浅谈无功补偿

浅谈无功功率补偿

电力系统中使用的输变电设备及电力用户的用电设备，如变压器、电抗器、感应电动机、电焊机、日光灯等大部分具有电感的特性。它们按照电磁感应原理工作，在建立交变磁场时需从电力系统中吸收无功功率。但无功功率并不是实际做功的功率，电力系统中的发电设备在其发出的视在功率为一定时，无功功率需求的增加，将会造成发出的有功功率的下降而影响发电机的出力。

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PQ22，cosPS

SQ式中 S——视在功率(kVA)； P——有功功率(kW)； Q——无功功率(kvar)；

φP图1 功率三角形 φ——功率因数角

同时，无功功率在系统的输送中会造成许多不利的影响：①无功功率在通过电网时，会引起线路及设备的有功损耗；②电网的电压损失将会随着无功功率的增加而增加，这给电网电压的调整带来困难；③在电网输送有功不变情况下，无功增加而使总电流增加，会使供电系统中的如变压器、断路器、导线以及测量仪器、仪表等等的一次、二次设备的容量、规格尺寸增大，从而使投资费用增加。

1

浅谈无功功率补偿

由于无功功率对供电系统有着如上诸多不利的影响，因此降低无功功率的输送量，提高功率因数是系统及用户保证供电质量，保证经济合理的供电的需要。为此，《供电营业规则》及《国家电网公司电力系统电压质量和无功电力管理规定》规定：无功电力应就地平衡，用户应在提高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，防止无功电力倒送。《供电营业规则》及《国家电网公司电力系统电压质量和无功电力管理规定》还规定了在用户高峰负荷时，功率因数应达到的标准（100kVA及以上10kV供电的电力用户变压器高压侧不宜低于0.95，其他电力用户不宜低于0.9）。凡功率因数太低的用户，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。

下面就无功功率补偿装置及具体应用做一下简要阐述。 1.无功功率补偿的基本原理

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由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.无功功率补偿装置

供电部门对用户功率因数的要求，单单依靠提高自然功率因数的

2

浅谈无功功率补偿

办法通常不能满足要求，必须要用无功功率补偿装置才行。无功功率补偿装置一般有如下几种：

①利用过激磁的同步电动机，改善用电的功率因数，但设备复杂，造价高，只适于在具有大功率拖动装置时采用。

②利用调相机做无功功率电源，这种装置调整性能好，在电力系统故障情况下，也能维持系统电压水平，可提高电力系统运行的稳定性，但造价高，投资大，损耗也较高，运行维护技术较复杂，宜装设在电力系统的中枢变电所，一般用户很少应用。

③异步电动机同步化，这种方法有一定的效果，但自身损耗大，一般都不采用。

④电力电容器作为补偿装置，具有安装方便、建设周期短、造价低、运行维护简便、自身损耗小等优点，是当前国内外广泛采用的补偿方法。

电力电容器作为补偿装置有两种方法：串联补偿和并联补偿。 串联补偿是把电容器直接串联到高压输电线路上，以改善输电线路参数，降低电压损失，提高其输送能力，降低线路损耗。这种补偿方法的电容器称作串联电容器，应用于高压远距离输电线路上，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并接到同一电路上，以提高功率因数。这种补偿方法所用的电容器称作并联电容器，用电企业

3

浅谈无功功率补偿

都是采用这种补偿方法。

3.并联电容器补偿装置

3.1并联电容器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与电压U同相位，纯电感负载中的电流IL滞后电压90°，而纯电容的电流IC则超前于电压90°，如图2所示。可见，电容中的电流与电感中的电流相差180°，它们能够互相抵消。

....u,iRi ,LiCICuiRiL00iCωtIRUIL（a）(a)曲线图；(b)向量图（b）图2 电容补偿电压电流相位关系图 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φ。如果将并联电容器与负载并联（补偿原理如图3所示），则电容器的电流IC将抵消一部分电感电流，从而使电感电流IL减小到IL′，总电流从I减小到I′，功率因数将由cosφ提高到 cosφ′，这就是并联补偿的原理。

4

浅谈无功功率补偿

ICIRUILLICCIL′ILIRφφ′I′ICIU（a）（b）(a)电路图；(b)欠补偿向量图图3 电容补偿电路原理图 3.2并联电容器补偿容量的计算

计算公式为：QCPC(tg1tg2)

式中 QC——补偿容量(kvar)；

PC——计算有功功率(kW)；

tgφ1——补偿前计算负荷功率因数角的正切值； tgφ2——补偿后功率因数角的正切值。 3.3并联电容器的装设位置

理论上而言，无功补偿最好的方式是哪里需要无功，就在哪里补偿。但在实际电网中这是不可能做到的。实际中就补偿装置的装设位置通常有三种补偿方式：个别补偿、分散补偿和集中补偿。

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办法，把电容器

5

浅谈无功功率补偿

直接接到单台用电设备的同一个电气回路，同时投运或断开。

这种补偿方法的效果最好，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。

个别补偿适用于连续运行的、无功需求量大的设备，不适用于非连续运行的设备。因为对于非连续运行的设备，当设备退出运行时也同时切除了电容器，电容器利用率低，不能充分发挥其补偿效益。

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支路的出线上，它可与工厂部分负荷的变动同时投入或切除。

这种补偿方法效果也较好。 ③集中补偿

集中补偿是把电容器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。

当电容器接到变压器的一次侧时，可使线路损耗降低，变电所一次母线电压升高，而对变压器没有补偿作用；此外变压器一次侧电压高，安装费高，因此尽量不把电容器安装在变压器的一次侧。当电容器安装在变压器的二次侧时，能产生释放功率使变压器相应增加出力，并使二次侧电压有较大幅度的提高，效果显著，同时二次侧电压低，安装费低，因此电容器应尽量安装在变压器的二次侧。

6

浅谈无功功率补偿

3.4并联电容器的接线

并联电容器的基本接线有星形和三角形两种，根据接线的不同，补偿方式分为三相共补型、三相分补型和混合补偿型。

三相共补型对于负载主要为居民用户时则不适用，因为三相负荷很可能不平衡，导致各相无功需量也不同，采用这种补偿方式会在不同程度上出现过补或欠补。

3.5并联电容器的控制方式

并联电容器的控制方式可采用手动投切控制和自动投切控制。 对电容器控制方式选用的基本原则是：

①由于自动无功补偿控制投资大，运行维护较复杂，所以能不用的地方或采用效果不大的地方尽量不用自动补偿而采用手动补偿控制。

②由于高压无功自动补偿装置对切换元件的要求比较高，且价格较高，检修维护也较困难，因此在高、低压电容器自动补偿效果相同的情况下，宜采用低压无功自动补偿装置。

4.结束语

进行无功补偿可以降低功率损耗和电能损失，可以改善电压质量，可以提高设备出力，可以获取经济效益。因此我们在工作中应重视无功补偿的应用。

7