浅谈配电系统中无功补偿容量的计算

田源

摘 要：在配电网中，仅靠供电网注入的无功功率，远远不能满足负荷对无功的要求，所以在配电网中，需要消耗无功功率的地方产生无功功率，这就是无功功率的就地补偿。并联电容器组是配电网中应用最广泛的无功补偿设备，通过投切电容器组可有效调整配电网中的无功功率，以满足在正常电压水平下系统对无功功率的需求。

关健词：无功补偿 功率因数 无功补偿的计算

1.前言

为减少用电网对供电网无功功率的需求，提高电力系统的电压水平，减小网络损耗和改善电力系统的动态性能，在电力系统中的变电所或直接在电能用户变电所装设无功功率电源，这种技术措施称为无功补偿。

2.功率因数与无功补偿

2.1 自然功率因数

功率因数为供电网输送的有功功率P与视在功率S的比值，称为功率因数cosφ。其计算方式为：

视在功率 S2=P2+Q2

功率因数 cosφ=P/S

式中S—视在功率 P—有功功率 Q—无功功率

在电力网的运行中，功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度，我们希望的是功率因数越大越好。这样供电线路中的无功功率可以降到最小，视在功率将大部分用来供给有功功率，从而提高电能输送的功率。

在用电设备没有安装无功补偿设备时的功率因数，即用电设备本身所具有的功率因数，称为自然功率因数。

2.2 无功补偿对功率因数的影响

在油气田建设中，采用并联电容器集中补偿的方式进行无功补偿。在用电系统中，根据无功负荷，就地投切所需电容器，为用电设备提供其所需无功功率，使所需的无功功率就地平衡，这样就使得供电网输送的无功功率减少，相应的视在功率也相应减少。无功功率的就地平衡不仅可以在输送有功功率不变的情况下减少供电网输送的视在功率，提高功率因数及电网效率，还避免了无功功率长距离输送，使无功电流在线路上造成的线损大大减少。

简而言之，无功补偿可以减少供电网的无功功率，提高功率因数，提高供电质量，提高电网效率，减少供电损失。

3.无功补偿的计算

无功补偿的容量若过小，则不能使功率因数及供电效率达到理想效果；无功补偿的容量若过大，则会造成无功功率向供电网倒供，使功率因数超前，造成不必要的经济损失。

因此，对用电网进行无功补偿容量进行计算，合理选择无功功率补偿器的容量，具有重大的经济效益和社会意义。

根据查阅相关资料，无功补偿的容量由以下公式计算：

Qc=Pj（tgφ1-tgφ2） （1）

式中 Pj—补偿前的负荷有功功率

Qc—无功补偿的容量，即移相电容器容量

cosφ1—无功补偿前的功率因数

cosφ2—无功补偿后的功率因数

4.举例分析无功补偿的计算

无功补偿在油气田配电网建设中有着重要的作用，本文就宁夏石油储备库临时用电及靖边防腐厂节能改造的两个实例，典型分析下无功补偿的计算方法。

4.1 宁夏石油储备库临时用电的无功补偿计算

经过宁夏石油储备库施工设备的负荷计算、变压器选型等准备工作，确定以下数据资料：

变压器容量为630kVA，补偿前功率因数为cosφ1=0.75，目标补偿后功率因数为cosφ2=0.9。

即按照变压器满负荷运行的情况下

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

根据计算公式，所需无功补偿的容量为

Qc=630×（0.88-0.48）=252kvar

即容量为630kVA的变压器满负荷运行，若功率因数从0.75提升到0.9，即可选用255kvar的无功功率补偿电容器。

4.2 靖边防腐厂节能改造的无功补偿计算

待补偿的变压器为一台用于中频炉的800kVA变压器，一台用于照明维修的500kVA变压器。

4.2.1 用于中频炉的800kVA变压器的无功补偿计算

此台变压器的主要负载为两台中频炉设备：

（1）额定功率500KW，实际运行功率200-400KW；

（2）额定功率350KW，实际运行功率150-280KW。

中频炉的工作特性是负荷越大功率因数越高，负荷超过80%时，功率因数大约为0.80，但如果仅是满负荷的40%，功率因数仅大约为0.45。

日常工作时中频炉最大及最小工作负荷如下：

最大负荷是Pmax=400+280=680KW，大约占额定功率的80%，此时按功率因数cosφmax=0.80。

最小负荷是Pmin=200+150=350KW，大约占额定功率的40%，此时功率因数按cosφmin=0.45。

经过无功补偿后，目标功率因数按cosφ=0.95计算。

（1）最大负荷情况下无功补偿计算

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

因此，Qmax=680×（0.75-0.33）=286kvar

（2）最小负荷情况下无功补偿计算

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

因此，Qmin=350×（1.98-0.33）=578kvar

综合考虑，选择无功补偿电容器的容量为550kvar，即使在最小负荷时，目标功率因数也能达到91.5%以上。

4.2.2 用于照明维修的500kVA变压器的无功补偿计算

变压器容量为500kVA，补偿前功率因数为cosφ1=0.7，目标补偿后功率因数为cosφ2=0.95。

即按照变压器满负荷运行的情况下

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

根据计算公式，所需无功补偿的容量为

Qc=500×（1.02-0.33）=345kvar

即容量为630kVA的变压器满负荷运行，若功率因数从0.7提升到0.95，即可选用350kvar的无功功率补偿电容器。

针对不同的用电负荷、不同的无功功率需求、不同的功率因数，应根据实际情况，对其进行不同的无功补偿的容量计算，才不至于造成不必要的经济损失。

5 结束语

本文通过对宁夏石油储备库临时用电系统的无功补偿计算及靖边防腐厂节能改造的无功补偿进行实例计算，提出了无功补偿的计算方法，并分析了无功补偿容量的合理选型，指出实际工作中对于不同负荷、不同无功功率需求、不同功率因数，如何进行无功补偿计算及如何合理选用无功补偿容量。