淺談配電系統中無功補償容量的計算

田源

摘 要：在配電網中，僅靠供電網注入的無功功率，遠遠不能滿足負荷對無功的要求，所以在配電網中，需要消耗無功功率的地方產生無功功率，這就是無功功率的就地補償。并聯電容器組是配電網中應用最廣泛的無功補償設備，通過投切電容器組可有效調整配電網中的無功功率，以滿足在正常電壓水平下系統對無功功率的需求。

關健詞：無功補償 功率因數 無功補償的計算

1.前言

為減少用電網對供電網無功功率的需求，提高電力系統的電壓水平，減小網絡損耗和改善電力系統的動態性能，在電力系統中的變電所或直接在電能用戶變電所裝設無功功率電源，這種技術措施稱為無功補償。

2.功率因數與無功補償

2.1 自然功率因數

功率因數為供電網輸送的有功功率P與視在功率S的比值，稱為功率因數cosφ。其計算方式為：

視在功率 S2=P2+Q2

功率因數 cosφ=P/S

式中S—視在功率 P—有功功率 Q—無功功率

在電力網的運行中，功率因數反映了電源輸出的視在功率被有效利用的程度，我們希望的是功率因數越大越好。這樣供電線路中的無功功率可以降到最小，視在功率將大部分用來供給有功功率，從而提高電能輸送的功率。

在用電設備沒有安裝無功補償設備時的功率因數，即用電設備本身所具有的功率因數，稱為自然功率因數。

2.2 無功補償對功率因數的影響

在油氣田建設中，采用并聯電容器集中補償的方式進行無功補償。在用電系統中，根據無功負荷，就地投切所需電容器，為用電設備提供其所需無功功率，使所需的無功功率就地平衡，這樣就使得供電網輸送的無功功率減少，相應的視在功率也相應減少。無功功率的就地平衡不僅可以在輸送有功功率不變的情況下減少供電網輸送的視在功率，提高功率因數及電網效率，還避免了無功功率長距離輸送，使無功電流在線路上造成的線損大大減少。

簡而言之，無功補償可以減少供電網的無功功率，提高功率因數，提高供電質量，提高電網效率，減少供電損失。

3.無功補償的計算

無功補償的容量若過小，則不能使功率因數及供電效率達到理想效果；無功補償的容量若過大，則會造成無功功率向供電網倒供，使功率因數超前，造成不必要的經濟損失。

因此，對用電網進行無功補償容量進行計算，合理選擇無功功率補償器的容量，具有重大的經濟效益和社會意義。

根據查閱相關資料，無功補償的容量由以下公式計算：

Qc=Pj（tgφ1-tgφ2） （1）

式中 Pj—補償前的負荷有功功率

Qc—無功補償的容量，即移相電容器容量

cosφ1—無功補償前的功率因數

cosφ2—無功補償后的功率因數

4.舉例分析無功補償的計算

無功補償在油氣田配電網建設中有著重要的作用，本文就寧夏石油儲備庫臨時用電及靖邊防腐廠節能改造的兩個實例，典型分析下無功補償的計算方法。

4.1 寧夏石油儲備庫臨時用電的無功補償計算

經過寧夏石油儲備庫施工設備的負荷計算、變壓器選型等準備工作，確定以下數據資料：

變壓器容量為630kVA，補償前功率因數為cosφ1=0.75，目標補償后功率因數為cosφ2=0.9。

即按照變壓器滿負荷運行的情況下

Pj=630kW，tgφ1=tg（arcosφ1）=0.88，tgφ2=tg（arcosφ2）= 0.48

根據計算公式，所需無功補償的容量為

Qc=630×（0.88-0.48）=252kvar

即容量為630kVA的變壓器滿負荷運行，若功率因數從0.75提升到0.9，即可選用255kvar的無功功率補償電容器。

4.2 靖邊防腐廠節能改造的無功補償計算

待補償的變壓器為一臺用于中頻爐的800kVA變壓器，一臺用于照明維修的500kVA變壓器。

4.2.1 用于中頻爐的800kVA變壓器的無功補償計算

此臺變壓器的主要負載為兩臺中頻爐設備：

（1）額定功率500KW，實際運行功率200-400KW；

（2）額定功率350KW，實際運行功率150-280KW。

中頻爐的工作特性是負荷越大功率因數越高，負荷超過80%時，功率因數大約為0.80，但如果僅是滿負荷的40%，功率因數僅大約為0.45。

日常工作時中頻爐最大及最小工作負荷如下：

最大負荷是Pmax=400+280=680KW，大約占額定功率的80%，此時按功率因數cosφmax=0.80。

最小負荷是Pmin=200+150=350KW，大約占額定功率的40%，此時功率因數按cosφmin=0.45。

經過無功補償后，目標功率因數按cosφ=0.95計算。

（1）最大負荷情況下無功補償計算

Pmax=680kW，tg（arcosφmax）=0.75，tgφ=tg（arcosφ）=0.33

因此，Qmax=680×（0.75-0.33）=286kvar

（2）最小負荷情況下無功補償計算

Pmin=350kW，tg（arcosφmin）=1.98，tgφ=tg（arcosφ）=0.33

因此，Qmin=350×（1.98-0.33）=578kvar

綜合考慮，選擇無功補償電容器的容量為550kvar，即使在最小負荷時，目標功率因數也能達到91.5%以上。

4.2.2 用于照明維修的500kVA變壓器的無功補償計算

變壓器容量為500kVA，補償前功率因數為cosφ1=0.7，目標補償后功率因數為cosφ2=0.95。

即按照變壓器滿負荷運行的情況下

Pj=500kW，tgφ1=tg（arcosφ1）=1.02，tgφ2=tg（arcosφ2）= 0.33

根據計算公式，所需無功補償的容量為

Qc=500×（1.02-0.33）=345kvar

即容量為630kVA的變壓器滿負荷運行，若功率因數從0.7提升到0.95，即可選用350kvar的無功功率補償電容器。

針對不同的用電負荷、不同的無功功率需求、不同的功率因數，應根據實際情況，對其進行不同的無功補償的容量計算，才不至于造成不必要的經濟損失。

5 結束語

本文通過對寧夏石油儲備庫臨時用電系統的無功補償計算及靖邊防腐廠節能改造的無功補償進行實例計算，提出了無功補償的計算方法，并分析了無功補償容量的合理選型，指出實際工作中對于不同負荷、不同無功功率需求、不同功率因數，如何進行無功補償計算及如何合理選用無功補償容量。