无功功率补偿装置安装位置节电效果分析

刘建荣

（太原煤气化晋阳选煤厂，山西 太原 030024）

·技术经验·

无功功率补偿装置安装位置节电效果分析

刘建荣

（太原煤气化晋阳选煤厂，山西 太原 030024）

介绍了电容器无功功率补偿的种类。以太原煤气化晋阳选煤厂供电系统为例，分析了补偿前、集中补偿、就地补偿无功电流在线路上的流动情况，并对该厂无功功率集中补偿装置改造前后的节电效果进行了比较。指出采取补偿后，只是线路上流动的无功功率减少了，即线路的功率因数提高了，实际上，补偿前后负载取用的有功和无功并没有任何改变。无功功率补偿的是补偿电容器安装以前的线路，无功功率补偿电容器安装的位置越接近负载线路末端，线路的电能损失越少，节电效果越明显。

无功功率补偿；负载无功功率；线路上流动的无功功率；节电效果

现在工矿企业中所使用的交流感应异步电动机、变压器、电磁开关等用电设备绝大部分属于感性负载，而电动机是企业内部无功功率的主要消耗者。电动机的电流是由有功电流和无功电流两部分合成的，电动机的有功电流是为拖动负载而做功的，而无功电流是用来产生磁场的励磁电流和电动机的一、二次漏磁电流。因此，电动机从电源索取有功电流的同时还要索取无功电流。这就使得供电系统中存在无功流动的问题，这显然增加了线路的电能损失。为了减少线路电能损失，达到节电效果，一般采用无功功率补偿电容器。

1 电容器无功功率补偿的种类

1）集中补偿。所谓集中补偿，就是电容器安装的位置均集中在企业变电所35 kV、10 kV、0．4 kV母线上。它的优点是，可以达到供电部门对企业用电功率因数的要求，解决了供电系统中的无功流动问题。缺点是没有解决企业内部的低压电网中的无功流动问题，大量的电能损失几乎没有减少。

2）就地补偿。所谓就地补偿，就是电容器安装的位置，一般接在交流接触器下端或接在电机接线端子上。它的特点是，除具有集中补偿的优点外，最主要的是解决了低压电网中的无功流动问题，减少了大量的电能损失。

2 晋阳选煤厂供电概况

太原煤气化晋阳选煤厂的供电系统是：电源取自35 kV供电工区，10 kV电压送到晋阳选煤厂总开闭所10 kV母线上，再送到各配电室变压器高压侧，经变压器降压变为0．4 kV，0．4 kV电压送到配电室0．4 kV母线上，再送到负载上。全厂总运转变压器台数为9台，总容量为10 860 kVA，运转电机总装机容量大约为10 300 kW，总计算有功功率为4 000 kW，总无功功率为3 800 kVar。可谓是个用电大户。

晋阳选煤厂的供电系统图见图1。

3 无功电流在线路上的流动情况

以晋阳选煤厂供电系统为例，介绍补偿前、集中补偿、就地补偿无功电流在线路上流动情况。为了直观，便于理解，将晋阳选煤厂在用的9台变压器用一台变压器代替，所有电动机用一台电动机代替来示意说明，见图2。

Iw为电动机需要的无功电流，Iy为电动机需要的

有功电流。

图1 晋阳选煤厂供电系统图

无功功率并不做功，它只表明有能量在电源与线路之间来回的交换，但由于在电网中流动，使电网的线损增加。因为线路的电流I是Iw与Iy的合成，I2= Iy2+Iw2消耗在输电线中的电阻Rx功率损失为P= 3I2Rx。因为线路上流动的有功电流Iy是一定的，它永远取自电源，因此，线路上流动的无功电流Iw越小，线路的功率损失越小。

1）补偿前。

电动机需要的无功取自35 kV供电工区，由1 000 m YJV22-3×185交联电缆送到晋阳选煤厂总开闭所10 kV母线上，再通过大约900 m YJLV22-3 ×95交联电缆送到各配电变压器高压侧，经过变压器降压变为0．4 kV，0．4 kV电压通过100m的100× 8母线送到晋阳选煤厂各配电室0．4 kV母线上，再通过大约30 000 m VV电缆送到各电机上。电动机至35 kV供电工区电源之间的线路都流动着无功电流Iw。

2）集中补偿。

晋阳选煤厂集中补偿的电容安装在配电室0．4 kV母线上，电动机需要的无功取自0．4 kV母线上集中补偿的电容，再通过大约30 000 mVV电缆送到各电机上。0．4 kV母线以前的线路没有无功流动（电机需要的无功完全取自集中补偿的电容）。

3）就地补偿。

假如就地补偿电容安装在电机接线端子上，电动机需要的无功取自就地补偿的电容。电动机至35 kV供电工区电源之间的线路没有无功电流Iw流动（电机需要的无功完全取自就地补偿的电容）。

晋阳选煤厂没有采取任何补偿方式时、采取集中补偿方式时、采取就地补偿方式时的无功流向图见图2。

图2 晋阳选煤厂三种方式无功流向示意图

通过以上三种无功流动线路图，可清楚地看到，无功电容安装在哪个位置，哪个位置以前的线路无功流动就减少。采取无功补偿措施，只是线路上流动的无功减少，也就是说，线路的功率因数增加。但是必须指出，线路的功率因数提高，并不是负载本身的功率因数提高。实际上电容补偿前后，负载取用的无功功率没有任何改变，只是负载的无功取用的位置变化了，也就是负载的功率因数没有任何改变。

理想状态下以上三种情况线路上流动的无功电流情况见表1。

表1 理想状态下三种情况线路上流动的无功电流

4 晋阳选煤厂采取集中补偿后的节电效果分析

晋阳选煤厂无功补偿的方式是集中补偿，电容器安装的位置在各配电室0．4 kV母线上，如图2所示，所补偿的是0．4 kV母线以前的线路，即0．4 kV母线以前的线路无功流动减少，也就是0．4 kV母线以前的线路线损减少，变压器的铜损减少。晋阳选煤厂在

用变压器9台，0．4 kV母线以前的线路大约2 000 m，也就是9台变压器和2 000 m线路的有功损耗减少，而没有补偿的0．4 kV母线以后的线路大约30 000 m。因此，厂内部数量极其可观的0．4 kV低压电网中的无功流动问题没有解决，大量的电能损失几乎没有减少。

晋阳选煤厂集中补偿前后生产情况有功、无功、功率因数比较见表2。

表2 集中补偿前后有功、无功、功率因数比较表

由表2可以看出，集中补偿后厂总无功电度表计量（计量的是0．4 kV母线以前线路上的无功功率）比以前减少了2．4万kVar，0．4 kV母线以前线路功率因数比以前提高了0．09，但厂总有功电度表计量没有变化。实际上，集中补偿后，0．4 kV母线以前的线路的电能损失比以前减少了，但节电效果不明显，因此，集中补偿前后两天厂总有功电度表计量没有变化。

5 结束语

目前，人们对负载功率因数和线路功率因数有概念混肴现象，对无功补偿节电效果存在一定的认识误区，认为无功补偿是补偿电容器安装以后的线路。通过上述分析，可以得出以下结论：

1）由于电动机的无功电流必须存在，因此，不管采取哪种补偿方式，电动机本身所需的无功功率不变，只是负载的无功取用的位置变化了，即负载的功率因数没有任何变化。采取补偿后，只是线路上流动的无功功率减少了，即线路的功率因数提高了。因此，线路的功率因数提高并不等于负载本身的功率因数发生变化。实际上，补偿前后负载取用的有功和无功没有任何改变。

2）无功功率补偿的是补偿电容器安装以前的线路。

3）无功功率补偿电容器安装的位置越接近负载线路末端，线路的电能损失越少，节电效果越明显。

Analysis on Energy Saving Effect of Reactive Power Compensator Installation Site

Liu Jian-rong

Introduces the type of capacitor reactive power compensation．Takes the power supply system in Jinyang coal preparation plant of Taiyang coal gasification as example，analyzes the reactive current flow in the wire before compensation，concentrated compensation and local compensation，and compares the energy-saving effect before and after the reactive power centralized compensation device in the plant transformed．Pointed out after compensation，just reactive power flowed on the line is reduced，that is line power factor is improved，in fact，load used active and reactive power before and after compensation has not changed．Reactive power compensation is the line before the capacitor installed，the location of reactive power compensation capacitor installing is closer to the load line end，the power loss of the line is less，and power saving effect is more obvious．

Reactive power compensation；Load reactive power；Reactive power of flowing on line；Energy saving effect

TD609

B

1672-0652（2013）07-0011-03

2013-04-10

刘建荣（1971—），女，山西介休人，1997年毕业于太原理工大学，助理工程师，主要从事选煤厂机电设备管理工作（E-mail）tygzy33＠163．com