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摘要: 本文论述了配电网中应用无功补偿, 使无功就地平衡, 减少无功功率, 提高功率因数, 有效地减少配电系统配电线路和配电变压器的电能损耗, 具有重要的现实意义。
关键词: 无功补偿作用; 补偿方式; 补偿容量确定
中图分类号：TM421 文献标识码：A
1 无功补偿的作用
1.1 提高电压质量
供配电线路的电压损失公式为:
ΔU = ( PR + QX) / Ue 。(1)
无功功率Q 减少, 电压损失也相应减少。式(1) 中P , Q 分别为有功、无功功率; R , X 分别为线路的电阻、电抗; Ue 为额定电压。
1.2 减少功率损耗
无功功率既影响配电系统的电压质量, 也限制了线路、配变的供电容量, 更是增加了配电系统的供电线损。
在配电网中, 线路或变压器的功率损耗ΔP = I2 R = RS2/ U2 = RP2/ ( UcosΦ) 2 .(2)
式(2) 中R 为网络等效电阻; P 为有功功率; S 为视在功率; U 为运行电压; cosΦ 为功率因数。
假定功率因数从cosΦ1 提高到cosΦ2 , 则功率损耗可降低, 降低幅度为ΔP = 1 - (cosΦ1/ cosΦ2) 2。设功率因数为1 时, 铜损即功率损耗为ΔP ,那么对应于同一有功功率, 各种功率因数下的铜损与功率因数为1 时的铜损的百分比。
1.3 提高输变电设备的供电能力：补偿谐波电流，降低谐波电流对电网的污染；补偿不受电网频率影响，不易与电网阻抗发生谐振，过载能力强。
1.4 提高发电机的有功功率输出
1.5 减少用户的电费支出《功率因数调整电费办法》明确规定: 对功率因数达不到《供用电规则》所要求的功率因数值的用户, 按规定扣罚电费, 反之, 奖励电费。对于容量大的用户通过无功补偿提高功率因数, 便可减少功率因数电费, 减少电费支出。
2 无功补偿的方式
2.1 高压电容无功补偿
对提高总回路功率因数的效果最为显著。根据C = P (tgΦ1 - tgΦ2) / (ωU2) , 在功率P、频率ω相同的条件下, 电压U 较高时, 就可以用较小的电容量C , 较大幅度的提高电网的功率因数, 但对企
业节电效果不如低压供网和用电设备的直接补偿。
2.2 低压集中电容无功补偿
集中补偿分为固定容量补偿和自动补偿, 均可最大限度的挖掘变压器的容量潜力, 增大负载能力。根据P = S·cosΦ 当功率因数cosΦ = 1 时, 有功功率P 等于变压器的视在功率S , 而一般自然功率因数在0.6～0.7 之间, 如不进行补偿, 供电变压器的效率就很难提高, 例:1 000 kVA 的变压器仅能带600 kW～700 kW的有效功率。特别是自动补偿, 功率因数可控制到0.95～0.98 , 其增容效果更为显著, 电容器的充、放电功能, 可以有效的稳定电压, 提高供电质量。
2.3 无功功率就地补偿
在低压网络, 电容器直接连接到电动机等感性负载用电设备上, 电容器随电动机同时投入或同时退出, 使得电动机消耗的无功功率得到彻底补偿,从而使得装设点以上的配电线路的无功功率减少,从而相应减少了线路和变压器的有功损耗, 所以电容就地补偿, 节电效果最好, 投资也小。特别是能够有效抑制设备瞬间出现的电流波动冲击电网。
2.4 低压分散无功补偿
在变压器低压侧的输电线路中, 分散进行电容器固定容量的补偿, 克服了集中固定补偿中容量较大时的涌流过大等问题, 并能有效的增大配电线网的供电能力, 节电效果较好。其优点是在低负荷时, 可以相应停运数组, 以防过补。投资较为经济, 其缺点是需要人工频繁投、切。在投、切不及时或投、切容量不合适时, 也易造成过补或欠补现象。
3 无功补偿在配电网中的应用
在配电系统中, 用电类别可分为由专用变压器供电的客户与由0.4 kV 线路供电的客户, 为达到最佳的降低损耗的效果, 其无功补偿的选择应按照“全面规划、合理布局、分级补偿、就地平衡”的原则。采取集中补偿与分散补偿相结合, 以分散补偿为主; 由低压到高压、高低压相结合、以低压补偿为主; 调压与降损相结合, 以降损为主。
3．1 低压补偿
就1 台变压器供电为一个单位来考虑, 在农网系统0.4 kV 线路上供电的情况的差别很大, 低压无功补偿装置的安装位置要视实际情况而定。对于负荷分布比较均匀、线路长度相对不是很长的, 或者负荷分布不均匀、线路长度相对较长、但负荷主要集中在靠边变压器处的, 宜以各台配变容量、负荷率和功率因数的情况确定补偿容量, 在配变的低压侧安装全自动的无功补偿装置, 以补偿低压用电和配变本身所消耗的无功功率; 对于负荷分布不均匀、线路较长、负荷大量集中在线路末端的, 在靠边各主要负荷较近处, 通过对实际情况的分析后,确定补偿容量, 在该处安装全自动的无功补偿装置, 以补偿主要负荷所消耗的无功功率。
3．2 高压补偿
在0.4 kV 低压配电网基本实现无功平衡的基础上, 要根据10 kV 专用配变供电用户自身无功补偿的情况和线路本身的需要补偿的情况, 综合分析考虑补偿。如果专用配变的无功功率损耗占整体情况比例不大, 可考虑在距线路首端2/ 3 处安装补偿装置, 补偿容量取最大无功功率的5 %～10 % ,在实际中, 若线路较短, 则可以不设补偿。若有些专用配变的无功功率较大, 占整体情况的比例很大, 可考虑在靠近配变附近装设单独的补偿, 剩余的无功功率, 再根据以上方法考虑相应的补偿。
4 补偿容量的确定
其中室内变电和预装箱式变电站宜采取动态无功补偿装置，补偿容量根据负荷的性质确定，一般按变压器容量的20～40％在低压配电室集中补偿计算。
4．1 按公式计算
已知感性负荷的实际功率P、补偿前的功率因数cosΦ1 、补偿后要达到的功率因数cosΦ2 , 所需补偿电容器的容量Q 可按式(3) 計算:
Q = P·(tgΦ1 - tgΦ2).(3)
根据补偿前、后的功率因数cosΦ1 , cosΦ2 直接查出每kW负荷所需补偿的千乏数值, 再乘以设备功率, 就是所需补偿量Q , 一般电工手册或参考资料上均可查到。
4．2 就地补偿容量可按电机空载电流计算
Q ≤ 3 UIO var 电机空载电流IO 可以按电机型号在电工手册中查到, 也可以在额定电压U 下实测得到。
4．3 根据有功、无功电量计算
单个电网回路所需补偿量可按正常生产情况下, 供电部门收费单上的有功电量A 、无功电量B 、每月运行时间h 和补偿后要达到的功率因数cosΦ2 , 可按式(4) 计算:
Q = [ B - A·tgΦ2 ] / h.(4)
4．4 估算
先进行估算预补, 再根据实际情况进行调整,使其达到所需要的功率因数。低压侧集中自动补偿, 一般按变压器容量的二分之一配置。低压侧集中固定补偿, 一般按配电变压器容量的十分之一左右配置。就地补偿, 按电机容量的三分之一左右配置。有些设备按其要求进行配置。
4．5 容量配置注意事项
在供电线路中, 电阻、电感、电容三个参数相互影响, 如果电容器的容量配置不当, 不但起不到节电的目的, 反而影响设备的安全运行, 所以要注意防止过补或出现纯电阻电器。
5 结束语
综上述:无功分散补偿, 实现无功就地平衡, 对于降低供电线损、提高配网的供电能力、改善电压质量、提高发电机的有功功率输出、提高发电设备的效率、降低发电成本等均有着重要的意义。所以, 在配电建设与改造中, 应大力应用无功补偿技术。
关键词: 无功补偿作用; 补偿方式; 补偿容量确定
中图分类号：TM421 文献标识码：A
1 无功补偿的作用
1.1 提高电压质量
供配电线路的电压损失公式为:
ΔU = ( PR + QX) / Ue 。(1)
无功功率Q 减少, 电压损失也相应减少。式(1) 中P , Q 分别为有功、无功功率; R , X 分别为线路的电阻、电抗; Ue 为额定电压。
1.2 减少功率损耗
无功功率既影响配电系统的电压质量, 也限制了线路、配变的供电容量, 更是增加了配电系统的供电线损。
在配电网中, 线路或变压器的功率损耗ΔP = I2 R = RS2/ U2 = RP2/ ( UcosΦ) 2 .(2)
式(2) 中R 为网络等效电阻; P 为有功功率; S 为视在功率; U 为运行电压; cosΦ 为功率因数。
假定功率因数从cosΦ1 提高到cosΦ2 , 则功率损耗可降低, 降低幅度为ΔP = 1 - (cosΦ1/ cosΦ2) 2。设功率因数为1 时, 铜损即功率损耗为ΔP ,那么对应于同一有功功率, 各种功率因数下的铜损与功率因数为1 时的铜损的百分比。
1.3 提高输变电设备的供电能力：补偿谐波电流，降低谐波电流对电网的污染；补偿不受电网频率影响，不易与电网阻抗发生谐振，过载能力强。
1.4 提高发电机的有功功率输出
1.5 减少用户的电费支出《功率因数调整电费办法》明确规定: 对功率因数达不到《供用电规则》所要求的功率因数值的用户, 按规定扣罚电费, 反之, 奖励电费。对于容量大的用户通过无功补偿提高功率因数, 便可减少功率因数电费, 减少电费支出。
2 无功补偿的方式
2.1 高压电容无功补偿
对提高总回路功率因数的效果最为显著。根据C = P (tgΦ1 - tgΦ2) / (ωU2) , 在功率P、频率ω相同的条件下, 电压U 较高时, 就可以用较小的电容量C , 较大幅度的提高电网的功率因数, 但对企
业节电效果不如低压供网和用电设备的直接补偿。
2.2 低压集中电容无功补偿
集中补偿分为固定容量补偿和自动补偿, 均可最大限度的挖掘变压器的容量潜力, 增大负载能力。根据P = S·cosΦ 当功率因数cosΦ = 1 时, 有功功率P 等于变压器的视在功率S , 而一般自然功率因数在0.6～0.7 之间, 如不进行补偿, 供电变压器的效率就很难提高, 例:1 000 kVA 的变压器仅能带600 kW～700 kW的有效功率。特别是自动补偿, 功率因数可控制到0.95～0.98 , 其增容效果更为显著, 电容器的充、放电功能, 可以有效的稳定电压, 提高供电质量。
2.3 无功功率就地补偿
在低压网络, 电容器直接连接到电动机等感性负载用电设备上, 电容器随电动机同时投入或同时退出, 使得电动机消耗的无功功率得到彻底补偿,从而使得装设点以上的配电线路的无功功率减少,从而相应减少了线路和变压器的有功损耗, 所以电容就地补偿, 节电效果最好, 投资也小。特别是能够有效抑制设备瞬间出现的电流波动冲击电网。
2.4 低压分散无功补偿
在变压器低压侧的输电线路中, 分散进行电容器固定容量的补偿, 克服了集中固定补偿中容量较大时的涌流过大等问题, 并能有效的增大配电线网的供电能力, 节电效果较好。其优点是在低负荷时, 可以相应停运数组, 以防过补。投资较为经济, 其缺点是需要人工频繁投、切。在投、切不及时或投、切容量不合适时, 也易造成过补或欠补现象。
3 无功补偿在配电网中的应用
在配电系统中, 用电类别可分为由专用变压器供电的客户与由0.4 kV 线路供电的客户, 为达到最佳的降低损耗的效果, 其无功补偿的选择应按照“全面规划、合理布局、分级补偿、就地平衡”的原则。采取集中补偿与分散补偿相结合, 以分散补偿为主; 由低压到高压、高低压相结合、以低压补偿为主; 调压与降损相结合, 以降损为主。
3．1 低压补偿
就1 台变压器供电为一个单位来考虑, 在农网系统0.4 kV 线路上供电的情况的差别很大, 低压无功补偿装置的安装位置要视实际情况而定。对于负荷分布比较均匀、线路长度相对不是很长的, 或者负荷分布不均匀、线路长度相对较长、但负荷主要集中在靠边变压器处的, 宜以各台配变容量、负荷率和功率因数的情况确定补偿容量, 在配变的低压侧安装全自动的无功补偿装置, 以补偿低压用电和配变本身所消耗的无功功率; 对于负荷分布不均匀、线路较长、负荷大量集中在线路末端的, 在靠边各主要负荷较近处, 通过对实际情况的分析后,确定补偿容量, 在该处安装全自动的无功补偿装置, 以补偿主要负荷所消耗的无功功率。
3．2 高压补偿
在0.4 kV 低压配电网基本实现无功平衡的基础上, 要根据10 kV 专用配变供电用户自身无功补偿的情况和线路本身的需要补偿的情况, 综合分析考虑补偿。如果专用配变的无功功率损耗占整体情况比例不大, 可考虑在距线路首端2/ 3 处安装补偿装置, 补偿容量取最大无功功率的5 %～10 % ,在实际中, 若线路较短, 则可以不设补偿。若有些专用配变的无功功率较大, 占整体情况的比例很大, 可考虑在靠近配变附近装设单独的补偿, 剩余的无功功率, 再根据以上方法考虑相应的补偿。
4 补偿容量的确定
其中室内变电和预装箱式变电站宜采取动态无功补偿装置，补偿容量根据负荷的性质确定，一般按变压器容量的20～40％在低压配电室集中补偿计算。
4．1 按公式计算
已知感性负荷的实际功率P、补偿前的功率因数cosΦ1 、补偿后要达到的功率因数cosΦ2 , 所需补偿电容器的容量Q 可按式(3) 計算:
Q = P·(tgΦ1 - tgΦ2).(3)
根据补偿前、后的功率因数cosΦ1 , cosΦ2 直接查出每kW负荷所需补偿的千乏数值, 再乘以设备功率, 就是所需补偿量Q , 一般电工手册或参考资料上均可查到。
4．2 就地补偿容量可按电机空载电流计算
Q ≤ 3 UIO var 电机空载电流IO 可以按电机型号在电工手册中查到, 也可以在额定电压U 下实测得到。
4．3 根据有功、无功电量计算
单个电网回路所需补偿量可按正常生产情况下, 供电部门收费单上的有功电量A 、无功电量B 、每月运行时间h 和补偿后要达到的功率因数cosΦ2 , 可按式(4) 计算:
Q = [ B - A·tgΦ2 ] / h.(4)
4．4 估算
先进行估算预补, 再根据实际情况进行调整,使其达到所需要的功率因数。低压侧集中自动补偿, 一般按变压器容量的二分之一配置。低压侧集中固定补偿, 一般按配电变压器容量的十分之一左右配置。就地补偿, 按电机容量的三分之一左右配置。有些设备按其要求进行配置。
4．5 容量配置注意事项
在供电线路中, 电阻、电感、电容三个参数相互影响, 如果电容器的容量配置不当, 不但起不到节电的目的, 反而影响设备的安全运行, 所以要注意防止过补或出现纯电阻电器。
5 结束语
综上述:无功分散补偿, 实现无功就地平衡, 对于降低供电线损、提高配网的供电能力、改善电压质量、提高发电机的有功功率输出、提高发电设备的效率、降低发电成本等均有着重要的意义。所以, 在配电建设与改造中, 应大力应用无功补偿技术。