浅谈无功补偿装置与节能降耗的关系及应用

冯艳彬

【摘 要】随着电网负荷的加大，线路损耗增大，合理利用无功补偿装置能起到降低线损，改善电网电压质量、增加效益的作用。本文从电网中无功功率的产生、电网电能的损耗原理、无功补偿的原理、无功补偿与节能降耗的理论关系、无功补偿的补偿方式及其优缺点、无功补偿装置工作原理、投入无功补偿装置前后电网参数的变化等几个方面入手，重点介绍了我公司投入无功补偿装置后，起到的节能降耗的作用。

【关键词】无功补偿装置；节能降耗

0.序言

随着公司顺利开车、高负荷运行，设备投入率显著增大，用电量大幅增加，由此带来的供电线路损耗增大。而电网中的电力负荷如电动机、变压器等，大部分属于感性负荷，在运行过程中需向这些设备提供相应的无功功率，而在此过程中将在输电线路上产生电能损耗，因此通过合理的无功补偿，可以减少线路和变压器输送的无功功率，起到降低电能损耗、增加效益的作用，同时能够改善电能质量，提高设备的利用率。

1.无功补偿与节能降耗的关系

所谓无功补偿，就是借助无功补偿设备向电网中提供必要的无功功率，达到提高电网的功率因数，降低能耗，改善电压质量的目的。

（1）电网中无功功率的产生及重要性。电网在运行时，电源供给的无功功率是电能转换为其他形式能源的前提，它是电能进行输送、转换的必要条件。没有它，变压器就不能改变电压、输送电能；没有它，电动机的旋转磁场就不能建立，电动机就无法转动，因此电网中的无功功率是必不可少的。

（2）电力输送过程中的电能损耗。电网中的电能损耗包括有功功率损耗和无功功率损耗两部分，为线路和变压器电能损耗之和。而通常所说的电能损耗指的是有功功率损耗。对于输电线路，无论是架空线路还是电力电缆，本身都存在电阻，当有电流流过时就会产生有功功率损耗；而对于变压器，有功功率损耗包括与负荷有关的电阻损耗和空载损耗（铁芯损耗）。

因此，合理利用无功补偿装置对负荷进行无功功率的补偿，提高电网的功率因数，可以减少电网提供的无功功率，从而减少由于无功功率在输配电网络的传输过程中造成的能量损耗和电压降落，既提高了电压质量，又减少了电能损耗。

2.无功补偿的方式及特点

无功补偿通常采用的方法主要有3种：低压就地无功补偿、低压集中、分组无功补偿、中压集中无功补偿。

下面简单介绍这3种补偿方式的适用范围及使用该种补偿方式的优缺点。

低压就地无功补偿：根据具体用电设备无功的产生量将单台或多台低压电容器组与用电设备并连，通过控制、保护装置与电机同时投切。随机吸收电感性设备的无功能量，转换成有功能量反送回电感设备。

低压就地补偿的优点是：

（1）从源头上转化了无功能量，能够减少大量的线路损耗能量，提高配变利用率，降低了视在功率。

（2）用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停运时，补偿设备也退出。

（3）具有单个设备、占位小、安装容易，真实有效的减少大量的视在功率，节电（节能）效果显著的优点。

缺点是：

（1）一次性投资金额较大。

（2）是负荷的变化补偿量也要跟随改变，对自动补偿控制器的响应要求高，而且要精确补偿的话补偿电容就不能容量过高，造成加一组就过补偿，减一组又不够现象。

（3）不容易测量单机节电效果，只有所在变压器系统内的所有感性设备都加装低压就地无功补偿，才能够真实的测量到节电效果。

低压集中、分组无功补偿：将低压电容器通过低压开关接在配电变压器低压母线侧，以无功补偿投切装置作为控制保护装置，根据低压母线上的无功负荷而直接控制电容器的投切。电容器的投切是整组进行，做不到平滑的调节。

低压集中、分组补偿无功的优点：

低压集中、分组补偿，仅能补偿无功能量对变压器的“涡流效应”

引起的配变利用率过低，在一定程度上提高配变利用率；同时对无功能量起到阻隔作用，防止无功能量闯入上一级电网造成电压的波动，降低网损。低压集中、分组补偿对企业而言社会意义远大于经济利益，具有一定的的经济性，是目前大对数企业无功补偿中常用的手段之一。

缺点是：

低压集中无功补偿，对于企业投资大而收益少，主要起到的是对低压侧无功的阻隔作用，对上游电网的贡献大，社会效益大于企业节约电费的收益非常有限。

中压集中无功补偿：

将并联电容器组直接装在变电所的6～10kV中压母线上的补偿方式。适用于用户远离变电所或在供电线路的末端，用户本身又有一定的高压负荷时，可以减少对电力系统无功的消耗并可以起到一定的补偿作用；补偿装置根据负荷的大小自动投切，从而合理地提高了用户的功率因数，对无功能量起到阻隔作用，防止无功能量闯入上一级电网造成电压的波动，降低网损，保护上游电网。同时便于运行维护，社会效益重大。

3.公司70%负荷用电情况

随着全厂工艺高负荷运行，电气设备投入率增大，用电量显著增加，现将各6kV母线段负荷情况总结如下：

各母线段功率因数普遍低于0.90，无功功率约占有功功率的55%—90%，大量无功功率的输送势必要增加电能损耗。因此通过无功补偿装置调节无功功率的输入，能够起到节能降耗，增加效益的作用。

4.无功补偿装置

我厂无功补偿装置采用中压集中补偿方式，分别于#1站、#3站、#4站、MTP、PP6kV母线段上对各负荷无功功率进行补偿。

每套电容器的主要设备：限流熔断器+真空接触器、串联干式电抗器、并联电容器组（含保护用外部熔断器）、放电线圈、接地开关、氧化锌避雷器及微机保护、控制、信号和电测量用一次及二次设备等。装置设有手动和自动投切方式，手动投切由用户根据系统的无功需要进行投入和切除，自动投切按用户要求采用施奈德专用控制器NRC12根据所接母线上功率因数及母线电压实现自动投切。

5.无功补偿的效益

在全厂70%负荷下投入无功补偿后电流、视在功率、功率因数（目标功率因数设置为0.95左右）的变化，由于输电线路较短、线路阻抗较小，因此线路电压损失较小，无功补偿前后母线电压无变化。但是功率因数的提高，负荷电流的减小，视在功率的减小，提高了设备的利用率，同时由于电网输送的无功功率减小，必然使线路上的损耗减少。

（1）投入无功补偿后提高了设备的利用率。对于原有供电设备来说，在同样的有功功率下，因功率因数提高了，负荷电流减小了，所以所需输送电能的变压器容量减小。以#4站6kV一段、二段负荷为例，从表三可知，在无功补偿装置补偿前，一、二段视在功率之和为20860kVA， #4站35kV #1、#2变压器额定容量为20000kVA，且互为备用，当一台变压器不能正常使用时，另一台变压器则不能满足容量要求，将影响正常生产。而在投入无功补偿装置后，一、二段视在功率之和为19637kVA，单台变压器就能满足容量要求，相当于提高了变压器容量，提高了设备的利用率，为安全、稳定生产提供了保证。

我厂负荷为从网控35kV盘柜经35kV电缆后由35/6kV变压器送入各母线段，因此将变压器低压侧电流换算到高压侧，再通过公式（6）、（7）及我厂输电电缆参数，可以计算出我厂全年（运行300天）电能损耗节约情况：

经过无功补偿后线路有功功率损耗减小6.691kw，全年电能损耗减小48188kwh，为公司降低生产成本、增加效益起到了一定的作用。

6.结论

综上所述，科学合理的应用无功补偿技术，对我厂负荷中的无功功率进行补偿后，一方面由于负荷电流的减小，间接的增加了变压器的容量，提高了设备的利用率，为公司安全生产提供了保证，同时由于负荷电流的较小，降低了用电设备的发热量，延长了用电设备的使用寿命；另一方面，由于电网中输送的无功功率的减少，负荷电流的减小，直接降低了输电线路的电能损耗，为公司降低生产成本、增加效益做出了贡献。 [科]