低压无功补偿的应用效果

低压无功补偿的应用效果

学生姓班级学院、系、专 指导教

名： 燕阳 号： 2008810300 部 电力工程学院 业： 发电厂及电力系统 师： 张月华 2011年5月

目录

第一章 绪论 ......................................... 1第二章 无功补偿的基本原理 ........................... 2第三章 低压无功补偿装置的应用实例 ................... 8 第四章 无功补偿的基本要求 ........................... 11第五章 结论 ......................................... 12

【摘 要】：论文针对我国低压电网普遍存在功率因数较低、电网线损较大的

情况，分析了电网无功补偿的基本原理，阐述了低压无功补偿装置对改善无功功率和提高功率因数的意义，详细分析了低压无功补偿装置的选用，并以实例说明低压自动无功补偿装置节能降损的效果。

【关键词】：低压 补偿 节约电能 改善电能质量

第一章 绪论

近年来，随着中国社会经济的迅猛发展，工业化程度的不断提高，对电能的需求也呈现不断上升的趋势。电力系统中大多数用电设备的功率因数不高，需要大量的无功功率，也给电网带来额外负担，并影响到电网电能质量。目前，我国的电网，特别是广大的低压电网，普遍存在功率因数较低、电网线损较大的情况。导致此现象的主要原因是众多的感性负载用电设备设计落后，功率因数较低。比如我国的电动机消耗的电能占全部发电量的70%，而由于设计和使用等方面的原因我国电动机的功率因数往往较低，一般约为cos0.70。

在这种情况下，采用无功补偿节能技术，对提高电能质量和挖掘电网潜力是十分必要的，世界各国都把无功补偿作为电网规划的重要组成部分。

因此，在低压供电系统中采用合理方式对用电设备进行无功功率补偿，具有多方面的意义，它不仅可以提高线路传输效率，稳定电网电压，提高电能质量。具体来说：

（1） 提高电网传输效率。电网的传输能力是以能够传输的功率来衡量的。在功率的定义上，有功功率和无功功率的矢量和称为视在功率。电网传输线路对视在功率的传输能力是一定的。如果无功功率

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部分增加，就会相应的降低有功功率的比例，从而使传输效率降低。通过在用户端进行无功功率补偿，可以免去电网传输无功功率的负担，增大电网中传输的有功功率的比例，提高传输效率。

（2） 稳定电网电压。输电线路电压由两部分组成，即有功功率在电阻上的压降或无功功率在电感和电容上的压降。一般来说，在超高压电网的线路、变压器的等效电路中，电抗的数值比电阻大的多。所以无功功率对电压损耗的影响很大，而有功功率对电压损耗的影响则要小得多。因此，在电力系统中，无功功率是造成电压损耗的主要因素。电网中无功补偿设备的合理配置，与电网提供的电压质量关系十分密切。合理安装补偿设备可以改善电压质量。同时，电压质量的高低对电网稳定、经济运行也起着至关重要的作用。

此外，无功补偿的意义还在于减小发电与供电设备的设计容量，减少投资、降低损耗，提高供、用电企业的经济效益等。所以，实施无功补偿势在必行。

第二章 无功补偿的基本原理

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。在电网中安装并联电容器等无功补偿设备以后，可以提供感性负载所消耗的无功功率，减少了电网电源向感性负荷提供、由线路输送的无功功率，由于减少了无功功率在电网中的流动，因此可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗，这就是无功补偿。

电力系统的无功功率平衡是系统电压质量的根本保证。在电力系

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统中，整个系统的自然无功负荷总大于原有的无功电源，因此必须进行无功补偿。合理的无功补偿和有效的电压控制，不仅可保证电压质量，而且将提高电力系统运行的稳定性、安全性、经济性。

自然无功符合包括电力用户补偿前的无功负荷、各电压级变压器及送电线路的无功损耗、发电厂自用无功负荷、各种电抗器的无功损耗等。无功电源包括发电机实际可调无功容量、线路充电功率、无功补偿设备中的容性无功功率等。

改善企业用电的功率因数(即无功功率补偿)，消除企业力率电费是企业节约电能的重要环节，应给予足够重视，并采取相应的技术措施以提高功率因数，降低线路损耗。

1．无功功率和提高功率因数的意义

接在电网(电力系统中各级电压的电力线路及其联系的变电所)中的许多用电设备是根据磁感应原理工作的。例如通过磁场，变压器才能改变电压并将电能传送出去，电动机才能转动并带动机械负荷。磁场所具有的磁场能是由电源供给的，电动机和变压器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，这种功率叫做感性无功功率。电容器在交流电网中接通时，在一个周期内，上半周期的充电功率和下半周期放电功率相等，不消耗能量，这种充放电功率叫做容性无功功率。

所以无功功率被使用于建立磁场和静电场，它存储于电感和电容中，通过电力网往返于电源和电感、电容之间。无功功率在电力网元件中流动，将会在电力网元件中引起电压损耗和功率损耗，降低电网

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的电压质量，增加电网的线损率。

无功功率仅反映了具有储能元件与其外部交换能量的规模，“无功”意味着“交换而不消耗”，不能理解为“无用”。对感性负荷，有功功率、无功功率和视在功率之间的关系如图1所示。

S=P2Q2 (1)

式中：S为视在功率；P为有功功率；Q为无功功率。

COSP (2) S式中；cos为功率因数；为功率因数角。

由功率三角形可以看出，在一定的有功功率下，当用电企业cos越小，则所需要的无功功率越大，其视在功率也越大。这样，不仅增加供电投资，降低设备利用费，也将增加线路网损。

为此，全国供用电规则规定：无功功率应就地平衡，用户应在提高用电自然功率因数(未经补偿的用电设备原有的用电功率因数)的基础上，设计和安装无功补偿设备，并做到随其负荷和电压变动及时投入或切除，防止无功电力倒送。全国供用电规则还规定了在电网高峰负荷时，用户的功率因数应达到的标准：高压供电的工业用户和高压供电装有带负荷调整电压装置的电力用户，功率因数为0．90以上；

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其他100 KVA(kW)及以上电力用户和大、中型电力排灌站，功率因数为0．85以上；农业用电，功率因数为0．80以上，凡功率因数不能达到上述规定的新用户，供电部门可拒绝供电。因此对无功功率进行补偿，提高企业用电的功率因数具有重要的意义。负载的功率因数低，对电力系统不利。

(1) 具体来讲,平衡的三相电力系统的功率,可用公式表示如下:

P=3UICOS在负荷功率P 和电压U 近似不变的情况下 电流I ∝ 1/COS 而功率损耗Δ P ∝ I2=1/COS2

所以在电源输出同样有功功率的情况下，功率因数越低，电流越大，功率损耗越大。通过定量计算，可以发现当功率因数从0.5提高到0.9，功率损耗下降近70%，可见改善功率因数具有十分明显的节能降耗效果

(2)负荷的功率因数过低，供电设备的容量不能充分利用，例如，一台额定容量为60 KVA的单相变压器，设它在额定电压、额定电流下运行，在负载的cos =1时，它的传输的有功功率P=60 ╳ cos =60 kV，它的容量得到充分的利用，负载的cos =0．8时，它的传输的有功功率降低为48 kW，容量的利用较差，cos越小，容量利用的就越不充分。

(3)在一定的电压下向负载输送一定的有功功率时，负载的cos越低，通过输电线的电流越大，导线电阻的能量损耗和导线阻抗的电压降落越大。功率因数是电力经济中的一个重要指标。

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2．无功功率补偿

1）无功功率补偿的基本概念

无功功率补偿的基本原理是：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，当容性负荷释放能量时，感性负荷却在吸收能量；而感性负荷释放能量时，容性负荷却在吸收能量，能量在两种负荷之间互相交换。这样，感性负荷所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原理。

2）并联电容提高功率因数的原理

在交流电路中，纯电阻电路，负载中的电流IR与U电压同相位，纯电感负载中的电流IL滞后电压90o。而纯电容的电流，IC则超前于电压90o。可见，电容中的电流与电感中的电流相差180o，它们能够互相抵消。电力系统中的负载，大部分是感性的，因此总电流I将滞后于电压一个角度1，这时，I=I1。如果将并联电容器与负载并联，这时，I’ =I1+IC总电流从I减少到I’，功率因数将由cos1提高到cos2，这就是并联电容补偿的原理。

3）并联电容器在电力系统中的作用 (1)补偿无功功率，提高功率因数。 (2)提高设备出力。

由于有功功率P=SCOS，当设备的视在功率S一定时，如cos提高，P也随之增大，电气设备的有功出力也就提高了。即功率因数越高，一定电源提供的有功功率越大，电源设备的利用率越高.如功率因数提高0.2 ,一定电源提供的有功功率提高20%，所以供电部门对电力用

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户的功率因数作出了具体规定，凡功率因数不合格的就要征收罚款,直至停止供电。

(3)降低功率损耗和电能损失。

在三相交流咀路中，功率损耗△P的计算公式如下：

P2R3△P =2 102U(COS)由上式可见，当功率因数提高后，将使功率损失大大下降。因此使得每年在线路上和变压器中电能损失下降。 (4)改善电压质量。

在线路中电压损失△U计算公式如下 △U =

PRQXL103 U由上式可见，当线路中的无功功率Q减少以后，电压损失△U也就减小了。

4．无功补偿装置的选用

并联电容器和并联电抗器是电力系统无功补偿的主要常用设备，应予优先选用。为缩短电器距离，特别在远距离超高压送点线路上可选用串联补偿电容器，其补偿度（容性无功补偿容量与最大有功负荷之比）一般不小于50%，并应防止次同步谐振发生。

当220—500kv电网受端系统短路容量不足，或长距离送点线路中途缺乏电压支持时，为提高输送能力和系统稳定水平，经技术经济比较认为合理时，可装设同步调相机。

为防止电网电压崩溃，提高系统电压稳定性，经技术经济比较。

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可在香炉终点附近或多处安装精致无功补偿器；对于冲击性负荷、波动性负荷、严重不平衡负荷也应采用静止补偿器。以减小对系统其它用户的影响。

5．无功动态补偿装置容量选择及产生的经济效益

无功动态补偿装置容量选择，就是电容器容量的选择，可根据使用目的不同，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。我们只阐述改善功率因数和补偿容量计算方法。用户的无功补偿装置主要安装在电力变压器二次侧母线上。实际上，我们根据变压器的容量以及自然功率因数和补偿后要求达到的功率因数，即可算出电容器的安装容量。自然功率因数即未经补偿的用电设备原有的用电功率因数。其计算方法有多种，可以根据电力用户电费清单上直接读出；也可以根据单位时间内(一般以月为标准)有功用电量与无功用电量的比例值算出。

6.无功补偿技术的发展

无功功率补偿经历了从固定补偿到可变补偿，从动态补偿到静止补偿的发展过程，出现在补偿方式有并联电容器、同步调相机、静止无功补偿器、静止无功发生器等。

早期的无功补偿装置为并联电容器和同步补偿器，多用在系统的高压侧进行集中补偿。至今并联电容器仍是一种主要补偿方式，应用范围广泛，只是控制器在不断的更新发展。同步补偿器的实质是同步电机，当励磁电流发生改变时，电动机可随之平滑的改变输出无功电流的大小和方向，对电力系统的稳定运行有好处。但同步补

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偿器成本高，安装复杂，维护困难，使其推广使用受到。

第三章 低压无功补偿装置的应用实例

在供电企业的管理工作中，线损率是供电企业的一个重要考核指标，它的高低直接关系到企业的经济效益。无功功率补偿装置在电子供电系统中所承担的作用是提高电网的功率因数，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。合理的选择补偿装置，可以做到最大限度的减少网络的损耗，使电网质量提高。

无功补偿设备包括系统中的并联电容器、串联电容器、并联电抗器、同步调相机和静止型动态无功补偿装置等。

就补偿装置来说，较高压补偿装置而言，低压无功补偿装置具备以下几个优点：一是安装灵活方便，对环境要求不高，配套设备少，维护维修方便，安全要求一般；二是投资少，由于电压等级低，设备在市场上即可购到，投资是同容量高压补偿装置的30%～50%；三是投切灵活，这也是它最大的优点，可以根据线路无功电流的变化，自动投入切除电容，达到无功的平衡。相对于高压补偿装置动辄几百千乏的投切来说，使用低压自动补偿装置可以达到\"无极变速\"。 因此，在配电网中，为减少线路损耗达到最佳经济效益，应尽量减少有功功率以外的功率流动。并且无功补偿应以随机就地补偿为主，高压线路中的补偿、变电站补偿为辅。

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举例说明采取低压自动无功补偿装置节能降损的效果。 例1：某供电企业给某淀粉厂加装470 kvar低压自动补偿电容柜，设定补偿限值cosj为0.95，小于限值则自动顺序投入电容器组。如功率因数超前，向线路反送无功功率，则开始顺序切除电容器，使功率因数在一个相对稳定的区域保持动态平衡。 试机时一次电流1050 A，cosj = 0.7，装置自动投入400 kvar后，功率因数达到1，一次电流变为750 A，电流是补偿前的电流的70%，即减少线路电流30%左右。

表1列出了补偿前后参数的变化。

例2：某供电企业给某造纸厂加装500 kvar低压自动补偿柜，补偿前功率因数小于0.75，线路电流1300 A，自动补偿到功率因数为0.96后一次电流是1000 A，直观减少线路电流25%左右。

根据电路原理，线路的损耗与负荷电流的平方成正比，线路电流大则损耗大，线路电流减小则线损减少，例1中，补偿前电流为I，补偿后电流大约为0.7×I，根据DP = 3I2R，所以补偿后的线路损耗为补偿前线路损耗值的49 %，线路损耗降低了大约51%左右。

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例2中线路补偿后电流大约是补偿前电流的0.77，所以补偿后的线路损耗大概是补偿前线路损耗的59%。

推算出补偿前后功率因数的变化与线路损耗变化的关系：

按表2所示：例1功率因数从0.7提高到1，补偿后的线路损耗为补偿前线路损耗的49%；线路功率因数从0.75提高到0.95后，线路损耗为补偿前的63%，降低线损效果明显。

用户低压端无功补偿装置一般按照用户无功负荷的变化自动投切补偿电容器，达到动态控制的目的，可以做到不向高压线路反送无功电能。在配电网中，若各用户低压侧配置了足够的无功补偿装置，则可使配电线路中的无功电流最小，也使配电线路的有功功率损耗最小，这是最理想的效果。另外，线路中的无功电流小，也使线路压降减少，电压波动减少。

由此得出，配电网中的用户端实现无功就地补偿是合理的无功补偿方式，大力推广应用自动控制装置提高线路功率因数，达到动态的管理，这是理想的节能降损办法。否则，即使在线路关口处的功率因数很高，也不能有效地降低线路的有功功率损耗。

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第四章 无功补偿的基本要求

电力系统的无功电源与无功负荷，在各种正常及事故运行时，都应实行分层分区、就地平衡的原则，并且无功电源应具有灵活的调节能力和一定的检修备用、事故备用。

在正常运行方式，突然失去一回线路，或一台最大容量的无功补偿设备，或一台最大容量的发电机（包括失磁）之后，系统无功电源事故备用的容量及配置方式，应能保持电压稳定和正常供电，避免出现电压崩溃；在正常检修运行方式时，若发生上述事故，应允许采取切除部分负荷或并联电抗器等必要措施，以维持电压稳定。

对于220kv级以上系统的无功补偿，应先考虑提高电力系统稳定性的作用。

无功补偿设备的配置与设备类型的选择，应进行技术经济比较。通常，应以可分组投切的并联电容器以及可调节的并联电抗器为主要无功补偿设备。

第五章 结论

对供配电系统进行无功补偿可以提高系统的功率因数和供电质量，实现电网的经济运行和用户的节能降耗。

无功补偿不仅具有节省投资的作用，同时还可以提高电力系统设备的供电能力，改善电压质量，减少用户电费开支，延缓用户的增容改造等作用。

无功动态补偿对节约电能，改善电能质量越来越重要，给电力系统和广大电力用户带来显著的经济效益和社会效益。随着社会的发展

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还将会有新的更加高效、安全的节能装置开发出来。 参考文献：

[1] 周志敏，纪爱华．电工测量与试验实用技术问答[M]．北京：电子工业出版社，2006

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