償效果好。跟蹤補償的優點是運行方式靈活，運行維護工作量小，比前兩種補償方式壽命相對延長、運行更可靠。但缺點是控制保護裝置復雜、首期投資相對較大。但當這三種補償方式的經濟性接近時，應優先選用跟蹤補償方式。本車間主要的補償方式就是這種補償方式，能夠對功率因素進行實時監控，并進行及時的調節，是功率因素保持在0.92～0.95之間，從而更好的實現無功補償。

3 無功功率補償容量的選擇方法

3.1 單負荷就地補償容量的選擇的幾種方法

3.1.1 經驗系數法

由于電機極數不同，按極數大小確定經驗系數選擇容量比較接近實際需要的電容器，采用這種方法一般在70%負荷時，補后功率因數可在0.92～0.95之間電機容量大時選下限，小時選上限;電壓高時選下限，小時選上限4、Qc=P實際測試比較準確方法此法適用于任何一般感性負荷需要精確補償的就地補償容量的計算。如果測試比較麻煩，可以按下式:

Qc≤√3UeIo×10-3(kvar)

Io為空載電流=2Ie(1-COSφe)若電動機帶額定負載運行，即負載率β=1，則:Qo

根據電機學知識可知，對于Io/Ie較低的電動機(少極、大功率電動機)，在較高的負載率β時吸收的無功功率Qβ與激勵容量Qo的比值較高，即兩者相差較大，在考慮導線較長，無功經濟當量較高的大功率電動機以較高的負載率運行方式下，此式來選取是合理的。

按電動機額定數據計算Q=k(1-cos2φe)3UeIe×10-3(kvar)。

K為與電動機極數有關的一個系數;極數:2、4、6、8、10;K值:0.7、0.8、0.85、0.9。

3.2 多負荷補償容量的選擇

多負荷補償容量的選擇是根據補償前后的功率因數來確定。

對于生產企業想要提高功率因數，其補償容量Qc按下式選擇:Qe=KmKj(tgφ1-tgφ2)/Tm。式中:Km為最大負荷月時有功功率消耗量，由有功電能表讀得;Kj為補償容量計算系數，可取0.8～0.9;Tm為企業的月工作小時數;tgφ1、tgφ2意義同前，tgφ1由有功和無功電能表讀數求得。

對處于設計階段的企業，無功補償容量Qc按下式選擇:Qc=KnPn(tgφ1-tgφ2)。式中Kn為年平均有功負荷系數，一般取0.7～0.75;Pn為企業有功功率之和;tgφ1、tgφ2意義同前。tgφ1可根據企業負荷性質查手冊近似取值，也可用加權平均功率因數求得cosφ1。多負荷的集中補償電容器安裝簡單，運行可靠、利用率較高。但電氣設備不連續運轉或輕負荷運行時，會造成過補償，使運行電壓抬高，電壓質量變壞。因此這種方法選擇的容量，對于低壓來說最好采用電容器組自動控制補償，即根據負荷大小自動投入無功補償容量的多少，對高壓來說應考慮采取防過補償措施。

4 無功補償的效益

在現代用電企業中，在數量眾多、容量大小不等的感性設備連接于電力系統中，以致電網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在0.70～0.85之間。企業消耗電網的無功功率約占消耗有功功率的60%～90%，如果把功率因數提高到0.95左右，則無功消耗只占有功消耗的30%左右。由于減少了電網無功功率的輸入，會給用電企業帶來效益。

5 結語

文中集中探討了無功補償技術對用電單位的低壓配電網的影響以及提高功率因數所帶來的經濟效益和社會效益，介紹了影響功率因數的主要因素和提高功率因數的方法，討論了如何確定無功功率的補償容量，確保補償技術經濟、合理、安全可靠，達到節約電能的目的。

參考文獻

[1]何仰贊，溫增銀.電力系統分析[M].武漢:華中科技大學出版社，2002，1.