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中图分类号： TM714.3 文献标识码：A
摘要：
提高功率因数，减少电力损失，计算补偿容量，改进无功补偿技术。
在企业中，绝大部分用电设备都具有电感特性，负载电流相位固定滞后于电压，当有功功率需要保持恒定，无功功率需要量增大，将从电网中吸收无功功率，引起总电流增加，相角差越大，无功电力需求就会相对增大，使电力系统中的元件如变压器、导线等其他电气设备等容量增大，这样不仅增加投资费用，而且使设备及线路的铜损大大增加，如果由发电机提供并经过长距离传送这些无功功率通常是不合理的。电力网络中用电设备消耗的无功功率，应该从需要无功功率的地方来产生，所以在配电系统里大多数都是使用电容器来补偿负载所需的无功功率，以改善功率因数。无功功率减小相应地提高了功率因数cosφ，因此cosφ是工厂电气设备使用状况和利用程度的具有代表性的重要指标。
供電规则规定，高压供电的工厂功率因数为0.95以上，其他100KVA及以上的电力用户功率因数为0.9以上，农业用电功率因数为0.8以上。
一、无功补偿的作用：
1、改善供电品质提高功率因数。
2、减少电力的损失，工厂动力配线依据不同的线路及负载情况，使用电容提高功率因数后，总电流降低，可降低供电端与用电端的电力损失。
3、延长设备寿命。
改善功率因数后线路总电流减少，使接近或已经饱和的变压器、开关等电气设备和线路负荷下降，可以降低温度增加寿命。
二、无功功率补偿的方法：
1、提高用电设备的自然功率因数
一般工业企业消耗的无功功率中，异步电动机约占70%，变压器占20%，线路占10%，所以设计中应正确选择电动机和变压器的容量，减少线路感抗。例如：选择电动机的经常负荷不低于额定容量的40%；变压器负荷率宜在75%-85%，不低于60%。
2、采用并联电力电容器补偿的计算
1）均权功率因数
对于已正式投入生产的企业，按有功电能和无功电能为参数计算而得的功率因数称为均权功率因数。
Cosφ=
式中：W—有功电能（KWh）
V—无功电能（Kvarh）
上式中的W、V为工厂一个月中从有功电度表与无功电度表所记录的读数，代入求出的均权功率因数是供电部门用来调整电费的月平均功率因数。
2）对于正在进行设计的工厂则采用下面的方法计算功率因数：
根据功率因数的定义
Cosφ=
补偿前最大负荷时功率因数Cosφ1
Cosφ1= =
补偿后最大负荷时功率因数Cosφ2
Cosφ2= =
式中：
P—有功计算负荷（KW）
Q—无功计算负荷（Kvar）
S、S′—补偿前后的视在计算负荷（KVA）
3）平均功率因数是调节电费的依据
补偿前平均功率因数Cosφji
Cosφji= =
补偿后平均功率因数Cosφj2
Cosφj2= =
式中：
α—年平均有功负荷系数一般取0.7—0.75
β—年平均无功负荷系数一般取0.76—0.82
Pj—有功计算负荷（KW）
Qj—无功计算负荷（Kvar）
Sj、Sj′—补偿前后的视在计算负荷（KVA）
4）并联电容器补偿容量的计算
并联电容器补偿容量Qc可按下式计算：
（kvar）
或 （kvar）
α—平均负荷系数
tanφ1 —补偿前计算负荷功率因数正切值
tanφ2 —补偿后功率因数正切值
上式是按企业的平均负荷来确定补偿容量，α为平均负荷系数，可取0.7—0.8。但根据《全国国供用电规则》，电力部门考核要求按当地供电局规定的电网高峰负荷时的功率因数，为在最不利的时间阶段也能满足供电局的要求，只能按计算负荷来选择补偿容量，即取α=1。
（1）电容器电容量的计算
Q—电容器额定容量，kvar
U—电容器额定电压，kv
（2）电容器电流的计算
三相 或
U—电容器额定电压，kv
C—电容器实际电容值，μF
3、利用同步电动机补偿
当采用同步电动机合理时，可利用同步电动机过励磁超前运行，以补偿系统的感性无功功率。但操作工担心励磁绕组发热会增加维修工作量，经常运行在功率因数等于1，丧失了采用同步電动机的优点。
三、并联电容器与电力网的联接：
并联电容器与电力网的联接，额定电压应相符，在三相供电系统中单相电容器的额定电压与电力网的额定电压相同时，电容器应采用三角形接法，如果按星形接法联接则每相电压是线电压的 倍，又因 ，所以无功出力减小为三角形接法的 倍。当单相电容器的额定电压较线路的额定电压低时，应采用星形联接或几个电容器串联以后接成三角形，一般高压电容器接成星形接法。
电容器的补偿形式，应以无功就地平衡为原则。电网的无功负荷主要是由用电设备和输变电设备引起。除了在比较密集的供电负荷中心集中装设大、中型电容器组，便于电网的电压控制和稳定电网的电压质量之外，还应在距用电无功负荷较近的地点装设中、小型电容器组进行就地补偿。所以根据实际可采用集中、分散、个别补偿三种形式。集中补偿是把电容器组集中安装在变电所的一次或二次侧的母线上；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；个别补偿一般常用于容量较大的高低压电动机等用电设备。 四、传统无功补偿装置存在的主要问题：
1、机械型无功补偿装置
a）采用交流接触器或空气开关投切电容器；
b）结构简单、价格便宜；
c）不能选择投切时刻、不能动态投切、产生过电流和过电压、影响供电质量、损坏电气设备、降低产品质量。
2、电力电子型无功补偿装置：
a）电压过零或固定时刻触发晶闸管投切电容器；
b）速度比机械型快、不产生电弧；
c）补偿装置价格较高、需要充放电回路、不能动态投切、不能避免过电流和过电压、晶闸管易损坏、供电质量下降。
d）安全性不高
传统的无功补偿装置在投切电容器的过程中产生暂态过电压和过电流，一般情况下：
最大过电压可达3.0倍额定电压，最大过电流可达20.0倍额定电流。这种过电压和过电流将冲击电网，破坏电压质量，损坏网上电气设备的绝缘性能、缩短使用寿命，甚至导致继电保护盒自动装置误动，电容器组爆炸等事故，危害配电网的安全运行。
五、 传统无功补偿与新型静止无功动态补偿的比较：
1、传统无功补偿
a）实时性不强
为了减少对电容器的损坏，电容器组必须待放电基本完毕后再投入（大约3分钟），因而不能实时动态投切电容器；
b）使用寿命短
电容器损坏的主要原因是过电压和谐波过电流，而过电压危害最大。据资料介绍，电容器长期在过电压1.1倍下运行，其使用寿命缩短五分之三。连续运行的自动投切电容器装置的电容器一般使用1年左右就开始损坏；
c）补偿效果差
由于投切电容器产生过电压和过电流，所以无功补偿装置的实际使用效果不好，运行单位要么不投电容器，要么不切，不是过补就是欠补；有时电容器损坏不及时更换；
2、零过渡动态无功补偿：
a）安全性
零过渡过程投切电容器组，避免电容器投切产生过电压和过电流，使无功补偿装置的使用寿命提高3-4倍；
b）环保性
补偿装置工作不产生谐波、不引起电压畸变、不产生投切振荡或投切涌流，使电网在无功补偿过程中电能质量不下降；
c）动态性
电容器组投切无需电阻放电，使电容器组投切间隔响应速度比现有国家和行业标准提高3000倍以上，可快速、动态补偿冲击负荷，抑制电压剧烈波动，改善电压质量，提高工业产品生产的质量和产量，延长用电装置的使用寿命；
d） 高效节能性
以不低于0.98的高瞬時功率因数替代平均功率因数，既可高效节能，又可增加供用电装置的出力。
据以上分析，在企业生产中保证功率因数指标，提高电力电网质量，不断优化电力技术，进行实时无功补偿意义匪浅。
参考文献：
[1] 中国电力出版社《工业与民用配电设计手册》
[2] 辽宁科学技术出版社《进网作业电工培训》
马君 1972年9月 汉 陕西省兴平市 现陕西省兴化集团公司 工程师 大专 电氣自动化专业，
摘要：
提高功率因数，减少电力损失，计算补偿容量，改进无功补偿技术。
在企业中，绝大部分用电设备都具有电感特性，负载电流相位固定滞后于电压，当有功功率需要保持恒定，无功功率需要量增大，将从电网中吸收无功功率，引起总电流增加，相角差越大，无功电力需求就会相对增大，使电力系统中的元件如变压器、导线等其他电气设备等容量增大，这样不仅增加投资费用，而且使设备及线路的铜损大大增加，如果由发电机提供并经过长距离传送这些无功功率通常是不合理的。电力网络中用电设备消耗的无功功率，应该从需要无功功率的地方来产生，所以在配电系统里大多数都是使用电容器来补偿负载所需的无功功率，以改善功率因数。无功功率减小相应地提高了功率因数cosφ，因此cosφ是工厂电气设备使用状况和利用程度的具有代表性的重要指标。
供電规则规定，高压供电的工厂功率因数为0.95以上，其他100KVA及以上的电力用户功率因数为0.9以上，农业用电功率因数为0.8以上。
一、无功补偿的作用：
1、改善供电品质提高功率因数。
2、减少电力的损失，工厂动力配线依据不同的线路及负载情况，使用电容提高功率因数后，总电流降低，可降低供电端与用电端的电力损失。
3、延长设备寿命。
改善功率因数后线路总电流减少，使接近或已经饱和的变压器、开关等电气设备和线路负荷下降，可以降低温度增加寿命。
二、无功功率补偿的方法：
1、提高用电设备的自然功率因数
一般工业企业消耗的无功功率中，异步电动机约占70%，变压器占20%，线路占10%，所以设计中应正确选择电动机和变压器的容量，减少线路感抗。例如：选择电动机的经常负荷不低于额定容量的40%；变压器负荷率宜在75%-85%，不低于60%。
2、采用并联电力电容器补偿的计算
1）均权功率因数
对于已正式投入生产的企业，按有功电能和无功电能为参数计算而得的功率因数称为均权功率因数。
Cosφ=
式中：W—有功电能（KWh）
V—无功电能（Kvarh）
上式中的W、V为工厂一个月中从有功电度表与无功电度表所记录的读数，代入求出的均权功率因数是供电部门用来调整电费的月平均功率因数。
2）对于正在进行设计的工厂则采用下面的方法计算功率因数：
根据功率因数的定义
Cosφ=
补偿前最大负荷时功率因数Cosφ1
Cosφ1= =
补偿后最大负荷时功率因数Cosφ2
Cosφ2= =
式中：
P—有功计算负荷（KW）
Q—无功计算负荷（Kvar）
S、S′—补偿前后的视在计算负荷（KVA）
3）平均功率因数是调节电费的依据
补偿前平均功率因数Cosφji
Cosφji= =
补偿后平均功率因数Cosφj2
Cosφj2= =
式中：
α—年平均有功负荷系数一般取0.7—0.75
β—年平均无功负荷系数一般取0.76—0.82
Pj—有功计算负荷（KW）
Qj—无功计算负荷（Kvar）
Sj、Sj′—补偿前后的视在计算负荷（KVA）
4）并联电容器补偿容量的计算
并联电容器补偿容量Qc可按下式计算：
（kvar）
或 （kvar）
α—平均负荷系数
tanφ1 —补偿前计算负荷功率因数正切值
tanφ2 —补偿后功率因数正切值
上式是按企业的平均负荷来确定补偿容量，α为平均负荷系数，可取0.7—0.8。但根据《全国国供用电规则》，电力部门考核要求按当地供电局规定的电网高峰负荷时的功率因数，为在最不利的时间阶段也能满足供电局的要求，只能按计算负荷来选择补偿容量，即取α=1。
（1）电容器电容量的计算
Q—电容器额定容量，kvar
U—电容器额定电压，kv
（2）电容器电流的计算
三相 或
U—电容器额定电压，kv
C—电容器实际电容值，μF
3、利用同步电动机补偿
当采用同步电动机合理时，可利用同步电动机过励磁超前运行，以补偿系统的感性无功功率。但操作工担心励磁绕组发热会增加维修工作量，经常运行在功率因数等于1，丧失了采用同步電动机的优点。
三、并联电容器与电力网的联接：
并联电容器与电力网的联接，额定电压应相符，在三相供电系统中单相电容器的额定电压与电力网的额定电压相同时，电容器应采用三角形接法，如果按星形接法联接则每相电压是线电压的 倍，又因 ，所以无功出力减小为三角形接法的 倍。当单相电容器的额定电压较线路的额定电压低时，应采用星形联接或几个电容器串联以后接成三角形，一般高压电容器接成星形接法。
电容器的补偿形式，应以无功就地平衡为原则。电网的无功负荷主要是由用电设备和输变电设备引起。除了在比较密集的供电负荷中心集中装设大、中型电容器组，便于电网的电压控制和稳定电网的电压质量之外，还应在距用电无功负荷较近的地点装设中、小型电容器组进行就地补偿。所以根据实际可采用集中、分散、个别补偿三种形式。集中补偿是把电容器组集中安装在变电所的一次或二次侧的母线上；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；个别补偿一般常用于容量较大的高低压电动机等用电设备。 四、传统无功补偿装置存在的主要问题：
1、机械型无功补偿装置
a）采用交流接触器或空气开关投切电容器；
b）结构简单、价格便宜；
c）不能选择投切时刻、不能动态投切、产生过电流和过电压、影响供电质量、损坏电气设备、降低产品质量。
2、电力电子型无功补偿装置：
a）电压过零或固定时刻触发晶闸管投切电容器；
b）速度比机械型快、不产生电弧；
c）补偿装置价格较高、需要充放电回路、不能动态投切、不能避免过电流和过电压、晶闸管易损坏、供电质量下降。
d）安全性不高
传统的无功补偿装置在投切电容器的过程中产生暂态过电压和过电流，一般情况下：
最大过电压可达3.0倍额定电压，最大过电流可达20.0倍额定电流。这种过电压和过电流将冲击电网，破坏电压质量，损坏网上电气设备的绝缘性能、缩短使用寿命，甚至导致继电保护盒自动装置误动，电容器组爆炸等事故，危害配电网的安全运行。
五、 传统无功补偿与新型静止无功动态补偿的比较：
1、传统无功补偿
a）实时性不强
为了减少对电容器的损坏，电容器组必须待放电基本完毕后再投入（大约3分钟），因而不能实时动态投切电容器；
b）使用寿命短
电容器损坏的主要原因是过电压和谐波过电流，而过电压危害最大。据资料介绍，电容器长期在过电压1.1倍下运行，其使用寿命缩短五分之三。连续运行的自动投切电容器装置的电容器一般使用1年左右就开始损坏；
c）补偿效果差
由于投切电容器产生过电压和过电流，所以无功补偿装置的实际使用效果不好，运行单位要么不投电容器，要么不切，不是过补就是欠补；有时电容器损坏不及时更换；
2、零过渡动态无功补偿：
a）安全性
零过渡过程投切电容器组，避免电容器投切产生过电压和过电流，使无功补偿装置的使用寿命提高3-4倍；
b）环保性
补偿装置工作不产生谐波、不引起电压畸变、不产生投切振荡或投切涌流，使电网在无功补偿过程中电能质量不下降；
c）动态性
电容器组投切无需电阻放电，使电容器组投切间隔响应速度比现有国家和行业标准提高3000倍以上，可快速、动态补偿冲击负荷，抑制电压剧烈波动，改善电压质量，提高工业产品生产的质量和产量，延长用电装置的使用寿命；
d） 高效节能性
以不低于0.98的高瞬時功率因数替代平均功率因数，既可高效节能，又可增加供用电装置的出力。
据以上分析，在企业生产中保证功率因数指标，提高电力电网质量，不断优化电力技术，进行实时无功补偿意义匪浅。
参考文献：
[1] 中国电力出版社《工业与民用配电设计手册》
[2] 辽宁科学技术出版社《进网作业电工培训》
马君 1972年9月 汉 陕西省兴平市 现陕西省兴化集团公司 工程师 大专 电氣自动化专业，