功率因数的动态补偿

功率因数的动态补偿（精选十篇）

功率因数的动态补偿 篇1

某二期工程新建一个35 kV变电站, 向新设备供电。该变电站进线电压为35 kV, 向新区供电电压采用10 kV电压。其主要负荷为可逆冷轧机组和电镀锡生产线, 还包含若干其他辅助设备。

各机组的负荷情况简介如下。

1) 可逆冷轧机组采用直流电机驱动, 通过多台10/0.63kV以及10/0.4 kV整流变压器分别向各机组直流电机的整流单元供电, 整流单元采用的是反并联三相全控桥式整流电路。各冷轧机组的主要驱动电机从316 kW到1 250 kW共有21台, 总装机容量为11 234 kW。

2) 电锡生产线的总装机容量约15 500kW, 传动部分除个别小容量设备采用了直流电机, 大多为矢量控制的交流变频驱动装置。生产线的工艺段采用了容量很大的低压大电流的整流设备, 整流设备采用的是双反星形的电路方式;涂镀后段还有大容量的软熔设备, 该设备采用了V/v连接组别的变压器, 原边为三相供电, 副变输出为单相。

可逆冷轧设备运行的特点导致了机组的功率因数和谐波含量在一个轧制周期中频繁变化, 而且波动范围极大。卷取机的功率因数反映到变压器的原边基本在0.2左右甚至更低, 主机功率因数最高时能够达到0.8, 一般也会在0.5左右, 根据以往统计数据估算, 月平均自然功率因数为0.59～0.73之间。谐波主要含有5, 7, 11, 13次谐波, 谐波含量大约在10%～20%之间。

电镀锡生产线上虽然工艺整流设备用了多重化的技术能够有效降低谐波, 但是电阻软溶设备的使用会导致2个方面的问题, 1) 三相不平衡;2) 负荷不稳定, 谐波很大, 而且无规律。

根据公司的发展规划, 先期上一台容量为20 000 kV·A, 35 kV/10 kV动力变压器供电, 供电系统为2段10 kV母线, 中间通过母联开关, 实现在一台20 000 kV·A, 35 kV/10 kV动力变压器时实现10 kV母线I, II段同时供电。

2 SVG的原理、特点及发展过程

由于SVG通过电力半导体开关的通断将直流侧电压转换成交流侧与电网同频率的输出电压, 如图1所示, SVG就像一个电压型逆变器, 其交流侧输出接的不是无源负载, 而是电网。因此SVG可以等效地被视为幅值和相位均可以控制的一个与电网同频率的交流电压源。它通过交流电抗器接到电网上。连接电抗的电流是可以由其电压来控制的。这个电流就是SVG从电网吸收的电流, 因此改变SVG交流侧输出电压的幅值及其相对于系统的相位, 就可以改变连接电抗上的电压, 从而控制SVG从电网吸收电流的相位和幅值, 也就控制了SVG吸收无功功率的性质和大小。

静止无功补偿技术经历了3代:第1代为机械式投切的无源补偿装置, 属于慢速无功补偿装置, 在电力系统中应用较早, 目前仍在应用;第2代为晶闸管控制电抗器 (thyristor controlled reactor, TCR) 与和固定电容器 (fixd capacitor, FC) 共同构成为代表的静止型无功补偿装置 (static var compensator, SVC) , 出现于20世纪70年代, 国外应用普遍, 我国目前主要用于配电系统中, 输电系统中应用很少;第3代为基于电压源换流器的静止同步补偿器 (static synchronous compensator, STATCOM) , 亦称SVG, 属快速的动态无功补偿装置, 国外从20世纪80年代开始研究, 90年代末得到较广泛的应用。

早期的无功补偿装置主要是无源装置, 方法是在系统母线上并联或者在线路中串联一定容量的电容器或者电抗器。这些补偿措施改变了网络参数, 特别是改变了谐波阻抗、电气距离和系统母线上的输入阻抗。无源装置使用机械开关, 它不具备快速性、反复性、连续性的特点, 因而不能实现短时纠正电压升高或降落的功能。

20世纪70年代以来, 以晶闸管控制的电抗器 (TCR) 、晶闸管投切的电容器 (TSC) 以及二者的混合装置 (TCR+TSC) 等主要形式组成的静止无功补偿器 (SVC) 得到快速发展。SVC可以看成是电纳值能调节的无功元件, 它依靠电力电子器件开关来实现无功调节。SVC作为系统补偿时可以连续调节并与系统进行无功功率交换, 同时还具有较快的响应速度, 它能够维持端电压恒定。

SVC虽然能对系统无功进行有效的补偿, 但是由于换流元件关断不可控, 因而容易产生较大的谐波电流, 而且其对电网电压波动的调节能力不够理想。随着大功率全控型电力电子器件GTO, IGBT及IGCT的出现, 特别是相控技术、脉宽调制技术 (PWM) 、4象限变流技术的提出使得电力电子逆变技术得到快速发展, 以此为基础的无功补偿技术也得以迅速发展。电压型的STATCOM (SVG) 直流侧采用直流电容为储能元件, 通过逆变器中电力半导体开关的通断将直流侧电压转换成交流侧与电网同频率的输出电压。当只考虑基波频率时, STATCOM可以看成一个与电网同频率的交流电压源通过电抗器联到电网上。由于STATCOM直流侧电容仅起电压支撑作用, 所以相对于SVC中的电容容量要小得多。此外, SVG和SVC相比, SVG的调节速度更快, 运行范围更宽, 而且在采用多重化、多电平或PWM技术等措施后大大减少补偿电流中的谐波含量, 更重要的是, SVG使用的电抗器和电容器元件比SVC中使用的电抗器和电容器要小, 这将大大缩小装置的体积和成本, SVG具有如此优越的性能, 显示了动态无功补偿装置的发展方向。

3 SVG的特点及组成

3.1 SVG的命名及产品选型

SVGR有源动态无功和谐波补偿装置是由链式静止同步补偿 (STATCOM/DSTATCOM, 又称为SVG) 和固定电容器 (FC) 共同构成的, 按各自容量的不同可组合成各种补偿范围的有源动态无功和谐波补偿装置。

以产品型号 SVG-L10/03-03/H示例:L用于负荷 (配电) 侧补偿。如果是S则表示用于系统 (供电) 侧补偿。其他代表额定电压为10 kV、补偿容性容量3 Mvar、补偿感性容量3 Mvar、具有滤波功能。

根据新建35 kV变电所发展要求, 结合SVG-L10系列动态有源动态无功和谐波补偿装置的特点, 考虑现场安装场地及今后扩容发展等因素, 在10 kV母线上通过高压开关柜接入固定补偿容量6 000 kvar的FC, 串联电抗器做成LC 5次滤波支路;提供一套动态补偿通过高压开关柜接入10 kV的SVG装置, SVG的容量为±6 Mvar (可以发6 Mvar的感性无功和6 Mvar的容性无功) , 并可以滤除13次以内的谐波, 设备型号为SVG-L10/12-0/H, 组成无功功率补偿范围0～12 Mvar的有源动态无功和谐波补偿装置。图2为主回路电气原理图。

3.2 SVG部分的设备组成

SVG由控制柜、功率柜、启动柜及联接电抗器4部分组成。如图3所示。

3.2.1 控制柜——控制装置的运行、保护和监测

控制柜内安装有SVG控制系统, 包括:控制器、脉冲发生器和脉冲分配器。

主控制器安装于控制柜中, 由主控机箱、PLC (可编程逻辑控制器) 和触摸屏等几个主要部分组成, 如图4所示。各部分功能如下。

1) 触摸屏:人机界面。

2) PLC:控制触摸屏的显示与操作, 并完成滤波电容器组的投切控制。其中一个RS485串口与主控机箱连接, 另一个RS485口与触摸屏连接。

3) 主控机箱:由各功能板卡组成, 完成核心的控制功能, 采用6U21槽机箱。

3.2.2 功率柜——换流链

SVG功率模块如图5所示。每相采用12个功率模块串联 (星接) , 串联在一起的功率模块组成换流链, 三相共36个功率模块, 其中每相有1个是冗余模块。换流链通过连接电抗器接入电网。SVG采用自励启动及链节自取电技术, 每个链节从自身和相邻链节取得控制电源, 使得可以实现N+1冗余运行。

1) 模块控制采用大规模FPGA芯片载波移相多电平空间矢量PWM控制策略, 电路简单, 抗干扰能力强, 可靠性高。

2) 采用自励启动技术, 使得装置投入时冲击电流小。

3) 模块面板共4个电气端子, 4个光纤端子, 接线简单, 还设有若干状态及故障指示灯, 方便维护及检修。

4) 由IGBT 组成的H桥电路输出的交流逆变电压相位和幅值可灵活控制, 从而实现动态提供容性或者感性无功的功能。

功率模块如图6所示。

通过数字信号处理器 (DSP) 根据主控制器的调制比M和相角差δ生成参考电压矢量, 按照参考电压分解的调制方法计算各开关状态和作用时间, 并通过数据总线发送给FPGA , 从而决定各桥臂开关的脉冲, 脉冲经分配处理后驱动IGBT。如果采用基于载波移相的SVM, N个逆变桥载波相互错开2π/N角度, 总的输出电压可以有效地消除低次谐波。其输出波形如图7所示。

经叠加后形成的波形如8所示。

3.2.3 连接电抗器

SVG的连接电抗器 (将装置接入系统的连接桥梁) 由3台单相空心电抗器组成, 户内安装, 电抗器的额定容量为SVG装置额定容量的12%。

3.2.4 启动柜

SVG启动部分结构简单, 由电动隔离开关和电阻并联构成。启动柜仅在SVG 投运前投入工作, SVG 投运后启动柜内隔离开关闭合, 启动柜被旁路。启动柜主要作用是限制SVG送电时每个链节上直流电容的充电电流, 避免电流过大导致IGBT 模块或直流电容损坏。

3.3 产品特点

3.3.1 动态补偿装置采用了链式结构

将多个两电平H 桥电路串联起来, 达到电压叠加的目的。与传统的多重化变流器技术方案相比, 链式结构的SVG省略了多重化连接变压器, 不但减小了占地面积, 降低了装置成本, 而且避免了多重化逆变变压器激磁回路中剩磁和饱和非线性导致的装置过电压和过电流。在接入系统受到扰动时, 链式电路可以分相进行控制以便更好地提供电压支撑作用。不仅如此, 采用链式结构的SVG还可以降低功率器件的开关频率, 降低开关损耗。

链式的谐波特性优于其它结构。采用SPWM (正弦脉宽调制) 或SHEPWM (特定消谐) , 通过高的开关频率或优化的IGBT 开关角极大降低了谐波含量, 有效利用直流侧电压、减小对电网的污染和装置自身损耗, 并能做到短时有功及谐波补偿, 谐波完全符合国标。

3.3.2 SVG的链式模块串联的均压特点

链节模块的串联是多个逆变电源的串联, 而不是IGBT的直接串联, 所以并不需要模块的一致性, 而且每个模块的脉冲错开一定的角度, 即IGBT并非同时导通, 所以产生过电压的机会并不多。采用脉冲循环控制机制, 直流侧电压波动在5%范围之内。

3.3.3 具备谐波补偿功能

当需要补偿负载所产生的谐波电流时, SVG检测出补偿对象负载电流的谐波分量, 将其反极性后作为补偿电流的指令信号, 由补偿电流发生电路产生的补偿电流与负载电流中的谐波分量大小相等、方向相反, 因而两者互相抵消, 使得电源电流只含基波, 不含谐波。谐波补偿电气原理简图见图9。

3.3.4 SVG产品技术特点

1) 控制系统采用全数字化设计, 采用DSP+FPGA+CPLD 的硬件模式, 能够并行处理大量数据、实时数字运算, 运算结果精度高, 响应速度快。

2) 控制系统和逆变器之间采用的光纤传输信号, 彻底解决高低压隔离问题, 避免电磁信号的干扰, SVG 工作更加稳定可靠。

3) 监控系统具有友好的人机界面, 便于控制和查询故障类型和故障位置。监控及保护系统通过通讯管理单元与上级自动化系统实现通讯, 通讯管理单元主要完成规约转换的功能, 这样可以实现远方监视和控制, 实现无人值守。

4) 动态补偿。可同时对无功功率和谐波进行补偿, 且补偿无功功率可做到连续平滑双向调节。

5) 节能降耗。通过无功及谐波补偿, 不仅减少无功损耗, 避免谐波在变压器内造成更大损耗, 还可以提高电气设备利用率, 提高单位时间内注入设备的有功功率, 工作效率大大提高, 节能降耗的效果显著。

6) 安全稳定性好。传统的补偿系统均属于阻抗型补偿装置, 对系统参数很敏感, 当参数配置不合理、或者一段时间后, 系统参数发生变化, 很容易引起系统谐振或谐波电流放大, 这也是一些传统补偿设备经常运行不正常的重要原因之一。谐振或谐波电流放大不仅危害补偿系统自身的设备安全, 对系统其他设备的安全也是隐患。

SVG是电流可控型, 对系统参数不敏感, 不会与电网阻抗发生谐振, 发生谐波放大的情况;即使补偿对象电流过大, SVG也不会发生过载, 并能正常发挥补偿作用, 动态连续平滑的发 (吸) 无功, 补偿电流完全可控, 不存在过功率因数过补偿现象, 不会出现无功反送的情况。能够跟踪电网频率的变化, 故补偿性能不受电网频率变化的影响。

7) 响应时间短。SVG 的响应时间不大于10 ms, 对于快速暂态过程, 有着重要的响应速度优势。对于闪变补偿而言, 在无功容量足够的情况下, 补偿装置输出无功的响应时间是闪变补偿效果的主要决定因素。在相同的补偿容量下, 响应时间越小的补偿装置对电压闪变的补偿效果越好;在同等闪变抑制要求下, 响应时间越小的补偿装置所需要的补偿容量也越小。

8) 占地面积小。SVG以半导体功率器件构成的逆变器为核心, 使用直流电容器储能, 无体积庞大的滤波支路和电抗器, 特别适合于对占地面积要求较高的场合。

4 结论

通过使用XDSVG-L10系列动态有源动态无功和谐波补偿装置, 10 kV母线功率因数大于0.95, 且无过补现象, 电网电压波动小于2%, 谐波含量优于国家标准, 设备运行稳定可靠, 占地面积小, 今后扩容更加方便, 投资更加节省。为使用单位创造了可观的经济效益。

摘要：-冷轧线的10kV供电母线上, 应用了先进的SVG-L10系列动态有源动态无功和谐波补偿装置。介绍了SVG有源动态无功和谐波补偿装置的原理、特点、系统的组成结构。实践表明, 该装置运行稳定, 可靠性高, 补偿方式灵活, 无功功率调节范围广、大大提高了电网功率因数和电压稳定性, 是动态无功补偿的发展方向。

关键词：静止无功发生器,动态无功补偿,板带轧制

参考文献

[1]王兆安, 杨君, 刘进军.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京:机械工业出版社, 2005.

功率因数过补偿 篇2

由于大部分用电负荷都是感性的，未补偿前功率因数为滞后，如果为补偿无功电流而投入的电容器过多，则会使功率因数变为超前，这就是过补偿。在过补偿的情况下，系统中出现容性的无功电流，使视在电流增大，因此使系统的损耗加大，多投入了电容器反而使系统损耗加大当然不是好事。另外，由于投入电容器会使电压升高（这里电压升高主要是因为供电线路的电感及变压器的漏感造成，与同步发电机的关系不大），在过补偿的情况下电压进一步升高，在夜间负荷较低电网电压较高的情况下影响更大。因此人们总是不希望发生过补偿。

但是事物都有两面性，过补偿不一定总是坏事。

通常的补偿装置都是安装在变压器的低压侧，在低压侧进行检测并进行控制将负荷的无功电流补偿掉，却无法补偿变压器自身的无功电流。一般人总认为变压器自身的无功只能在高压侧进行补偿，其实不然，通过在低压侧适量过补偿的办法，同样可以补偿变压器自身的无功电流。因为变压器属于理想元件，所谓理想元件就是能量传送没有方向的元件，同一台变压器，如果将高压侧接电源低压侧接负荷就是一台降压变压器，如果将低压侧接电源高压侧接负荷就是一台升压变压器。根据这个原理，对变压器进行无功补偿在低压侧进行与在高压侧进行没有区别。

对于为降低用户力率电费（功率因数调整电费）而安装的无功补偿装置，如果不采取适量过补偿的方法，就有可能出问题。

设某一单位，变压器为S7-500KVA，高压计量，用电设备主要是金属切削机床，一班生产，无夜班，每周5天生产，不生产时无负荷，月均用电量为2万度。未安装补偿装置之前月平均功率因数为0.5，按功率因数0.9为标准值需加收45%的力率电费。按功率因数0.85为标准值需加收35%的力率电费。

假定安装补偿装置后，在生产期间可以将低压侧功率因数补偿到0.95，停产期间由于无负荷没有电容器投入。那么根据cos（x）=0.95

我们可以算出x=18.2°, sin（x）=0.31

无功与有功的比值为 0.31/0.95=0.33

由负荷形成的无功电量为20000×0.33=6600 度。

由于该单位是高压计量，因此变压器自身的无功电流也会使无功表走数。该单位的变压器为500KVA，按空载电流2%计算则变压器的无功功率为500×2% =10Kvar，每月形成的无功电量为10×24×30 = 7200 度，每月的总无功电量为6600+7200=13800度，无功与有功的比值为 13800/20000=0.69即 tg（x）=0.69，x=34.6°，cos（x）=0.82，还是要交利率电费。

从以上的分析我们可以看出，对于这样的用户，不补偿变压器自身的无功电流是不可能消除力率电费的。

解决的方案有三种:

方案1，在变压器的高压侧固定接一台10Kvar的高压电容器，这种方案为保证安全性较难操作。

方案2，在变压器的低压侧固定接一台10Kvar的低压电容器，这就是一种低压侧过补偿方法，并且这台电容器可以装在补偿装置柜内，比方案1的操作简单。但是要注意，这台电容器的电源线必须单独引出接在补偿装置检测用电流互感器之前。如果接在互感器之后，则当有负荷时会使控制器检测到的负荷无功电流减小，不能起到过补偿的作用。这种方案的一个优点是过补偿的电流不会被补偿装置检测到，因此补偿装置的功率因数显示值不会变成超前，比较好看。

方案3，将无功补偿控制器设计成具有过补偿功能，并将过补偿量设定为10Kvar，这是最简单的方案。这就要求补偿装置内部的最小电容器容量必须小于或等于10Kvar。或者干脆在补偿装置内部安装一台固定连接的10Kvar电容器，这样还可以省掉一台交流接触器。

功率因数的动态补偿 篇3

前言

许多用电设备均是根据电磁感应原理工作的，如配电变压器、电动机等，它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递。为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率，因此，所谓的“无功”并不是“无用”的电功率，只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已；因此在供用电系统中除了需要有功电源外，还需要无功电源，两者缺一不可。

一、功率因数分析

在功率三角形中，有功功率P与视在功率S的比值，称为功率因数cosφ，其计算公式：cosφ=P/S=P/（P2+Q2）1/2，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。这样电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。但是，功率因素过高，势必导致电力系统无功功率下降，电动机转子和定子之间的磁性减弱。当系统无功缺额时，根据系统无功功率负荷的静态电压特性曲线，在正常情况下，系统无功功率电源所提供的无功功率Qgcn，由无功功率平衡的条件Qgcn-Qld-Ql=0（即系统所提供的无功功率等于系统设备所需的无功功率与系统损耗的无功功率之和）决定的电压为Un，设此电压对应于系统正常的电压水平。但假如系统无功功率电源提供的无功功率仅为Qgc（Qgc

二、电压与无功功率

电压与无功功率是同频率与有功功率一样，是一对对立的统一体。当无功负荷与无功出力相平衡时，电压就正常，达到额定值，而当无功负荷大于无功出力时，电压就下降，反之，电压就会上升。

在一个并列运行的电力系统中，任何一点的频率都是一样的，而电压与无功电力却不是这样的。当无功功率平衡时，整个电力系统的电压从整体上看是会正常的，是可以达到额定值的，即便是如此，也是指整体上而已，实际上有些节点处的电压并不一定合格，如果无功不是处于平衡状态时，那么情况就更复杂了，当无功出力大于无功负荷时，电压普遍会高一些，但也会有个别地方可能低一些，反之，也是如此。提高功率因素cosφ可以减轻发电机绝缘压力，降低电能在输电线上的损耗，更加合理的利用电动机。

由以上分析可知，功率因素过低或者过高而无加控制手段，都会给电网运行带来问题和困难，甚至造成设备损坏和导致系统发生电压崩溃事故。

三、影响功率因素变化的原因

电网中影响功率因素变化原因很多，下面简要分析下：

1）大量的电感性设备，如异步电动机、感应电炉、交流电焊机等设备是无功功率的主要消耗者。据有关的统计，在工矿企业所消耗的全部无功功率中，异步电动机的无功消耗占了60%～70%；而在异步电动机空载时所消耗的无功又占到电动机总无功消耗的60%～70%。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。

2）变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的10%～15%，它的空载无功功率约为满载时的1/3。因而，为了改善电力系统和企业的功率因数，变压器不应空载运行或长期处于低负载运行状态。

3）当供电电压高于额定值的10%时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，据统计，当供电电压为额定值的110%时，一般无功将增加35%左右。当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。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。

四、无功补偿方式

在电网中影响功率因素变化的因素如此之多，所以要想维持电网中功率因素的稳定绝非易事，这就需要在电网中无功消耗多的用电设备加上无功补偿装置，无功补偿通常采用的以下3种方法：

1）低压个别补偿，低压个别补偿就是根据个别用电设备对无功的需要量将单台或多台低压电容器组分散地与用电设备并接，它与用电设备共用一套断路器。通过控制、保护装置与电机同时投切。随机补偿适用于补偿个别大容量且连续运行的无功消耗，以补励磁无功为主。低压个别补偿的优点是：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，因此不会造成无功倒送。

2）低压集中补偿，低压集中补偿是指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。低压集中补偿的优点：接线简单、运行维护工作量小，使无功就地平衡，从而提高配变利用率，降低网损，具有较高的经济性，是目前无功补偿中常用的手段之一。

3）高压集中补偿，高压集中补偿是指将并联电容器组直接装在变电所的6～10kV高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，避免功率因数降低导致电费的增加，同时便于运行维护，补偿效益高。

4）提高系统自然功率因数

提高自然功率因数是不需要任何补偿设备投资，仅采取各种管理上或技术上的手段来减少各种用电设备所消耗的无功功率，合理使用电动机，提高异步电动机的检修质量，合理选择配变容量，改善配变的运行方式等都可以提高自然功率因数。

小结

电力系统中功率因素是衡量电能质量的重要指标，功率因素过低或过高都会对电力系统造成影响，因此对功率因素作深入的分析是一项非常必要的工作。

参考文献

[1]李明；浅析工厂供配电系统的无功功率补偿问题[J]；四川建材；2011年04期.

[2]王雨；工厂供电系统无功补偿问题研究[J]；技术与市场；2011年06期.

浅谈功率因数的人工补偿方法 篇4

一、电容器并联补偿的工作原理

在交流电路中, 纯电感负荷中的电流滞后于电压90°, 而纯电容负荷的电流超前电压90°。因此就将电容器并联到感性负荷电路中, 让电容电流抵消一部分电感电流。如下图所示:

在图中我们可以看出, 电感电流减小了, 总电流相位和大小都减小了, 功率因数cos提高了。若功率因数越低, 则通过线路的电流越大, 线路和发电机上损耗的电功率△P=I2RO也就越大。

二、补充容量的确定

由上图可知, 要想使功率因数由cos提高到cos′, 必须装设电容的容量为:

其中:△qc=tan-tan′, 称为无功补偿率, 它表示要使1KW的有功功率由cos提高到cos′所需的无功补偿容量的Kvar值;

Qc为无功补偿装置容量, 单位Kvar。

由此式看出, 设备装设了无功补偿装置以后, 减少了无功功率在电网中的流动减少了, 不仅降低了输配电线路中变压器及母线因输送无功功率造成的电能损耗, 同时由于总的视在计算负荷减小, 从而可以选择容量小些的设备, 这样不仅能降低初投资, 而且还可以减小企业的电费开支。这无论对整个电力系统还是企业本身都大有益处。

三、补偿方式

1、集中补偿

将电容器组集中安装在变电站的一次或二次侧母线上。集中补偿方式具有安装简便, 运行可靠, 利用率高等优点。但必须安设自动控制设备, 使之能随着负荷的变化而自动切投。企业变电站的补偿应用较多。

2、分散补偿

将电容器组分组安装在各配电室或分路线上, 它可以与部分负荷的变动同时投入或切除。其特点是补偿范围大, 效果好, 但设备投资较大, 利用率不高。适用于补偿量小、用电设备分散等场所。

3、个别补偿

将电容器直接并接到单台用电设备的同一电气回路中, 与设备同时切投。此种补偿方式电容利用率低, 一般适用于容量较大的高、低压电动机等用电设备的补偿。

当然, 对于不同的情况, 补偿方式不尽相同, 应全面规划, 合理布局, 分级补偿, 就地平衡;分散补偿与集中补偿相结合, 以分散补偿主;低压补偿与高压补偿相结合, 以低压补偿为主;调压与降损相结合, 以降低损耗为主的原则。

四、功率因数补偿中的问题

1、“功率因数超前”问题

譬如:电机并入电容后, 产生容性无功Qc, 可以补偿感性无功功率。当QL=Qc时, 功率因数cos=P/S=1, 即从电力系统吸收的无功功率等于零。当Qc>QL时就是功率因数超前。

在实际中, 白天, 用电多, QL大, 电压低, 电容的补偿Qc一般不够;而晚上用电少, QL低, 电压高, 用户补偿电容如不切掉, 就会使Qc>QL, 即前面所说“功率因数超前”, 对整个电网会有损害, 也就是说“超前”就是“过补偿”, 也就是白天你要超前没人管, 系统能正常工作, 而晚上如果不能切除过补偿的电容器或电容器组, 系统就不能正常工作了。故一般要求在电路中装设自动切除装置, 或有专业电工进行负责。

由上面的“过补偿”引发的问题, 让我了解到了《电力法》不像我过去想的那样简单。过去以为《电力法》仅仅是针对那些偷电、漏电、不交电费者等, 其实不然, 它涉及到的情况复杂的多, 比如:“超前”表示过补偿, 这是在帮供电局的忙, 给供电系统补偿电容, 然而过补偿反而会使让供电局处罚相关责任人, 这是有法可依的。

总之, 在实际的供电过程中要考虑电力系统的功率因素, 当出现功率因素过小时要采用适当的方式就行补偿, 并要注意在补偿的过程中容易出现的一些问题。

参考文献

[1]刘介才:《工厂供电》[M].机械工业出版社, 北京:2004.

[2]中华人民共和国电力工业部.供电营业规则[M].1996.

无功补偿功率问题及其节电原理 篇5

在交流电路中，由电源供给负载率有两种：一种是有功功率，一种是无功功率。有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量（机械能、光能、热能）的电功率。比如：5.5千瓦的电动机就是把5.5千瓦的电能转换为机械能，带动水泵抽水或脱粒机脱粒；各种照明设备将电能转换为光能，供人们生活和工作照明。有功功率的符号用P表示，单位有瓦（W）、千瓦（KW）、兆瓦（MW）。

无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。比如40瓦的日光灯，除需40多瓦有功功率（镇流器也需消耗一部分有功功率）来发光外，还需80乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。由于它不对外做功，才被称之为“无功”。无功功率的符号用Q表示，单位为乏（Var）或千乏（kVar）。

无功功率决不是无用功率，它的用处很大。电动机的转子磁场就是靠从电源取得无用功率建立的。变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。为了形象地说明问题，现举一个例子：农村修水利需要挖土方运土，运土时用竹筐装满土，挑走的土好比是有功功率，挑空竹筐就好比是无功功率，竹筐并不是没用，没有竹筐泥土怎么运到堤上呢？

在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，那么，这些用点设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。

无功功率对供、用电产生一定的不良影响，主要表现在：

1.降低发电机有功功率的输出。

2.降低输、变压设备的供电能力。

3.造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。

4.造成底功率因数运行和电压下降，使电气设备容量得不到充分发挥。

从发电机和高压电线供给的无功功率，远远满足不了负荷的需要，所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率，以保证用户对无功功率的需要，这样用电设备才能在额定电压下工作。这就是电网需要装设无功补偿装置的道理。

2、功率因数

电网中的电力负荷如电动机、变压器等，属于既有电阻又有电感的电感性负载。电感性负载的电压和电流的相量间存在着一个相位差，通常用相位角φ的余弦cosφ来表示。Cos φ称为功率因数，又叫力率。功率因数是反映电力用户设备合理使用状况、电能利用程度和用电管理水平的一项重要指标。三相功率因数的计算公式为：

P=Q= UIcosS= UIcos =P/S

式中cosφ———功率因数；

P————有功功率，kw；

Q————无功功率，kVar；

S————视在功率，kv，A。

U————用电设备的额定电压，V。

I————用电设备的运行电流，A。

功率因数分为自然功率因数、瞬时功率因数和加权平均功率因数。

（1）自然功率因数：是指用电设备没有安装无功补偿设备时的功率因数，或者说用电设备本身所具有的功率因数。自然功率因数的高低主要取决于用电设备的负荷性质，电阻性负荷（白炽灯、电阻炉）的功率因数较高，等于1。而电感性负荷（电动机、电焊机）的功率因数比较低，都小于1。

（2）瞬时功率因数：是指在某一瞬间由功率因数表读出的功率因数。瞬时功率因数是随着用电设备的类型、负荷的大小和电压的高低而时刻在变化。

（3）加权平均功率因数：是指在一定时间段内功率因数的平均值，其计算公式为：提高功率因数的方法有两种，一种是改善自然功率因数，另一种是安装人工补偿装置。无功功率补偿的种类和特点

1.集中补偿

在高低压配电所内设置若干组电容器，电容器接在配电母线上，补偿供电范围内的无功功率，如图1所示。1.2组合就地补偿（分散就地补偿）电容器接在高压配电装置或动力箱的母线上，对附近的电动机进行无功补偿，如图2所示。

1.单独就地补偿

将电容器装于箱内，放置在电动机附近，对其单独补偿。图3为电容器直接接在电动机端子上或保护设备末端，一般不需要电容器用的操作保护设备，称为直接单独就地补偿。油井使用电容补偿器后，无功功率和视在功率下确实很明显，但是为什么有功功率和单井有功电量都上升了。这样的话，究竟是节电了还是耗电增加了？无功补偿见到效果，应该有哪些体现？单井有功电量应该有什么反应？请专家赐教！

答：一般的用电负载都有线圈，如异步电动机绕组、电器的线圈等。线圈消耗感性无功（即常称为滞后无功），电容则消耗容性无功（即常称为超前无功）。

无功功率是不消耗能量的功率，只是在交流电的半个周期内暂时将电能以磁场（感性无功）或电场（容性无功）的形式储存起来，然后再另外半个周期内将所储存的能量返还给电网。

虽然无功不消耗电能，但是要储存电功率就必须通过增加电流来实现。而电流的增加，电网传输线路的损耗将增大。所以增加无功本身不消耗功率，而是增加电流使电能传输的损耗增加。此外，由于电流的增加，供配电设备的负担加重，负载能力下降。因此，应该进行补偿。否则，电业部门将增收一定的额外收费以作线路损耗和其它因此而造成的费用。

你说：油井使用电容补偿器后，无功功率和视在功率下降确实很明显，但是为什么有功功率和单井有功电量都上升了？其实，若油井或单井设备的工作量没有增加，有功功率和单井有功电量都不会上升。

你说的情况可能是：

1、无功功率占视在功率的比重上升了，或者说功率因数上升了。或者说是由于电网电流下降，可以增加负载。

2、油井或单井的用点设备增加，因才可能使有功电量上升。

对于第一种情况，应该说是省电了，或能量损耗减少了；对于第二种情况，不能说不是节电，应该说提高了供电设备的效率。也就是说，如果不补偿，同样的供电设备和线路提供不了那么多的有功功率，现在补偿后能够提供那么多的有功功率是设备的效率或利用率增加了，也是有很高的经济效益的。

补偿电容器的主要作用是通过补偿无功来提高用电设备的功率因数，所以说从用电部门来讲不会有什么集体的不同感觉，有功电量的消耗也不会有明显增加，但无功的消耗一定是明显降低的，由于供电局向工业企业供电时无功消耗也是计费的，着也就是说用电企业会因

无功消耗的降低而节约很大一笔开支，在许多地区，如果企业能将功率因数提高到0.9以上的，供电局会返还一定比例的电费作为奖励，如果你单位的功率因数较高，建议你去当地的供电部门咨询一下。

电网中的许多点设备是根据电磁感应原理工作的。它们在能量转换过程中建立交变磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等，这种功率叫无功功率。电力系统中，不但有有功功率平衡，无功功率也要平衡。

有功功率、无功功率、视在功率之间的关系如图1所示Q

S=S

式中

S————视在功率，KVAφ

P————有功功率，KWP

Q————无功功率，kvar图一

φ角为功率因数角，它的余弦（cosφ）是有功功率与视在功率之比即cosφ=P/S称为功率因数。

由功率三角形可以看出，在一定的有功功率下，用电企业功率因数cosφ越小，则所需的无功功率越大。如果无功功率不是由电容器提供，则必须由输电系统供给，为满足用电的要求，供电线路和变压器的容量需增大。这样，不仅增加供电投资、降低设备利用律，也将增加线路损耗。为此，国家供用电规则规定：无功电力应就地平衡，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，防止无功倒送。还规定用户的功率因数应达到相应的标准，否则供电部门可以拒绝提高功率因数，防止无功倒送，从而节约电能，提高运行质量都具有非常重要的意义。

补偿的基本原理是：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并连接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。

当前，国内外广泛采用并联电容器作为无功补偿装置。这种方法安装方便、建设周期短、造价低、运行维护简便、自身损耗小。

采用并联电容器进行无功补偿的主要作用：

1.提高功率因数

如图2所示? 图中

P————有功功率

S1————补偿前的视在功率

S1S2 Q2S2————补偿后的视在功率

Q1————补偿前的无功功率

φ2φ1Q2————补偿后的无功功率

Pφ1————补偿前的功率因数角

图二φ2————补偿后的功率因数角

由图示中可以看出，在有功功率P一定的前提下，无功功率补偿以后（补偿量Qc=Q1-Q2），功率因数角由φ1φ减小到φ2，则cosφ2＞cosφ1提高了功率因数。

1.降低输电线路及变压器的损耗

三相电路中，功率损耗△P的计算公式为

1.P=3

式中P——有功功率，KW

U————额定电压，KV；

R————线路总电阻，?。

由此可见，当功率因数cosφ提高以后，线路中功率损耗大大下降。

1.改善电压质量

线路中电压损失△U的计算公式

U=3

Q1

S1式中P————有功功率，KW；

S2Q————无功功率，Kvar；

Q2U————额定电压，KV；

φ2 φ1R————线路总电阻，；

P图三X ————线路感抗，?。

由上式可见，当线路中，无功功率Q减小以后，电压损失△U也就减小了。

1.提高设备出力

如图3所示，由于有功功率P=S•cosφ，当供电设备的视在功率S一定时，如果功率因数cosφ提高，即功率因数角由φ1到φ2，则设备可以提供的有功功率P也随之增大到P+△P，可见，设备的有功出力提高了。

电容器容量的选者：

电容器安装容量的选者，可根据使用目的的不同，按改善功率因数，提高运行电压和降低线路损失等因素来确定。

按改善功率因数确定补偿容量的方法简便、明确，为国内外所通用。根据功率补偿图（如图

2）中功率之间的向量关系，可以求出无功补偿容量 Qc,(kvar)

或(kvar)

式中P————最大负荷月的平均有功功率，KW；

tgφ

1、tgφ2————补偿前后功率因数角的正切值；

cosφ

1、cosφ2————补偿前后功率因数值。

可利用查表法，查出每1KW有功功率、功率因数，改善前后所需补偿的容量。再乘以最大负荷的月平均有功功率，即可计算出所需要的无功补偿容量。

感性负载：即和电源相比当负载电流滞后负载电压一个相位差时负载为感性（如负载为电动机、变压器）

容性负载：即和电源相比当负载电流超前负载电压一个相位差时负载为容性（如负载为补偿电容）

浅谈10KV配电网的无功功率补偿 篇6

【摘要】本文着重介绍了无功功率补偿的性质、方法、补偿的作用以及电容器容量的选择等内容。

【关键词】无功功率补偿；补偿方式；电容器容量

一、引言

随着电力电子设备的广泛应用，一方面带来了巨大的经济效益，另一方面也带来了供电质量的下降，电能质量的好坏直接影响到供电系统的稳定。电力系统的供配电设备中经常流动着大量的感性无功电流，这些无功电流占用大量的供配电设备容量，同时增加了输送电流，因而增加了馈电线路损耗，使电力设备得不到充分利用，造成电能的浪费。作为解决方法之一，就是采用无功功率补偿装置使无功功率就地得到补偿，尽量减少或不占用供配电设备容量提高设备的利用率。

二、功率因数及无功补偿的性质

2.1功率因数

电网中的电气设备如电动机、变压器等绝大部分属于既有电感又有电阻的电感性负载，电感性负载的电压和电流的相位间存在着一个相位差，相位角的余弦cosΦ既是功率因数又是有功功率与视在功率之比，既cosΦ=P/S。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。

2.2影响功率因数的主要因素

2.2.1大量的电感性设备，如异步电动机、感应电炉、交流电焊机等设备是无功功率的主要消耗者。2.2.2变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的10%～15%，它的空载无功功率约为满载时的1/3。因而，为了改善电力系统和企业的功率因数，变压器不应空载运行或长期处于低负载运行状态。2.2.3供电电压超出规定范围也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，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，据有关资料统计，当供电电压为额定值的110%时，一般无功将增加35%左右。当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低会影响电气设备的正常工作，特别是大容量电动机的启动会很困难。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无功功率补偿

把具有容性功的装置与感性负荷联接在同一电路，当容性装置释放能量时感性负荷吸收能量，而感性负荷释放能量时容性装置吸收能量，实现能量相互转换，感性负荷所吸收的无功功率可由容性装置输出的无功功率中得到补偿。

三、无功功率补偿的方法

3.1过激磁的同步电动机，改善用电的功率因数，因设备复杂，造价高，只适用于大功率拖动装置。

3.2用调相机做无功功率电源

因造价高、投资大，损耗高，只适用于中枢变电所使用。

3.3电力电容器补偿装置

电力电容器做为补偿装置，具有安装方便，建设周期短、造价低等优点，因而被广泛应用。我公司10KV系统采用集中式并联电容器补偿，新加装的配电室如甲醇、二甲酯等采用分散式并联电容器补偿。电力电容器作为补偿装置有两种：串联补偿和并联补偿，串联补偿用于高压远距离输电线路，这种方法用电单位很少采用，并联补偿是把电容器直接与被补偿设备接到同一电路上，以提高功率因数。绝大部分用电企业都是采用并联电容器进行无功补偿，补偿时通常采用集中、分散或个别补偿三种形式。3.3.1个别补偿：个别补偿是对单台用电设备所需无功就近补偿的方法，把电容器直接接到单台用电设备的同一电气回路，用同一开关控制，同时投运或断开，这种补偿方法的效果好。电容器靠近用电设备就地平衡，无功电流可避免无负荷时的过补偿，使电压质量得到保证。个别补偿一般用于容量较大的高低压电动机等用电设备，但这种方法在用电设备非连续运转时电容器利用率低，不能充分发挥其补偿效益。3.3.2分散补偿：分散补偿是将电容器分组安装在车间配电室或变电所各分路的出线上，它可与工厂部分负荷的变动时投入或切除，这种补偿方法也较好。3.3.3集中补偿：集中補偿是电容器组集中安装在变电所的一次或二次侧的母线上，这种补偿方法安装简便、运行可靠、利用率较高。补偿装置根据负荷的大小自动投切，从而合理地提高用户的功率因数，避免功率因数降低导致电费增加同时便于运行维护，补偿效益高。

四、无功补偿的作用与效益

4.1补偿无功功率提高功率因数

为满足用电的需要，往往供电线路和变压器的容量比较大，这不仅增电投资，降低设备利用率，也增加线路损耗。用户应在提高用电自然功率因数的基础上装配无功补偿装置，减少负荷的无功损耗提高功率因数，降低损耗。

4.2提高设备的出力

有功功率P=S*cosΦ当设备的视在功率S一定时如果功率因素cosΦ提高，那么上式中的P就增大，电气设备的出力也就提高了。

4.3降低功率损耗和电能损失

在三相交流电路中，功率损耗ΔP的计算公式如下

ΔP=P2R/U2（COSΦ）2*10-3（KW）

由式可见当功率因数提高后将使功率损失大大下降。

4.4改善电压质量

在线路中电压损失公式：ΔU=P*R+QXL/U*10-3

式中：ΔU -----电路中的电压损失 KV

P ------有功功率 MW

Q ------无功功率 Mvar

U ------额定电压 KV

R ------线路的总电阻 Ω

XL ------线路电感 Ω

由上式可知当线路中的无功功率Q减少以后电压损失减少

五、无功补偿电容器容量的选择：

5.1按提高功率因数确定补偿容量

公式：QC=P*（tgθ1- tgθ2）

P——最大负荷用的平均有功功率 KW

tgθ1，tgθ2——补偿前后功率因数角的正切值

5.2按提高电压确定补偿容量

公式：QC=UU2/X（KVar）

U——需要提高的电压值 V

U2 ——需要达到的电压值 KV

X——线路电抗 Ω

5.3按降低线损确定补偿容量

公式：P%=（1-（COSθ1-COSθ2）2）100%

5.4按感应电动机空载电流确定补偿容量

公式：QC<（3）1/2UeIo KVar

Ue——电动机额定电流

Io ——电动机的空载电流

结束语

本文介绍了功率因数对广大供电企业的影响，补偿无功功率的方法、作用与效果，及其补偿装置的选择。

参考文献

[1]进网作业电工培训教材.辽宁科学技术出版社.

[2]电力系统运行实用技术问答.中国电力出版社.

[3]工厂电气技术.化学工业出版社.

提高功率因数的方法与无功补偿 篇7

关键词：功率因数,无功补偿,电容器

1 基本概念

1.1 功率因数:在交流电路中,有功功率与视在功率的比值称为功率因数,用cosφ表示。

(1)视在功率:S=姨3 VI×10-3(k V·A)

(2)有功功率:P=姨3 VIcosφ×10-3(k W)

(3)无功功率:Q=姨3 VIsinφ×10-3(kvar)

电路的性质不同,cosφ的数值在0~1之间变化,其大小取决于电路中电感、电容及有功负荷的大小。当cosφ=1时,表示电源发出的视在功率全为有功功率,即S=P;当cosφ=0时,则P=0,表示电源发出的功率全为无功功率,即S=Q。所以负荷的功率因数越接近1越好。

1.2 无功功率补偿就是改善和提高企业用电的功率因数,也是企业节电的重要方法,原理是:

把具有容性功率负荷的装置与感性负荷并联接到同一电路中,当容性负荷释放能量时,感性负荷吸收能量;感性负荷释放能量时,容性负荷吸收能量。就这样两种负荷之间的能量互相转换,感性负荷吸收的无功功率可从容性负荷输出的无功功率中得到补偿,这就是无功功率补偿的基本原理。

2 提高功率因数的方法

2.1 提高用电设备本身的功率因数的措施。

(1)采用鼠笼式异步电动机。因为它结构紧密、气隙小、漏磁少,因而本身的功率因数就比绕线式异步机高。(2)尽量避免电动机与变压器的轻载运行。此时有功功率小而激磁所用的无功功率不变,故cosφ较低,所以,应力求电动机在接近额定负荷的条件下运行,变压器的负荷率也不应低于50%。(3)绕线式异步电动机同步化运行。这一措施同样可将功率因数提到1,但由于成本高和维护困难使其推广使用受到一定的限制。(4)尽量采用高压(6-10k V)电动机,这样可以省掉降压变压器,从而消除了该变压器产生的无功损耗。一般变压器的无功损耗约为有功损耗的5倍以上。矿井用高压电动机的设备有主排水泵、提升机、空压缩机和风机等。

2.2 人工补偿提高功率因数的方法。

(1)并联移相电容器组。并联电容补偿法具有投资少、有功功率损耗小(每kvar损牦约3-4W)、维护方便、无振动与噪声、便于安装等优点,在矿山地面变电所和用户广泛采用。目前多在6-10k V母线上并联电容器组进行集中补偿。电容补偿的缺点是只能有级调节而不能进行连续平滑的自动调节,当通风不好,运行温度过高或线路电压过高时,电容器容易损坏。(2)采用同步调相机。同步调相机实际上就是一个大容量的空载运行的同步电动机,其功率大都在5000k W及以上,在过激磁时,它相当于一个无功发电机。优点是可以无级调节无功功率,但也有造价高、有功损耗大、维护困难等缺点。煤矿现很少应用。(3)采用可控硅静止无功补偿器。这是一种性能较优越的动态无功补偿装置,由移相电容器、饱和电抗器、可控硅励磁调节器及滤波器等组成。其特点是将可控的饱和电抗器与移相电容器并联作用,电容器可补偿设备产生的冲击无功功率的全部或大部。优点是动态补偿反应快、损耗小、适合对功率因数变化剧烈的大型负荷进行单独补偿,如用于矿山提升机的大功率可控硅整流装置供电的直流电动机拖动机组等。缺点是投资大、设备体积大,占地面积较大。(4)采用进相机改善功率因数。进相机也称转子自激相位补偿机,是一种新型的感性无功功率补偿设备,只适用于对绕线式异步电动机单独补偿,电动机容量一般为95-1000k W。进相机的外形与电动机相似,没有定子及绕组,仅有和直流电动机相似的电枢转子,由单独的、容量为1.1-4.5k W左右的辅助异步电动机拖动。这种方法的优点是投资少,补偿效果好,而且彻底,还可降低主电动机的负荷电流,节电效果也很显著,一般运行三个月后就可以收回投资。缺点是本身是一旋转机构,还要由一辅助电动机拖动,增加了维护和检修的负担,另外,它只适宜负荷变动不大的大容量绕线式电动机,应用受到一定的局限。

3 无功补偿

3.1 高压集中补偿。

这种方式是在地面变电所6-10k V母线上集中装设移相电容器组,一般有专门的电容器室,并要求通风良好,配有可靠的放电设备。它只能补偿6-10k V母线前(电源方向)所有向该母线供电的线路上的无功功率,而该母线后(负荷方向)的矿内电网并没有得到无功补偿,因而经济效果较差。

高压集中补偿的初期投资较低,由于矿井6-10k V母线上无功功率变化比较平稳,因而便于运行管理和调节,而且利用率高,还可提高供电变压器的负载能力。虽然对本矿的技术经济效益较差,但从全局上看改善了矿区电网,所以仍是大、中型工矿企业的主要无功补偿方式。

3.2 低压成组补偿。

把低压电容器组或无功功率自动补偿装置装设在车间或井下动力变压器的低压母线上。它能补偿低压母线前的矿内高压电网,矿区电网和整个电力系统的无功功率,补偿区大于高压集中补偿,本矿亦获得相当技术经济效益。低压成组补偿投资不大,通常安装在低压配电室内,运行维护和管理方便,逐渐成为无功补偿中的重要成分。如将无功补偿装置引入井下,将改善我国矿山井下电网功率因数严重偏低(0.5-0.6左右)的状况,对提高整个矿井的无功补偿有重大的意义。

3.3 分散就地补偿。

关于电网无功补偿与功率因数的探讨 篇8

关键词：功率因数,无功补偿,节电

对于用电企业来说, 其功率因数过低将会降低整个电网的供电质量, 降低电能的利用率;另外, 它还会造成供电设备容量无法得到充分利用, 线路上的电压损失会增大, 甚至还会造成负荷端的电压值在允许值以下, 造成异步电机等设备的损坏。因此, 功率因数已经成为衡量电网运行的重要经济指标, 对此, 应该积极采取合理有效的无功补偿方法提高功率因数。

1 功率因数影响因素分析

对影响电力系统功率因数的因素进行分析, 包括以下两个方面:

1) 异步电机以及变压器会消耗系统中的无功功率。对于异步电动机来说, 它之所以需要大量的无功, 是因为其定子和转子之间存在间隙。总结其消耗的无功功率, 包括:空载无功功率以及相应负载下的无功功率增加值;从提高异步电动机功率因数的角度来看, 应该尽可能的杜绝电动机在空载下运行, 并且尽量提高其负载率。对于变压器而言, 其消耗的无功功率包括两部分:空载无功功率以及负载无功功率;就前者而言, 通常为一常数, 它是由变压器的结构决定的;就后者而言, 它与变压器容量和负荷率等都有关系。所以, 要想提高功率因数, 同样要保证变压器不会运行于空载状态下, 也不宜长期运行于低负荷状态。一般而言, 应该保持变压器的负荷率在75%到80%;

2) 供电电压不在规定范围内。当系统电压在额定值以上10%时, 磁路会出现饱和现象, 从而促使无功功率增长。实践表明, 此时普通工厂的无功功率会增加35%。而当系统电压在额定电压以下时, 无功功率会减少, 相应的功率因数会有所提高, 但是低电压会严重影响电气设备的正常运行。

2 无功补偿配置原则

通过无功补偿的方法来提高功率因数时应该遵循一定的原则, 包括:1) 总体平衡应该与局部平衡相结合;2) 结合就地补偿原则, 各电力方共同担当。在配电网的整个无功功率消耗中, 用户的消耗约占45%~55%, 剩下的部分消耗在配电网中;为了较少输送过程中消耗的无功功率, 应该遵循就地补偿和就地平衡的原则;3) 集中补偿和分散补偿相结合。就集中补偿来说, 其实现手段是将容量较大的补偿电容器安装于变电站中;所谓分散补偿, 它是指在较为分散的负荷区进行无功补偿, 如:配电线路、配电变压器等。分析这两种不同的补偿方式, 集中补偿主要是对主变压器和配电线路进行补偿, 它不能降低配电网中的无功损耗;这是因为, 对于用户而言, 他们所需的无功功率是通过变电站以下的线路送给负载的。为了降低线路损耗, 需要按照节点就近的原则, 最大限度的进行无功补偿。

3 无功补偿法提高功率因数

对无功补偿装置进行分析, 按照延时时间进行分类, 包括:动态补偿以及静态补偿两种, 应该与电网的实际情况相结合灵活选择补偿方式。首先, 要对所需补偿的线路进行研究, 统计负荷大和变化快的工况。对于电焊机和电动机等的线路而言, 应该采用动态补偿方法, 这种方法能够有效提高功率因数;负荷较为平稳的线路宜采用静态补偿方法。一些特殊的工作环境在进行补偿方式的选择时应该十分谨慎, 如:线路中可能会出现瞬变高电压和大电流的情况, 此时不应该采用动态补偿。电焊和电动机的工作和启动时间在几秒以上, 而对于动态补偿来说, 其响应时间在几十毫秒, 它能够完成整个过程。如果线路中不存在这样一个过程, 就不适宜采用动态补偿。

3.1 计算电容器的补偿容量

有功功率比上视在功率即是功率因数, 功率因数越大, 用电设备的利用率越高, 一般将功率因数提高到0.9到0.98为宜。当功率因数接近1时, 所需的电容器设备在投资上将会更大, 计算补偿无功功率容量:

在选择电力电容器时, 应该按照电压以及容量进行选择, 其额定电压即是电网电压, 其工作容量按照计算的补偿容量进行选择。

3.2 确定最优补偿容量

在本节中, 阐述电力电容器补偿容量时, 采用无功经济当量以及无功补偿当量来进行。在电网中, 功率关系以及有功损耗的计算如下:

电网的有功损耗降低量为:

3.3 计算无功经济当量

所谓无功经济当量, 是指当出现1k W的无功功率变化时, 有功损耗的变化量。在进行无功功率补偿前后无功经济当量分别为:

从上式中可以看出, 无功经济当量正比于无功功率和电网的电阻。另外, 当增大补偿容量时, 无功经济当量会降低。所以, 当补偿容量增大时, 补偿效益会有所降低。

3.4 计算无功补偿当量

所谓无功补偿当量, 是指当在电网中装设容量为Qc的无功补偿装置后, 每1k W中产生的有功损耗减少量。因此, 有:

装设相应的无功补偿装置后, 电网的有功损耗下降量为:

3.5 确定补偿位置

在补偿位置的确定上, 一般是将相应的无功补偿装置装设于负荷集中的地方, 在这些地方, 无功消耗较为严重。

4 结束语

总之, 在电力系统的运行中, 只有合理有效的进行无功补偿, 提高功率因数, 才能保证电网运行的经济和安全, 为电能的节约提供途径。

参考文献

[1]粟时平, 刘桂美.静止无功率补偿技术[M].北京:中国电力出版社, 2004.

功率因数的动态补偿 篇9

1 功率因数补偿的意义

功率因数作为交流电路中很重要的一项技术数据, 它的高低和电气设备的利用率、电能消耗问题的分析和研究有着十分密切的关系。功率因数, 主要是指任意两端网络的两端电压和其中电流之间的相位差的余弦。线路中的功率不仅仅和电压、电流有着直接的关系, 和功率因数也有很大联系, 而功率因数的大小, 主要是看电路中负载的性质。如果功率因数比较低, 电器想要正常工作就必须用较大的电流, 这样就会增加输电线路上的电流, 线路上焦耳热损耗就会不断提高, 所以提高功率因数, 可以降低线路中电流的大小, 是有效降低损耗的办法, 同时也能延长电器的使用寿命。

2 确定10kV线路无功补偿总容量

确定10kV线路无功补偿的容量有一个前提性的原则, 那就是要保证功率因数有所提高。假如把电网的最大负荷月平均有功功率设为P, 那么进行无功补偿前, 功率因数设为cos准1, 将无功补偿后的功率因数设置为cos准2, 则可以按照下面的式子计算需要补偿的容量:

如果在一些特殊情况下, 要将cosф1提高, 具体范围是大于cosф2, 小于cosф3, 则需要用另外的式子计算无功补偿的容量, 具体如下:

3 10kV线路无功补偿的实际案例

以下将以安徽省某县供电公司35kV鱼沟变电站10kV梁集105线路为例, 进行无功补偿的具体分析。

3.1 对10kV梁集105线路的功率因数进行具体的分析

据有关数据统计, 该县在2012年的前8个月, 将10kV梁集105线路的功率因数进行了有效统计, 如表1所示。

根据上表中的时间、有功电能量、无功电能量和功率因数的对比可以看到, 105线路出现了明显的无功电能量不足的情况, 如果不采取措施必将影响电网的正常运行, 而如果采用定补的方式就会出现过度补偿的情况, 所以在经过分析研究该线路具体的负荷和电流参数等等数据之后, 决定使用智能型10kV线路无功补偿柜进行功率因数的补偿。

3.2 选定智能型无功补偿电容器

根据对数据的反复研究和讨论, 最后决定使用XBZW-10型高压无功自动补偿装置来进行稳定10kV线路功率因数的补偿。这种装置在进行设计时将各个部件单元化, 因此单件元件的体积较小, 重量也不高, 所以在进行搬运时非常方便。该装置不同部件之间连接采用的是带航空插头电缆, 所以即便是在日后维护补偿时也相对比较简单。

这种装置是全自动型, 可以根据线路具体的电压、功率因数、无功功率等等数据进行综合分析, 并判断投切电容器的具体顺序, 这样补偿线路无功的方式就具备高度的动态性, 而且可以自行进行补偿, 补偿也更加精细。

3.3 安装、调试、投运智能型无功补偿电容器

根据以上内容确定好具体的无功补偿方案之后, 决定在2012年的9月份进行智能型无功补偿电容器的安装调试工作, 确保鱼沟变电站10kV梁集105线路能够尽快正常使用。

首先, 对线路负荷图进行审核, 从图中确定梁集105线路总共15千米长, 而它的配电变压器总容量大概在9550kVA左右。根据之前的使用情况可以判断, 线路中后部的几个大的分支是负荷的主要集中点, 尤其是在线路的末端, 因此这些地方是最好的安装点, 将高压无功自动补偿装置安装在这些地方, 可以切实地降低线路运行时的损耗, 从而实现线路功率因数的提高, 并有效地使末端电压得到提高。

在这条线路上, 最后一共使用了4套高压无功补偿装置, 具体分成了两种模式, 其中一级定补两级动补模式共2套, 而剩下的2套则是一级定补一级动补模式。具体数值是动补共900kvar, 而定补共投入200kvar。这样的设置即将固定的无功负荷缺口考虑了进去, 又切实对动态变化的负荷波动进行了考量, 这样将通过多种组合模式实现两级三级的电容补偿, 可以确保最大程度地补偿线路上的无功负荷, 同时可以更好地达成线路节能的目的, 从而为以后打造出优质配电线路提供了良好的开端。

3.4 完成补偿后的效果检查和最终取得的效益

根据上表数据可知, 鱼沟变电站在2012年1月至8月期间, 10kV梁集105线路的有功电能量总共为8338320kWh, 根据这个数据进行大体的估算, 可以推算出全年总共需要有功电能量约为12507480kWh。在进行无功补偿之前, 线路的平均功率因数约为0.82, 而在完成了无功补偿后, 线路的平均功率因数达到了0.98, 根据数据进行计算后发现, 线路的损耗率下降了大约2.345%左右, 一年里可以节省的有功电能量大约为270855kWh。根据当地的电价来计算, 是每千瓦时0.55元, 在完成了高压无功补偿装置的安装之后, 该县鱼沟变电站10kV梁集105线路一年可以降低损耗的费用接近15万元, 所以可以看到其中的经济效益是相当可观的。

4 结束语

根据以上情况可以得出结论, 对线路进行无功补偿, 可以切实提高线路的功率因数, 使线路的供电能力获得优化, 并且有效的降低了电压的损失, 也避免了不必要的电网损耗。使用智能型无功补偿电容器是一个非常明智的决定, 因为这种装置的无功补偿原理非常简单, 而且安装并不复杂, 所需要投入的资本也不是很高, 在运行时有功损耗可以大幅度降低, 在日后的运行维护也相当简单便利, 并且整个运行过程非常安全可靠, 所以值得推广使用。通过采用补偿电容器的办法对10kV线路功率因数进行有效补偿, 是提高供电质量的有效措施, 并且可以给城市或者农村带来非常明显的经济效益。

摘要：文章就如何稳定10kV线路功率因数的补偿措施展开了讨论, 并提出了相关的办法。通过文章的分析, 希望能够为相关工作提供参考。

关键词：10kV线路,功率因数,补偿措施

参考文献

[1]邱卫东.稳定10kV线路功率因数的补偿措施[J].农村电工, 2013 (03) :39.

[2]王洪斌.10kV线路动态优化补偿方法[J].湖北电力, 2011 (01) :7-8+32.

功率因数的动态补偿 篇10

1无功补偿技术应用的基本原则

1.1无功补偿的平衡性原则

低压电网功率因数的提升以无功补偿技术的应用作为前提, 应用无功补偿技术过程中要做到总体平衡与局部平衡相结合这一要点, 既要做到低压电网的局部平衡, 也要做到低压电网的局域平衡, 以此来平衡低压电网总体和局部功率因数的平衡。在实际应用中应该以局部平衡为主, 这样既能保证低压电网的供电质量, 同时也能提升电网功率因数。

1.2无功补偿的结合性原则

集中和分散是无功补偿技术两种主要方式。在变电所集中装设较大容量的补偿电容器以作为集中补偿。而分散补偿是指在配电网络中分散的负荷区, 如配电线路, 配电变压器和用户的用电设备等进行的无功补偿。

2影响低压电网功率因数大小的主要原因

2.1低压电网主要设备运行对功率因数的影响

在低压电网中影响功率因数的主要设备存在大功率的异步电动机和为数众多的变压器。异步电机存在电流和励磁上不同步的结构性特点, 这会导致异步电机上会产生众多的无功功率, 出现对低压电网功率因数的影响。变压器在低压电网的实际运行中会产生空载或低负载的现象, 这会增加整个低压电网的无功功率水平, 最终使功率因数受到影响。

2.2低压电网超负荷对功率因数的影响

当前电力用户和电气设备的用电需求持续性增长, 特别是抵押电网的实际运行中经常会出现长时期超负荷的状况, 根据电力公式计算, 当低压电网的负荷超出10%时, 电网整体的无功功率将会提升35%, 不但影响了低压电网的正常运行, 也给低压电网设备带来严重损耗, 进而会造成功率因数的失控。目前低压电网超负荷已经成为常态, 如何控制超负荷现象, 提升功率因数已经成为一个重要的课题。

3利用无功补偿技术提高低压电网功率因数的对策与方法

低压电网功率因数的提高应该以无功补偿技术的合理应用作为前提, 应该结合低压电网的结构特点和功率因数的构成特点, 通过系统性、差异性、针对性的无功补偿技术应用, 确保低压电网功率因数得到有效提高, 进而确保低压电网的电能质量目标和节电目标的实现。

3.1应用随机补偿技术提高低压电网功率因数

随机补偿主要在低压电网的特殊区域和特殊电气上应用, 是通过低压电网中的低压电容器做到与电动设备的并联, 以控制投切的手段和平衡电容的方法实现对电工设备的保护, 进而控制整个低压电网功率因数。随机补偿具有无功补偿与设备运行相一致的特点, 不需要对补偿设备、补偿容量进行频繁地调整和控制, 减少了低压电网的系统压力。在随机补偿低压电网电动设备过程中, 应该以提升功率因数作为出发点, 要简化随机补偿的设备, 通过科学配置随机补偿装置, 简化低压电网的结构, 降低低压电网出现事故的可能, 进一步提升低压电网的安全性和经济性。

3.2应用随器补偿技术提高低压电网功率因数

随器补偿技术是无功补偿技术体系中重要的一个方面, 是指通过补偿变压器的空载武功运行作为低压电网提升补偿效果, 提高功率因数的一种方式, 其特点是低压电容器与配电变压器的二次侧与抵押保险相连接, 通过变压器的空载励磁功能维护低压电网功率因数的水平。应用随器补偿技术时要注意对接线方式的控制, 要采用有效的结构补偿控制的无功负荷, 做到无功负荷的就地平衡, 从整体上提升低压电网功率因数。要避免轻负载状态下变压器的容量控制, 避免变压器损耗过多的供电量, 进而有效确保低压电网功率因数的水平。

3.3应用跟踪补偿技术加护提高低压电网功率因数

顾名思义跟踪补偿就是对大用电量电气设备进行母线上的跟踪性补偿, 特别在工业生产或区域供电过程中, 跟踪补偿的优势就越发明显, 对于低压电网功率因数的提升效果也就越好。很多低压电网已经广泛使用跟踪补偿技术, 通过高质量、低能耗的补偿效果, 以此来替代随机补偿和随器补偿, 做到对低压电网功率因数的有效保障。在跟踪补偿技术应用的实际中要考虑到功率因数的实际水平, 要将补偿电容器与大用电量电气母线直接相关联, 做到对低压电网功率因数的有效提升。同时, 要注意跟踪补偿装置的设计、施工与维护成本控制, 避免过大的造价影响到跟踪补偿技术的应用, 进而出现低压电网功率因数难于得到保障问题的产生。

4结语

无功补偿技术是低压电网控制和提升功率因数, 推进低压电网电能提升的基础技术。新时期, 低压电网管理与技术人员应该进一步挖掘无功补偿技术的潜力, 使无功补偿技术真正成为提高低压电网供电质量和功率因数的前提, 以无功补偿技术来扩大低压电网补偿容量, 确保低压电网能够得到科学改进和合理扩容, 进而实现低压电网的安全与高效, 达到节约电能、提高低压电网效能的目标。

参考文献

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