无功补偿技术对低压电网功率因数的影响

袁相伟 臧德帅

摘 要：通过现场技术改造，可使低于标准要求的功率因数达标，实现节电目的。本文分析了无功补偿的作用和补偿容量的选择方法，着重论述低压电网和异步电动机无功补偿容量的配置。提高低压电网和用电设备的功率因数，已成为节电工作的一项重要措施。

关键词：节电技术;功率因数;无功补偿

1、前言

无功补偿，就是借助于无功补偿设备提供必要的无功功率，以提高系统的功率因数，降低能耗，改善电网电压质量。

无功补偿的合理配置原则：无功补偿设备的配置，应按照“分级补偿，就地平衡”的原则，合理布局。

（1）总体平衡与局部平衡相结合，以局部为主 。

（2）在配电网络中，用户消耗的无功功率约占50%～60%，其余的无功功率消耗在配电网中，所以必须由电力部门补偿与用户补偿相结合。

（3）分散补偿与集中补偿相结合，以分散为主。

集中补偿，是在变电所集中装设较大容量的补偿电容器。分散补偿，指在配电网络中分散的负荷区;中、低压配电网应以分散补偿为主。

（4）降损与调压相结合，以降损为主。

2、影响功率因数的主要因素。当有功功率P一定时，如减少无功功率Q，则功率因数便能够提高。

2.1、异步电动机和电力变压器是耗用无功功率的主要设备

变压器不应空载运行或长期低负载运行;防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。

2.2、 供电电压超出规定范围会对功率因数造成很大的影响。当供电电压高于额定值的10%时，无功将增加35%左右。当供电电压低于额定值时，功率因数有所提高，供电电压降低会影响设备的正常工作。所以，应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。

2.3、电网频率的波动也会对异步电机和变压器的磁化无功功率造成一定的影响。

2.4、以上论述了影响电力系统功率因数的一些主要因素，因此必须要使低压网能够实现无功的就地平衡，达到降损节能的效果。

3、 低压配电网无功补偿的方法

提高功率因数的主要方法是采用低压无功补偿技术，我们通常采用的方法主要有三种：随机补偿、随器补偿、跟踪补偿。

3.1、随机补偿

随机补偿就是将低压电容器组与电动机并接与电机同时投切。随机补偿适用于补偿电动机的无功消耗，以补励磁无功为主，随机补偿的优点是：不需频繁调整补偿容量。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活，维护简单、事故率低等。

3.2、随器补偿

随器补偿是指将低压电容器通过低压保险接在配电变压器二次侧，以补偿配电变压器空载无功的补偿方式。对于轻负载的配变而言，这部分损耗占比很大，从而导致电费单价的增加。

随器补偿的优点：接线简单、维护管理方便、能有效地补偿配变空载无功，无功就地平衡，从而提高配变利用率，降低无功网损，具有较高的经济性，是目前补偿无功最有效的手段之一。

3.3、 跟踪补偿

跟踪补偿是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置，将低压电容器组补偿在大用户0.4kv母线上的补偿方式。适用于100kVA以上的专用配变用户，可以替代随机、随器两种补偿方式，补偿效果好。跟踪补偿的优点是运行方式灵活，运行维护工作量小，比前两种补偿方式寿命相对延长、运行更可靠。但缺点是控制保护装置复杂、首期投资相对较大。但当这三种补偿方式的经济性接近时，应优先选用跟踪补偿方式。

4、无功功率补偿容量的选择方法

无功补偿容量以提高功率因数为主要目的时，补偿容量的选择分单负荷就地补偿容量的选择和多负荷补偿容量的选择。

4.1、单负荷就地补偿容量的选择的几种方法：

（1）、美国资料推荐：Qc=（1/3）Pe [额定容量的1/3]

将电容器装在箱内，至于电动机附近，对其进行单独就地补偿。

就地补偿电容器容量表

Y系列380伏三相异步电动机就地补偿电容器容量kvar

4.2、多负荷补偿容量的选择

多负荷补偿容量的选择是根据补偿前后的功率因数来确定。

（1）对已生产企业欲提高功率因数，其补偿容量Qc按下式选择：Qe=KmKj（tgφ1-tgφ2）/Tm

式中：Km为最大负荷月时有功功率消耗量，由有功电能表读得;Kj为补偿容量计算系数，可取0.8～0.9;Tm为企业的月工作小时数;tgφ1、tgφ2意义同前，tgφ1由有功和无功电能表读数求得。

（2）对处于设计阶段的企业，无功补偿容量Qc按下式选择：Qc=KnPn（tgφ1-tgφ2）式中Kn为年平均有功负荷系数，一般取0.7～0.75;Pn为企业有功功率之和;tgφ1、tgφ2意义同前。tgφ1可根据企业负荷性质查手册近似取值，也可用加权平均功率因数求得cosφ1。

5、无功补偿的效益

5.1、节省企业电费开支。国家电价制度中，对不同企业的功率因数规定了要求达到的不同数值，低于规定的数值，需要多收电费，高于规定数值，可相应地减少电费。

5.2、提高设备的利用率。在同样有功功率下，因功率因数的提高，负荷电流减少，因此向负荷传送功率增加了功率储备;如果原网络已趋于过载，由于功率因数的提高，输送无功电流的减少，使系统不致于过载运行;对尚处于设计阶段的新建企业来说则能降低设备容量，减少投资费用，在一定条件下，改善后的功率因数可以使所选变压器容量降低。因此，使用无功补偿不但减少初次投资费用，而且减少了运行后的基本电费。

5.3、降低系统的能耗

补偿前后线路传送的有功功率不变，P= IUCOSφ，当功率因数从0.70～0.85提高到0.95时，有功损耗将降低20%～45%。

5.4、改善电压质量。若减少无功功率Q，则有利于线路末端电压的稳定，有利于大电动机的起动。因此，无功补偿能改善电压质量，调压只是一个辅助作用。

5.5、三相异步电动机通过就地补偿后，电流下降，功率因数的提高，增加了变压器的容量，以新泰市柠檬酸厂为例;该厂为35KV直接降压400V 的配电系统，总装机容量为1500KW，由三臺1000KVA变压器并列运行。该厂采用了配电室集中补偿和电动机就地补偿的无功补偿方式。在发酵车间6台65KW和4台132KW的电机，5台130KW的空压机，3台50KW的潜水泵分别装设了电容器组，随着电动机启、停而投入，切除;在配电室装设了电容器自动控制屏，十分有效地提高了功率因数降低了无功损耗，和一部分线损，使企业获得了很好的经济效益。

以上可见，提高电网功率因数对企业和社会有着巨大的经济效益，因此，做为企业来说应尽可能的提高功率因数来节约电能，降低损耗，以提高经济效益。

参考文献：

[1]沈世锐，《电工学》中央理工大学，中央广播电视大学出版社