低壓電網(wǎng)中無功補(bǔ)償?shù)男б?/h1>
日期：2025-05-10 12:04
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摘要：
無功補(bǔ)償是借助于無功補(bǔ)償設(shè)備提供必要的無功功率，以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低電能的損耗，改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量。
從電網(wǎng)無功功率消耗的基本狀況可以看出，各級網(wǎng)絡(luò)和輸配電設(shè)備都要消耗一定數(shù)量的無功功率，尤其是以低壓配電網(wǎng)所占比重*大。為了*大限度的減少無功功率的傳輸損耗，提高輸配電設(shè)備的效率，無功補(bǔ)償設(shè)備的配置，應(yīng)按照“分級補(bǔ)償，就地平衡”的原則，合理布局。
一、低壓配電網(wǎng)無功補(bǔ)償的方法
隨機(jī)補(bǔ)償：隨機(jī)補(bǔ)償就是將低壓電容器組與電動機(jī)并接，通過控制、保護(hù)裝置與電機(jī)，同時投切。
隨器補(bǔ)償：隨器補(bǔ)償是指將低壓電容器通過低壓接在配電變壓器二次側(cè)，以補(bǔ)償配電變壓器空載無功的補(bǔ)償方式。
跟蹤補(bǔ)償：跟蹤補(bǔ)償是指以無功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，將低壓電容器組補(bǔ)償在大用戶0.4KV母線上的補(bǔ)償方式。適用于100KVA以上的專用配變用戶，可以替代隨機(jī)、隨器兩種補(bǔ)償方式，補(bǔ)償效果好。
二、無功功率補(bǔ)償容量的選擇方法
無功補(bǔ)償容量以提高功率因數(shù)為主要目的時，補(bǔ)償容量的選擇分兩大類討論，即單負(fù)荷就地補(bǔ)償容量的選擇（主要指電動機(jī)）和多負(fù)荷補(bǔ)償容量的選擇（指集中和局部分組補(bǔ)償）。
（一）單負(fù)荷就地補(bǔ)償容量的選擇的幾種方法
1．美國：QC＝（1／3）PE
2．日本：QC＝（1／4～1／2）PE
3．瑞典：QC≤√3UEIO×10－3（KVAR）IO－空載電流＝2IE（1－COSφE）
若電動機(jī)帶額定負(fù)載運行，即負(fù)載率β＝1，則：QO根據(jù)電機(jī)學(xué)知識可知，對于IO／IE較低的電動機(jī)（少極、大功率電動機(jī)），在較高的負(fù)載率β時吸收的無功功率Qβ與激勵容量QO的比值較高，即兩者相差較大，在考慮導(dǎo)線較長，無功當(dāng)量較高的大功率電動機(jī)以較高的負(fù)載率運行方式下，此式來選取是合理的。
4．按電動機(jī)額定數(shù)據(jù)計算：
Q＝K（1－COS2φE）3UEIE×10－3（KVAR）
K為與電動機(jī)極數(shù)有關(guān)的一個系數(shù)
極數(shù)：246810
K值：0.70.750.80.850.9
考慮負(fù)載率及極對數(shù)等因素，按式（4）選取的補(bǔ)償容量，在任何負(fù)載情況下都不會出現(xiàn)過補(bǔ)償，而且功率因數(shù)可以補(bǔ)償?shù)?span lang="EN-US">0.90以上。此法在節(jié)能技術(shù)上廣泛應(yīng)用，特別適用于IO／IE比值較高的電動機(jī)和負(fù)載率較低的電動機(jī)。但是對于IO／IE較低的電動機(jī)額定負(fù)載運行狀態(tài)下，其補(bǔ)償效果較差。
（二）多負(fù)荷補(bǔ)償容量的選擇
多負(fù)荷補(bǔ)償容量的選擇是根據(jù)補(bǔ)償前后的功率因數(shù)來確定。
1。對已生產(chǎn)企業(yè)欲提高功率因數(shù)，其補(bǔ)償容量QC按下式選擇：
QC＝KMKJ（TGφ1－TGφ2）／TM
式中：KM為*大負(fù)荷月時有功功率消耗量，由有功電能表讀得；KJ為補(bǔ)償容量計算系數(shù)，可取0.8～0.9；TM為企業(yè)的月工作小時數(shù)；TGφ1、TGφ2是指負(fù)載阻抗角的正切，TGφ1＝Q1／P，TGφ2＝Q2／P；TGφ（UI）可由有功和無功電能表讀數(shù)求得。
2。對處于設(shè)計階段的企業(yè)，無功補(bǔ)償容量QC按下式選擇：
QC＝KNPN（TGφ1－TGφ2）
式中KN為年平均有功負(fù)荷系數(shù)，一般取0.7～0.75；PN為企業(yè)有功功率之和；TGφ1、TGφ2意義同前。TGφ1可根據(jù)企業(yè)負(fù)荷性質(zhì)查手冊近似取值，也可用加權(quán)平均功率因數(shù)求得COSφ1。
多負(fù)荷的集中補(bǔ)償電容器安裝簡單，運行可靠、利用率較高。
三、無功補(bǔ)償的效益
在現(xiàn)代用電企業(yè)中，在數(shù)量眾多、容量大小不等的感性設(shè)備連接于系統(tǒng)中，以致電網(wǎng)傳輸功率除有功功率外，還需無功功率。如自然平均功率因數(shù)在0.70～0.85之間。企業(yè)消耗電網(wǎng)的無功功率約占消耗有功功率的60％～90％，如果把功率因數(shù)提高到0.95左右，則無功消耗只占有功消耗的30％左右。減少了電網(wǎng)無功功率的輸入，會給用電企業(yè)帶來效益。
（一）節(jié)省企業(yè)電費開支。提高功率因數(shù)對企業(yè)的直接效益是明顯的，因為國家電價制度中，從合理利用有限電能出發(fā)，對不同企業(yè)的功率因數(shù)規(guī)定了要求達(dá)到的不同數(shù)值，低于規(guī)定的數(shù)值，需要多收電費，高于規(guī)定數(shù)值，可相應(yīng)地減少電費。使用無功補(bǔ)償不但減少初次費用，而且減少了運行后的基本電費。
（二）降低系統(tǒng)的能耗。補(bǔ)償前后線路傳送的有功功率不變，P＝IUCOSφ，由于COSφ提高，補(bǔ)償后的電壓U2稍大于補(bǔ)償前電壓U1，為分析問題方便，可認(rèn)為U2≈U1從而導(dǎo)出I1COSφ1＝I2COSφ2。即I1／I2＝COSφ2／COSφ1，這樣線損P減少的百分?jǐn)?shù)為：
ΔP％＝（1－I2／I1）×100％＝（1－COSφ1／COSφ2）×100％
當(dāng)功率因數(shù)從0.70～0.85提高到0.95時，由上式可求得有功損耗將降低20％～45％。
（三）改善電壓質(zhì)量。以線路末端只有一個集中負(fù)荷為例，假設(shè)線路電阻和電抗為R、X，有功和無功為P、Q，則電壓損失ΔU為：
△U＝（PR＋QX）／UE×10－3（KV）兩部分損失：PR／UE→輸送有功負(fù)荷P產(chǎn)生的；QX／UE→輸送無功負(fù)荷Q產(chǎn)生的；
配電線路：X＝（2～4）R，△U大部分為輸送無功負(fù)荷Q產(chǎn)生的
變壓器：X＝（5～10）RQX／UE＝（5～10）PR／UE變壓器△U幾乎全為輸送無功負(fù)荷Q產(chǎn)生的。
可以看出，若減少無功功率Q，則有利于線路末端電壓的穩(wěn)定，有利于大電動機(jī)的起動。
（四）三相異步電動機(jī)通過就地補(bǔ)償后，由于電流的下降，功率因數(shù)的提高，從而增加了變壓器的容量，計算公式如下：
△S＝P／COSφ1×【（COSφ2／COSφ1）－1】
如一臺額定功率為155KW水泵的電機(jī)，補(bǔ)前功率因數(shù)為0.857，補(bǔ)償后功率因數(shù)為0.967，根據(jù)上面公式計算其增容量為：（155÷0.857）×【（0.967÷0.857）－1】＝24KVA
四、結(jié)束語
在配電網(wǎng)中進(jìn)行無功補(bǔ)償、提高功率因數(shù)和做好無功優(yōu)化，是一項建設(shè)性的節(jié)能措施。本文簡要分析了三種無功補(bǔ)償的方法和兩種無功功率補(bǔ)償容量的選擇方法以及無功補(bǔ)償后的良性影響。在實際設(shè)計中，要具體問題具體分析，使無功補(bǔ)償應(yīng)用獲得*大的效益。
無功補(bǔ)償是借助于無功補(bǔ)償設(shè)備提供必要的無功功率，以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低電能的損耗，改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量。
從電網(wǎng)無功功率消耗的基本狀況可以看出，各級網(wǎng)絡(luò)和輸配電設(shè)備都要消耗一定數(shù)量的無功功率，尤其是以低壓配電網(wǎng)所占比重*大。為了*大限度的減少無功功率的傳輸損耗，提高輸配電設(shè)備的效率，無功補(bǔ)償設(shè)備的配置，應(yīng)按照“分級補(bǔ)償，就地平衡”的原則，合理布局。
一、低壓配電網(wǎng)無功補(bǔ)償的方法
隨機(jī)補(bǔ)償：隨機(jī)補(bǔ)償就是將低壓電容器組與電動機(jī)并接，通過控制、保護(hù)裝置與電機(jī)，同時投切。
隨器補(bǔ)償：隨器補(bǔ)償是指將低壓電容器通過低壓接在配電變壓器二次側(cè)，以補(bǔ)償配電變壓器空載無功的補(bǔ)償方式。
跟蹤補(bǔ)償：跟蹤補(bǔ)償是指以無功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，將低壓電容器組補(bǔ)償在大用戶0.4KV母線上的補(bǔ)償方式。適用于100KVA以上的專用配變用戶，可以替代隨機(jī)、隨器兩種補(bǔ)償方式，補(bǔ)償效果好。
二、無功功率補(bǔ)償容量的選擇方法
無功補(bǔ)償容量以提高功率因數(shù)為主要目的時，補(bǔ)償容量的選擇分兩大類討論，即單負(fù)荷就地補(bǔ)償容量的選擇（主要指電動機(jī)）和多負(fù)荷補(bǔ)償容量的選擇（指集中和局部分組補(bǔ)償）。
（一）單負(fù)荷就地補(bǔ)償容量的選擇的幾種方法
1．美國：QC＝（1／3）PE
2．日本：QC＝（1／4～1／2）PE
3．瑞典：QC≤√3UEIO×10－3（KVAR）IO－空載電流＝2IE（1－COSφE）
若電動機(jī)帶額定負(fù)載運行，即負(fù)載率β＝1，則：QO根據(jù)電機(jī)學(xué)知識可知，對于IO／IE較低的電動機(jī)（少極、大功率電動機(jī)），在較高的負(fù)載率β時吸收的無功功率Qβ與激勵容量QO的比值較高，即兩者相差較大，在考慮導(dǎo)線較長，無功當(dāng)量較高的大功率電動機(jī)以較高的負(fù)載率運行方式下，此式來選取是合理的。
4．按電動機(jī)額定數(shù)據(jù)計算：
Q＝K（1－COS2φE）3UEIE×10－3（KVAR）
K為與電動機(jī)極數(shù)有關(guān)的一個系數(shù)
極數(shù)：246810
K值：0.70.750.80.850.9
考慮負(fù)載率及極對數(shù)等因素，按式（4）選取的補(bǔ)償容量，在任何負(fù)載情況下都不會出現(xiàn)過補(bǔ)償，而且功率因數(shù)可以補(bǔ)償?shù)?span lang="EN-US">0.90以上。此法在節(jié)能技術(shù)上廣泛應(yīng)用，特別適用于IO／IE比值較高的電動機(jī)和負(fù)載率較低的電動機(jī)。但是對于IO／IE較低的電動機(jī)額定負(fù)載運行狀態(tài)下，其補(bǔ)償效果較差。
（二）多負(fù)荷補(bǔ)償容量的選擇
多負(fù)荷補(bǔ)償容量的選擇是根據(jù)補(bǔ)償前后的功率因數(shù)來確定。
1。對已生產(chǎn)企業(yè)欲提高功率因數(shù)，其補(bǔ)償容量QC按下式選擇：
QC＝KMKJ（TGφ1－TGφ2）／TM
式中：KM為*大負(fù)荷月時有功功率消耗量，由有功電能表讀得；KJ為補(bǔ)償容量計算系數(shù)，可取0.8～0.9；TM為企業(yè)的月工作小時數(shù)；TGφ1、TGφ2是指負(fù)載阻抗角的正切，TGφ1＝Q1／P，TGφ2＝Q2／P；TGφ（UI）可由有功和無功電能表讀數(shù)求得。
2。對處于設(shè)計階段的企業(yè)，無功補(bǔ)償容量QC按下式選擇：
QC＝KNPN（TGφ1－TGφ2）
式中KN為年平均有功負(fù)荷系數(shù)，一般取0.7～0.75；PN為企業(yè)有功功率之和；TGφ1、TGφ2意義同前。TGφ1可根據(jù)企業(yè)負(fù)荷性質(zhì)查手冊近似取值，也可用加權(quán)平均功率因數(shù)求得COSφ1。
多負(fù)荷的集中補(bǔ)償電容器安裝簡單，運行可靠、利用率較高。
三、無功補(bǔ)償的效益
在現(xiàn)代用電企業(yè)中，在數(shù)量眾多、容量大小不等的感性設(shè)備連接于系統(tǒng)中，以致電網(wǎng)傳輸功率除有功功率外，還需無功功率。如自然平均功率因數(shù)在0.70～0.85之間。企業(yè)消耗電網(wǎng)的無功功率約占消耗有功功率的60％～90％，如果把功率因數(shù)提高到0.95左右，則無功消耗只占有功消耗的30％左右。減少了電網(wǎng)無功功率的輸入，會給用電企業(yè)帶來效益。
（一）節(jié)省企業(yè)電費開支。提高功率因數(shù)對企業(yè)的直接效益是明顯的，因為國家電價制度中，從合理利用有限電能出發(fā)，對不同企業(yè)的功率因數(shù)規(guī)定了要求達(dá)到的不同數(shù)值，低于規(guī)定的數(shù)值，需要多收電費，高于規(guī)定數(shù)值，可相應(yīng)地減少電費。使用無功補(bǔ)償不但減少初次費用，而且減少了運行后的基本電費。
（二）降低系統(tǒng)的能耗。補(bǔ)償前后線路傳送的有功功率不變，P＝IUCOSφ，由于COSφ提高，補(bǔ)償后的電壓U2稍大于補(bǔ)償前電壓U1，為分析問題方便，可認(rèn)為U2≈U1從而導(dǎo)出I1COSφ1＝I2COSφ2。即I1／I2＝COSφ2／COSφ1，這樣線損P減少的百分?jǐn)?shù)為：
ΔP％＝（1－I2／I1）×100％＝（1－COSφ1／COSφ2）×100％
當(dāng)功率因數(shù)從0.70～0.85提高到0.95時，由上式可求得有功損耗將降低20％～45％。
（三）改善電壓質(zhì)量。以線路末端只有一個集中負(fù)荷為例，假設(shè)線路電阻和電抗為R、X，有功和無功為P、Q，則電壓損失ΔU為：
△U＝（PR＋QX）／UE×10－3（KV）兩部分損失：PR／UE→輸送有功負(fù)荷P產(chǎn)生的；QX／UE→輸送無功負(fù)荷Q產(chǎn)生的；
配電線路：X＝（2～4）R，△U大部分為輸送無功負(fù)荷Q產(chǎn)生的
變壓器：X＝（5～10）RQX／UE＝（5～10）PR／UE變壓器△U幾乎全為輸送無功負(fù)荷Q產(chǎn)生的。
可以看出，若減少無功功率Q，則有利于線路末端電壓的穩(wěn)定，有利于大電動機(jī)的起動。
（四）三相異步電動機(jī)通過就地補(bǔ)償后，由于電流的下降，功率因數(shù)的提高，從而增加了變壓器的容量，計算公式如下：
△S＝P／COSφ1×【（COSφ2／COSφ1）－1】
如一臺額定功率為155KW水泵的電機(jī)，補(bǔ)前功率因數(shù)為0.857，補(bǔ)償后功率因數(shù)為0.967，根據(jù)上面公式計算其增容量為：（155÷0.857）×【（0.967÷0.857）－1】＝24KVA
四、結(jié)束語
在配電網(wǎng)中進(jìn)行無功補(bǔ)償、提高功率因數(shù)和做好無功優(yōu)化，是一項建設(shè)性的節(jié)能措施。本文簡要分析了三種無功補(bǔ)償的方法和兩種無功功率補(bǔ)償容量的選擇方法以及無功補(bǔ)償后的良性影響。在實際設(shè)計中，要具體問題具體分析，使無功補(bǔ)償應(yīng)用獲得*大的效益。
