淺析無功補償的應用

摘  要：介紹無功補償的意義，無功補償的原理、概念及相關知識，結合某廠實際情況淺析無功補償在高、低壓配電系統中的重要性及應用。

關鍵詞：低壓無功補償；并聯電容器；功率因數

1 無功功率的產生及定義

    交流電路中，由于感性或容性負載的存在，建立電感的磁場或電容的電場都需要電源多提供一部分不做機械工的功率，稱為無功功率。無功功率把電能裝換成另一種形式的能量，其不直接消耗電能，這也是各種電氣設備能夠做功的必要條件，并且使這種能量在電網中進行周期性的轉換。電流在電容原件中做功時，電流是超前電壓90º的，在同一電路工作中，電感產生電流與電容產生電流的方向是相反的，并且相差180º。

2 無功補償的意義

   一般大型企業采用大量用電設備，包括電感電動機、變壓器等。供電系統中既包括有功功率，又包括無功功率，使發電設備和輸電設備不能充分發揮作用，并增加輸電線路的功率損耗和電壓損失，故提高用戶的功率因數有如下益處。①提高電力系統的供電能力；②減少網絡中的電壓損失，提高供電質量；③降低網絡中的功率損耗。

3 無功補償的方法

    為了提高功率因數，要盡可能的減少電力系統中各個設備所消耗的無功功率。特別是減少負荷，減少設備從電網中取用的無功功率，使電網在輸送有功功率時，少輸送或不輸送無功功率。

3.1 選擇正確電氣設備

    ①選擇間隔小，電阻小的電氣設備。如選用電動機時，應盡量選擇鼠籠式電動機等。

    ②選用設備時，盡量避免輕載運行。如選用電動機、變壓器時，應盡量選擇容量合適的型號。

3.2 合理運行電氣設備

    ①電動機、變壓器杜絕輕載運行。針對負荷小于40%額定功率的電動機，在滿足其啟動條件和穩定工作等硬性條件下，可以更換小容量的電機，或者將電動機接線采用星型接法。針對平均負荷小于30%的變壓器，可以更換成小容量的變壓器，或者調整參數負荷。

    ②嚴格按照調度制度，合理安排生產作業時間，控制設備空載運行。

    ③提高設備的維護保養和檢修質量，確保電動機的實際運作情況，符合電磁特性負荷標準。

3.3 人工補償提高功率因數

    人工補償提高功率因數的做法是采用供應無功功率的設備來就地補償用電設備所需要的無功功率，以減少線路中的無功輸送。

3.4 并聯電力電容器組提高功率因數

3.4.1 電容并聯補償的工作原理

    在的大型企業中，大部分是電感性和電阻性的負載。因此總的電流Ì將滯后電壓一個角度Φ。如果裝設電容器，并與負載并聯，則電容器的電流Ìc將抵消一部分電感電流Ìl,從而使無功電流Ìl 減小到Ìl'，總的電流Ì減少到Ì'，功率因數則由cosΦ提高到cosΦ'，如果電容器容量選擇得當，可使Φ減少到0而cosΦ提高到1，這就是并聯補償的工作原理。

3.4.2無功補償區

    在供電系統中為提高功率因數，通常采用將電力電容器組并聯或者運用其他無功補償裝置。這樣就需要考慮電力電容器組裝設的地點，不同的裝設地點，得到的無功補償區及其取得的補償效益是不同的。對于用戶供電系統，電力電容器組的設置有高壓集中補償、低壓成組補償和就地補償三種方式。

    ①高壓集中補償方式。優點：采用高壓集中補償的初期，投資要求較低。6~10KV母線上產生的無功功率其曲線變化比較平穩，便于運行管理和調節，而且利用率高，可提高企業供電系統的變壓器的負荷能力。 缺點：高壓集中補償方式對環境要求高，需要設有專門的電容器室，并且通風好，室內溫度適宜，并要求有可靠的放電設備。但是其經濟效果較差，因為只能補償6~10KV電源方向上產生的無功功率和所有向該母線供電的線路上的無功功率，而對于負荷方向的電網并沒有無功補償效果。高壓集中補償雖然對本企業的技術經濟效益較差，但從整體上完善了地區電網，提高了區域大電網的功率因數，所以至今仍是城市及大中型工礦企業采用的主要無功補償方式。

    ②低壓成組補償方式。優點：補償區域大于高壓集中補償區域，使用用戶能夠獲得較大的經濟效益。而且投資小，通常安裝在低壓配電室，平時運行維護和管理方便安全。

    ③分散就地補償方式。優點：這種方式是將電容組分別裝設在各組用電設備上，或安裝在單獨的大容器電動機處。與用電設備要同時啟用，同時運行，但不能共用一套控制系統。

4 某廠現有的無功補償措施及建議

4.1 某廠現在采用的是高壓集中補償和低壓組成組補償

    從效果來看，高壓集中補償采用了高壓無功自動補償裝置，可根據控制器對系統無功的采樣，自動分組投切電容器組，使月平均功率因數穩定在0.95以上，無功自動投切成套裝置每套容量為2200kVar,每組容量分別為450kVar、750kVar、1000kVar，可實現459、750、1000、1200、1450、1750、2000kVar，七級投切。可實實時顯示系統電壓、電流、功率因數等數據。可在后臺控制計算機顯示電容器投切及切除情況，引入控制信號于接點電容器進行投切控制。在外部故障或停電時自動退出，送點后自動恢復運行。

    低壓成組補償采用安科瑞ANSVC低壓無功功率補償裝置，適用于頻率50Hz電壓0.4kV電網的無功功率自動補償，它集無功補償、電網監測于一體，不但可以通過投切電容器組來補償電網中的無功損耗，提高功率因數，降低線損，從而提高電網的負載能力和供電質量，同時還能夠實時監測電網的三相電壓、電流、功率因數等電量參數。

功能特點

    組成要素：柜體、無功補償控制器、復合開關、電抗器、浪涌保護器、電容器組等。具有快速的響應速度，可連續無級調節、無涌流、拉弧，無機械開關使用壽命的限制。

應用領域

    電力、汽車、冶金、鐵道、石油、港口、輕工、機械制造、化工、造紙、紡織、煤炭、造船、通訊、建材、機場、大型場館、高層建筑等場所配電系統。

4.2建議某廠的一些單臺高壓電機加設就地補償裝置

4.2.1原因

    由于變電所的高壓集中補償，只補償6000母排至電網段，而電機至母排段并未得到補償，由于高壓機電的電纜距離比較長，這樣在電纜上的損耗就比較大，而且增加了線路上的壓降，使電機兩端的電壓降低。對于感應電動機，其轉矩與電壓的平方成正比，當電壓降低10%，轉矩則降低到81%，使電動機難以帶負荷啟動，而且影響電機的使用壽命。

4.2.2 就地補償裝置解決方案

    安科瑞AZC系列智能電容器由智能測控單元、晶閘管復合開關電路、線路保護單元、兩臺共補或一臺分補低壓電力電容器構成，替代常規由熔絲、復合開關或機械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在柜內和柜面由導線連接而組成的自動無功補償裝置，改變了傳統無功補償裝置體積龐大和笨重的結構模式，具有更好的補償效果。

    AZCL系列智能集成式諧波抑制電力電容補償裝置是以低壓電力電容器、高性能電抗器、高可靠投切開關、控制系統為主體，采用微電子軟硬件技術、微型傳感器技術、微型網絡技術和電器制造技術等新技術成果，將其智能化，實現低壓無功補償功能，能夠可靠工作。主要應用于諧波十分嚴重場合的無功補償，能夠可靠運行，不會產生諧振，在一定程度上有吸收諧波的功能，其中串接7%電抗器的產品使用于主要諧波為5次、7次及以上的電氣環境，串接14%電抗器的產品使用于主要諧波為3次及以上的電氣環境。

功能特點

    過零投切，分相補償，溫度保護，缺相保護，過壓、欠壓保護；

    諧波功能，智能網絡控制，高可靠性；

    積木結構，接線簡單，擴容方便，維護方便，效果。

應用領域

    成套柜、戶外配電箱、城市電網、農村電網、廠礦企業、石油化工、民用建筑、市政商業建筑、軌道交通配電系統等領域。

參考文獻：

[1]鄒有明.現代供電技術[M]中國電力出版社,2007.

[2]唐志平.供配電技術[M]北京:電子工業出版社,2005.

[3]靳龍章,丁毓山.電網無功補償實用技術[M]北京:水利水電出版社,1997.

[4]安科瑞電氣股份有限公司無功補償解決方案.