无功补偿在医院低压配电柜中的应用

南京鼓楼医院集团宿迁市人民医院 郭艮俊

电力的广泛应用加速了科学技术的发展，改变着生产和生活的面貌。随着医院的不断发展，医院的安全用电影响医院建设、发展、稳定。所以提高供电系统可靠性，是一项重要工作。目前，我国10kV以下的综合变站中安装的低压配电柜(箱)，普遍是只装有电压表、电流表，随着医疗设备的更新对电网电压质量的要求日渐加强，我院为降损、节能，提高电压质量，增加电网输送能力和电气设备利用率，将低压并联电容器柜集中装设在低压配电室内，在主回路中增加了“无功补偿装置—电容器补偿柜”，达到集中补偿的目的，增加电网输送能力和电气设备利用率。

一、无功问题

由于系统容量较大，好多电气设备负载医疗设备，通过变频器进行控制，感性负荷较多，提高功率因数的途径在于减少电力系统各部分所需的无功功率，特别是负载取用的无功功率，使电力系统在输送一定的有功功率时，可降低其中通过的无功电流。采用低压并联电容补偿装置，安装于低压配电室内，配电二次侧，通过自动投切并联电容器组集中补偿，改善功率因数，同时防止电网负荷较轻时，发生不投入时则欠补偿，投入又过补偿的投切震荡现象，使电网处于欠补或过补状态，导致供电网络震荡。

二、无功需求

电压加到感抗上以及电流流过感抗都要消耗无功功率。在感性负荷中消耗的无功功率称无功负荷；在电网的输、变、配设备(主要是架空线路和变压器)的电抗上消耗的无功功率称电网无功损耗。无功负荷与无功损耗之和即为电网的无功总需求。电网无功损耗约占电网无功总需求的近一半

三、无功功率负荷和无功功率损耗

1.在各种用电设备中，除电热设备和白炽灯等纯阻性负荷只消耗有功功率、为数不多的同步电动机可发出一部分无功功率外，大多数都要消耗无功功率。用电负荷的自然功率因数都是滞后的，其值约为0.6～0.9（其中较大的数值对应于采用了大容量同步电动机的场合）。

2.变压器的无功功率损耗变压器中的无功功率损耗分为两部分：励磁支路损耗和绕组漏抗损耗。其中，励磁支路损耗的百分值等于空载电流的百分值，约为1～2%；绕组漏抗损耗，在变压器满载时，基本上等于短路电压的百分值，约为10%左右。

3.采取优化分布无功功率电源，实现无功功率的平衡。国家在上个世纪80年代，推行了提高电力用户功率因数的政策，在《全国供用电规则》（1983年8月25日水利电力部发布）中作出了明确规定。《全国供用电规则》第41条：无功功率应就地平衡。用户应在提高用电自然功率因数的基础上，设计和装置无功补偿设备，并做到随其负荷和电压变动及时投入或切除。防止无功电力倒送

4.提高用电设备的自然功率因数。在一般的工业企业用电消耗的无功功率中，感应电动机占30%，变压器占20%，线路占10%。因此，为了降低无功功率损耗，提高自然功率因数，通常可以采用的方式有；(1)合理选择拖动电机的容量，使其接近满载运行；(2)对于平均负荷小于40%的电动机，应改换小容量电动机；(3)合理安排和调整生产工艺流程，改善电器设备的运行方式，避免和控制空载运转；(4)正确选择配电变压器容量，提高变压器的负荷率(一般以75～80%比较合适)。对于负载率小于30%的变压器应予以断开(退出并联运行，由其中一台供电)或更换小容量变压器。

四、无功补偿的目的

视在功率S、有功功率P和无功功率Q三者之间符合直角三角形的关系，为：S=P+jQ，S2＝P2＋Q2，功率因数cos准＝P/S。发电厂的发电机只有在额定电压、电流、功率因数下运行时，视在功率才能达到额定值，其容量才能有效利用。只有通过进行无功功率补偿，使系统各个节点实现无功功率的基本平衡，即尽量使Q值达到合理数值，提高功率因数，减少无功功率在电力网上的流动，才能使电力系统电压稳定、损耗减少；提高发电、供电设备(发电机、线路、变压器)的利用率；提高用户用电设备（变压器、线路、开关)的利用率等等，这就是无功补偿的目的。

五、无功自动补偿装置的特点

它的重要特点就是直接对补偿对象的无功功率采样和计算，自动跟踪补偿对象的实际无功功率的需求量，并依据实际无功需求量来控制补偿电容器的多级自动投切，基本上解决传统控制器只采样补偿对象的功率因数和只设定电容器投切门限值，不考虑实际无功需求量而使无功补偿中极易产生电容器投切振荡和无功过补返送的问题。本装置适用于380V三相四线的配电线路，它对于降低供电线路损失、提高设备供电能力、保证用户用电质量具有明显的效果。

表1 补偿前后各参数值比较（高峰时配电变压器低压侧数据）

六、无功补偿装置的装设位置

确定电容器装设位置的原则是就近补偿，但是需要综合考虑开关装置、建设投资、控制和管理等因素。电容器具体安装位置：(1)并联在电动机端子侧。应采用与电动机同时启动与停止的控制方式，要注意当电容器容量较大时，需考虑两个问题：①防止出现负荷倒送无功和电动机自励磁发电现象；②避免补偿电容引起谐振过电压。(2)配电变压器低压母线侧。这种补偿方式应用最广泛，电容器柜并接于低压母线，通过检测变压器出线电流与电压的相位，控制电容器组的投切。现在无功功率自动补偿控制器(或低压功率因数补偿控制器)产品很多，控制比较稳定，技术比较成熟，可实现的功能有：欠流报警并切除步进电容器；过流报警过压报警并切除步进电容器；失压报警；全投入仍低于cos准设置值报警；错误cos准值报警；电容器电容量低于额定值70%时报警；温度60℃报警70℃并切除步进电容器；谐波崎变率超过设置值报警并切除步进电容器等等。

七、补偿效果与效益

由表1可以看出，补偿前后效果十分明显。特别是月低压线损率下降了4.09个百分点，达到了节能降损的目的。

从表1数据可以看出，月低压线损率从14.35%降至10.26%，下降了4.09个百分点，此台区月用电量为80MWh，月平均电价按0.521元/kWh计算，每月可节约电量为3.272MWh，每月可多收电费1704.71元。按每组电容器的价格为3000元计算成本，配电变压器的容量200kVA，月用电量在10MWh左右，配备电容器为4组，共投资12000元，一年可收回投资，经济效益非常可观。

无功补偿可以减少功率损耗和电能损失，可以改善用户的电压质量，使电压损失DU有所下降，从而减少线路末端电压的偏低。所以，搞好电网的无功补偿对节能降损、提高电器设备的送电能力有着积极的意义。