江邊水源泵房無功補償方式及效益分析

張沖健

（中核二七二鈾業有限責任公司，湖南 衡陽 421004）

江邊水源泵房無功補償方式及效益分析

張沖健

（中核二七二鈾業有限責任公司，湖南 衡陽 421004）

文章通過對無功功率、無功補償概念及無功補償方式的論述，結合工程實際，通過效益分析，采用無功功率補償可以提高功率因數，提高電能質量，符合我國節約能源的國策。

無功功率；無功補償；功率因數；效益

公司現有的配電系統是通過110kV變電站，經主變（110kV/10.5kV）和高壓開關柜向各個下級變電站供電，再由配電變壓器（10.5kV/0.4kV）經低壓電纜向各個負荷輻射。江邊水源泵房的主要負荷是各類水泵（電機），異步電動機無功功率占電網無功功率的比重很大。

1 無功功率的概念

在交流電路需要由電源供給負載兩部分功率：一種是有功功率，一種是無功功率。有功功率是用電設備將電能轉化成機械能。

2 影響功率因數的主要因素

功率因數是供用電系統的一項重要技術經濟指標，反映的是用電設備消耗一定有功功率與視在功率的關系，用COSφ表示為：COSφ＝P/S，如圖1所示。

圖1 功率因數關系

當有功功率P一定時，如減少無功功率Q，則功率因數便能夠提高。

中核二七二鈾業有限責任公司現在有四十多臺變壓器及許多高低壓電機，它們是消耗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，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。

3 提高功率因數的方法

（1）低壓個別補償。低壓個別補償就是根據個別用電設備對無功的需要量將單臺或多臺低壓電容器組分散地與用電設備并接，它與用電設備共用一套斷路器。隨機補償適用于補償個別大容量且連續運行（如大中型異步電動機）的無功消耗，以補勵磁無功為主。低壓個別補償的優點是：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。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、維護簡單、事故率低等優點。

（2）低壓集中補償。低壓集中補償是指將低壓電容器通過低壓開關接在配電變壓器低壓母線側，以無功補償投切裝置作為控制保護裝置，根據低壓母線上的無功負荷而直接控制電容器的投切。電容器的投切是整組進行，做不到平滑的調節。低壓補償的優點：接線簡單、運行維護工作量小，使無功就地平衡，從而提高配變利用率，降低網損，具有較高的經濟性，是目前無功補償中常用的手段之一。

（3）高壓集中補償。高壓集中補償是指將并聯電容器組直接裝在變電所的6～10kV高壓母線上的補償方式。適用于用戶遠離變電所或在供電線路的末端，用戶本身又有一定的高壓負荷時，可以減少對電力系統無功的消耗并可以起到一定的補償作用；補償裝置根據負荷的大小自動投切，從而合理地提高了用戶的功率因數，避免功率因數降低導致電費的增加。

公司現在采用的是在110kV變電站設置電容器組進行高壓集中補償，并根據負荷的大小進行自動投切，提高供電質量，保證功率因素，合理控制了電費。

4 無功補償的原則

無功補償的合理配置原則：從電力網無功功率消耗的基本狀況可以看出，各級網絡和輸配電設備都要消耗一定數量的無功功率，尤以低壓配電網所占比重最大，為了最大限度地減少無功功率的傳輸損耗，提高輸配電設備的效率，無功補償設備的配置，應按照“分級補償，就地平衡”的原則，合理布局。

5 補償容量的確定

國標GB50227中規定的電容器的設計容量為變壓器的10%～30%，目前應用中通常為變壓器的30%。由于電容器不消耗有功功率，所以并接電容器前后，線路有功功率不變，可得P1=P2：UI1COSφ1=UI2COSφ2

并接電容器前I1＝P1/U COSφ1；并接電容器后I2＝P2/U COSφ2。

當并接電容一定時，電容支路的電流IC＝U/XC=ωCU，由矢量關系可知：IC＝I1sinφ1－I2sinφ2，將上式代入：

可得公式Qc＝P1（tgφ1－tgφ2）

式中：Qc為需補償容量（KVar），P1為有功功率（KW）；tgφ1為補償前功率因數角的正切值；tgφ2為補償后功率因數角的正切值。

6 無功補償效益分析

江邊2#水源泵房有2臺400kW、1臺250kW高壓電機，并帶了許多低壓負荷，如學校、醫院等，因為水源泵房距110kV變電站距離較遠，盡管在110kV變電站內裝有高壓集中無功補償裝置來提高功率因數，減少電網線損，但由于送電線路較長，采用高壓集中無功補償，仍不能降低電網的線損，由于是線路末端，所以電壓也略有偏低。為了盡量減少線損和電壓損失，宜采用無功功率就地補償方式。

如下式所示：

式中：△P為三相輸電線路有功損耗（kW）；I為三相輸電線路一相中的電流（A）；R為一相線路中的電阻（Ω）；P為三相線路輸送的有功功率（kW）；Q為三相線路輸送無功功率（kvar）；COSφ為負載的功率因數；S為三相線路輸送的視在功率（KVA）。

由上式中不難看出，要想減小損耗，有以下三種辦法：①減少流經導線的有功電流；②減少流經導線的無功電流；③減小導線的等值電阻，即加大導線截面，縮短供電半徑。導線的電壓一般在額定值附近，可作為定值處理。

設補償前江邊水源2#變壓器滿載運行，視在功率S＝500kVA，功率因數COSφ＝0.85，年用電時間為T＝8000h，線路導線型號為LGJ-185，線路長度2.2km，經查表，為方便計算，線路電阻R取1Ω，線路電壓取10.5kV，試計算：①若將COSφ提高到0.95，計算需要的補償電容器容量；②補償后減少的線路損耗及效益。

圖2

根據已知條件，可計算補償前

P1＝SCOSφ1＝500×0.85＝425kW；

Q1＝Ssinφ1＝500×0.52678＝263.39kvar

求需要安裝的補償電容器容量Qc：

補償后的電網無功Q2＝263.39-Qc，要求COSφ為0.95，可求tgφ2＝0.3287，可求補償容量Qc＝123.675≈124kvar。

補償前的線路損耗：

△P1＝（P12+Q12）/U2×R×10-3

＝（425×425+263.39×263.39）/10.52×1×10-3＝2.267kW

補償后的線路損耗：

△P2＝（P22+Q22）/U2×R×10-3

=（425×425+139.39×139.39）/10.52×1×10-3＝1.814kW

安裝無功補償可獲得的年效益：△P＝（△P1－△P2）× 8000＝3624kW

按電價0.5元計算，每年可減少損耗1812元。

上面僅僅是簡單分析降低輸配電網損耗的效益，如果計算功率因數調整電費，以及節約建設投資、改善電壓質量等方面因素，其經濟效益更加可觀。

7 結語

通過進行無功補償效益的簡單分析得出，實現無功補償后，降低了配變用電設備的損耗，使高低壓配電電流減少，導致線損率的降低。在實際應用的過程中，還應該在技術經濟上綜合考慮，根據具體情況進行分析，來決定是采用集中補償還是就地補償，還是兩者綜合采用，從而達到使電氣設備經濟運行的目的。

Reactive Power Com pensation M ethod and Benefit Analysis of Jiangdu Water Source Pum ping Station

ZHANG Chong-jian
（Zhongguo 272 Uranium Industry Co.，Ltd.，Hengyang，Hunan 421004，China）

In this paper，the reactive power compensationmethod can improve the power factorand improve the powerquality，which is in linewith the nationalpolicy ofenergy conservation by combining the theory of reactive power，reactive power compensation and reactive power compensation.

reactive power；eactive power compensation；power factor；benefit

TM714

A

2095-980X（2017）05-0040-02

2017-04-23

張沖健（1981-），男，湖南衡陽人，大學本科，電氣工程師，主要研究方向：電氣工程及其自動化。