无功功率补偿

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1、无功功率补偿，简称无功补偿，在电子供电系统中起提高电网的功率因数的作用， 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。 反之，如选 择或使用不当，可能造成供电系统，电压波动，谐波增大等诸多因素。 无功补偿的基本原理：电网输出的功率包括两部分 ; 一是有功功率：直接消耗电 能,把电能转变为机械能 ,热能 ,化学能或声能 ,利用这些能作功 ,这部分功率称为有 功功率;二是无功功率：不消耗电能 ;只是把电能转换为另一种形式的能 ,

2、这种能作 为电气设备能够作功的必备条件 ,并且 ,这种能是在电网中与电能进行周期性转换 这部分功率称为无功功率 ,如电磁元件建立磁场占用的电能 ,电容器建立电场所占 的电能.电流在电感元件中作功时 ,电流滞后于电压 90 度.而电流在电容元件中作 功时 ,电流超前电压 90 度 .在同一电路中 ,电感电流与电容电流方向相反 ,互差 180 度 .如果在电磁元件电路中有比例地安装电容元件 ,使两者的电流相互抵消 ,使电 流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小 ,无功补偿的具体实现方式： 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， 能量在两种负荷之间相互交换。 这样，感性负荷所需要的无功

3、功率 可由容性负荷输出的无功功率补偿。无功补偿的意义：补偿无功功率，可以增加电网中有功功率的比例常数。减少发、供电设备的设计容量，减少投资，例如当功率因数cos=0.8增加到cos=0.95时，装IKvar电容器可节省设备容量 0.52KW ;反之，增加0.52KW 对原有设备而言，相当于增大了发、供电设备容量。因此，对新建、改建工程， 应充分考虑无功补偿，便可以减少设计容量，从而减少投资。降低线损，由公式AP %=(1-cos/cos)X100%得出其中cos为补偿后的 功率因数，cos为补偿前的功率因数则：coscos，所以提高功率因数后，线损率也下降了，减少设计容量、减少投 资，增加电网

4、中有功功率的输送比例， 以及降低线损都直接决定和影响着供电企 业的经济效益。 所以，功率因数是考核经济效益的重要指标， 规划、实施无功补 偿势在必行。一、低压无功补偿的概念低压无功补偿是指在配电变压器低压 400(380) 伏网络中安装补偿装置， 包 括随机补偿、随器补偿、跟踪补偿几种方式。随机补偿：随机补偿就是将低压电容器经过熔断器与电动机并接， 通过控制， 保护装置与电动机同时投切。随器补偿： 随器补偿是将低压电容器经过熔断器固定接在配电变压器低压侧， 以 补偿变压器的励磁及漏磁无功损耗。跟踪补偿： 跟踪补偿是指以无功补偿投、 切装置作为控制保护装置， 将低压 电容器组并接在大用户 400

5、 伏母线上。 这种补偿方式， 相当于随器补偿的作用。另选几组低压电容器作为手动或自动投切，随时补偿 400 伏网络中变动的无功 负荷。、农网无功负荷浅析在我们现有 10 千伏送电系统中，往往是一条线路接有几台或十几台甚至二、 三十台容量大小不等的配电变压器。由于用户分散，变压器容量又很小， 75 千 伏安以下的变压器占 70% 以上，而且多数变压器每天有近 15 个小时接近空载 运行，少数在额定容量的20%40%之间运行，每逢栽插或收割季节，会出现 无功不平衡。在上述网络状态下，原有农网用户中， 10 千伏线路送出端或配电，变压器 用户均没有配置补偿装置，致使10千伏送出端功率因数coy 值很

6、低。其主 要原因是众多的小容量配电变压器时常在低负荷下运行， 众多配变的空载及漏磁 损耗、家用电器的无功耗用迭加起来占据了 10 千伏线路送出的大量无功功率， 致使 coSy 值达不到规定要求，线损也大大增加。、对功率因率 coSy 值的要求根据水电部电力系统电压和无功电力技术导则 的规定和农网改造的技术 要求，电力用户的功率因数应达到下列规定：1 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；2其他 100 千伏安（千瓦）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；3趸售和农业用电，功率因数为 0.80 以上。经过努力达不到

7、以上规定者应装设必要的补偿装置。原水电部供用电规则规定：高压供电的用户必须保证功率因数在 0.9 以上，其他用户应保持在 0.85 以上。四、几种无功补偿方式的优劣比较对于 10 千伏供电系统，在变电站 10 千伏母线上装设集中补偿方式的并联 电容器组， 只能增大变压器与 10 千伏母线之间及上一级电压等级线路的功率因 数，对 10 千伏母线上首端的功率因数 coSy 值不能改变，线路上各配电变压 器所提供的无功功率仍需从这里送出， 各送出线路上的线损不能降低。 所以，对 于 10 千伏供电系统的无功补偿， 最好选择随线路上配电变压器装设低压无功补 偿装置， 进行分散补偿方式。 这种方式易于根

8、据无功负荷需要选择补偿容量， 具 有 “哪里缺在哪里补，缺多少补多少 ”，都能把 10 千伏及其上一级电压等级的线 路线损降低一部分的特点，且补偿效果好，经济效益高。在农网10千伏线路上，“T接变压器一般较多，且变压器 大马拉小车”的 现象极为普遍，多数时段接近于空载运行，10千伏线路首端的功率因数 COS） 值一般只有0.50.75。配电变压器的供电范围多以自然村为单位，一个村有 一、二个动力加工作坊和电灌站， 在上述情况下宜采用随器和随机补偿方式， 即 在变压器低压侧按空载电流计算选择并联电容器补偿， 在加工作坊按电动机容量 计算选择并联电容器补偿。补偿电容器采用手动投切方式，可大大降低投

9、资 （每 千乏约 30 多元）。只有大范围的无功分散补偿，才能降低农网线路的线损，降 低农村电价。对于农村排灌站的用电特点，一是 “季节性强”，每年用电累计时间为 12 个月。二是“电动机单机容量大 ”，一般为 3080 千伏安。三是由于用电时间短， 不重视无功需量， 都没有装设补偿装置。 另外农村众多的排灌站同时投运， 造成 系统无功电量不平衡。这些排灌站应根据电机容量计算选择并联电容器随机补 偿，促进无功就地平衡。五、补偿装置的接线装置测量点的接线， 主要是补偿装置的电容器组和电流的引入点， 特别是电 流的引入点， 在实际接线中往往被忽视。 电容器组的引入点， 是指电容器组的总 进线在被补

10、偿系统中的“ T接点；电流的引入点，是指补偿装置使用的电流互感 器在被补偿系统中的安装点。 正确的方法是： 以负荷的供电电源为参考点， 电流 互感器的安装点必须在电容器组的总进线 “ T接点电源之间，即电流互感器测量 的电流必须包含流过电容器组的电流。 否则， 在电容器分组投、 切状态中， 无功 补偿装置测量显示的有功、无功功率和 coy 值都不会变化，造成无功补偿装 置投、切效果无法判断。六、无功补偿的效益评价按国电公司有关规定，功率因数 CoSy 值达不到标准的应督促装设补偿装 置，以降低线损。装设补偿装置，要从长远利益出发，克服当前资金匮乏困难。 安装低压无功补偿装置， 获益最大的是用户

11、， 其次是供电系统。 我们对我公司所 属农网用户， 通过认真分析计算， 精心设计， 在自愿的基础上， 为其加装了低压 无功补偿电容器， 从而彻底解决了用户电能质量不稳定的难题， 取得了良好的社 会效益，赢得了用户的好评。电网中的电力负荷如电动机、变压器等，大部分属于感性负载，感性负载是根据 电磁感应原理工作的。它们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，这种功率叫无功功率。电网在感性负载运行过程中需 向这些设备提供相应的无功功率。 在电网中安装无功补偿设备以后，可以提供感 性电抗所消耗的无功功率，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

12、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。无功补偿可以提高功率因数，是一 项投资少，收效快的降损节能措施。电网中常用的无功补偿方式包括： 在变电 所母线集中安装并联电容器组；在高低压配电线路中分散安装并联 电容器组； 在配电变压器低压侧和用户车间配电屏安装并联补偿电容器；在单台电动机 处安装并联电容器等。设置无功补偿设备，不仅可使功率消耗减小，功率因数提高，还可以充分挖掘设备输送功率的潜力。一.无功补偿的原理 电网输出的有功功率，是通过用电设备把电能转变为 机械能，热能，化学能或声能等，是用 户所需要的部分。而无功功率则不通过用电设备转变能量

13、，对我们来说不能发挥作用。无功补偿的基本原理是：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，能量在两种负荷之间相互交换。 这样，感性负荷所需要的无功功 率可由容性负荷输出的无功功率来补偿。当前，国内外广泛采用并联电容器作为无功补偿装置。这种方法安装方便、建设周期短、造价低、运行维护简便、自身 损耗小。二.无功补偿的原则提高用电单位的自然功率因数，无功补偿分为集中 补偿，分散补偿和随机随器补偿，应该遵循：全面规划，合理布局，分级补偿， 就地平衡；集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿主；高压补偿与低压补偿相 结合，以低压补偿为主；调压与降损相结合，以降损为主的原则。 三.无功补偿 的

14、意义 补偿无功功率，可以增加电网中有功功率的比例 常数。减少发、供电设 备的设计容量，减少投资，提高功率因数后，线损率也下降了。减少设计容量，减少投资，增加电网中有功功率的输送比例，以及降低线损都直接决定和影响着 供电企业的经济效益。1、无功补偿改善电能质量 电网中无功补偿设备的合理 配置，与电网的供电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。由于越靠近线路末端，线路的电抗越大，因此越靠近线路末端装设无功补 偿装置效果越好。2、无功补偿降低电能损耗安装无功补偿主要是为了降损节 能，如输送的有功P为定值，加装无功补偿设备后功率因数由cos 提高到cos 1，因为P= UIcos

15、 ，负荷电流I与cos 成反比，又由于P= I2R，线路 的有功损失与电流I的平方成正比。当cos 升高，负荷电流I降低，即电流I 降低，线路有功损耗就成倍降低。3、无功补偿挖掘发供电设备潜力 在设 备容量不变的条件下，由于提高了功率因数可以少送无功功率，因此可以多送有功功率。可多送的有功功率 P计算如下： P=P1-P=S(cos 1-cos ) (2) 如 需要的有功不变，则由于需要的无功减少，因此所需要的配变容量也相应地减少 S计算如下： S= S-S1 = P(1/cos -1/cos 1)可以减少供电设备容量占原 容量的百分比为 S/S计算如下： S/S=(cos 1-cos )/c

16、os 1=(1-cos /cos 1) (3) 安装无功补偿设备，可使发电机多发有功功率。系统采取无功补偿后，使无功负荷降低，发电机就可少 发无功，多发有功，充分达到 铭牌出力。4、无功补偿减少用户 电费支出(1) 可以避免因功率因数低于规定值而受罚。(2)可以减少用户内部因传输和分配无功功率造成的有功功率损耗，因而相应可以减少电费的支出。综上所述，采用无功补偿可以提高功率因数， 是一项投资少，收效快的节能措施。并联补偿电容器原理简单、使用方便、运行经济、投资省、可以分组投切保证电压 合格率和 合理的功率因数。我国各地区配网和农网很多地方平均功率因数偏低，有降低线损的潜力。通过计算，采用补偿电

17、容器进行合理的补偿一定能取得显著的经济效 益。SVC: Static Var Compensator，中文名称 静止无功补偿 器”它一般有 FC+ TCR和TSC + TCR 两种形式。其中 FC(Fixed Capacitor )是 固定电容器 ”TCR(Thyristor-Controlled Reactor ) 是晶闸管控制的电抗器”。SVC也是利用容性元件平衡感性无功。它先用 电容器补偿感性无功(一般造成无功过补)，然后再通过并联的 TCR平衡过补的无功。由于TCR是连续调节，因此 SVC能做到无级差连续调节。但是，SVC会引入大量 谐波，同时它又将大量 电容并入电力系统，容易引起系

18、统谐振。如果考虑滤除SVC引入的谐波，那么，对低压中小容量的SVC设备，其成本并不比STATCOM低，而技术上又劣于STATCOM(同SVG )。在高压、大容量的场合，SVC的成本将比STATCOM低，因此SVC比较适合应用于高压大容量的场合。STATCOM : Static Synchronous Compensator，中文名称 静止同步补偿器”又称为 ASVG (Advaneed Static Var Generator)：先进的静止无功发生器。STATCOM的工作原理是：利用瞬时功率 理论检出负荷的当前时刻无功成分，然后利用逆变技术发出需要补偿的无功电流； 它相当于一个无功 发电机。S

19、TATCOM是目前先进的技术，它真正做到无级差连续调节、动态跟踪补偿，可以做到20ms 内完全跟踪负荷的变化而进行补偿，而且根据结构不同，还可以实现对三相电流不平衡和功率不平衡的补偿。 但是由于大量 电力电子器件 的应用，该设备的成本较高， 可以认为这是目 前它唯一的缺点。无功补偿器分静态补偿和动态补偿。静态补偿器现在用的已经不多了，尤其是对 于冲击性大的场合，思源电气，杭州银狐，先导贝尔等这类。尤其是思源电气， 是SVG国内第一品牌。荣信也还行，但主要是做前一代产品。在大系统中，无功补偿还用于调整电网的电压，提高电网的稳定性。 在小 系统中，通过恰当的无功补偿方法还可以调整三相不平衡电流。按

20、照 wangs 定 理：在相与相之间跨接的电感或者电容可以在相间转移有功电流。 因此， 对于三 相电流不平衡的系统， 只要恰当地在各相与相之间以及各相与零线之间接入不同 容量的电容器， 不但可以将各相的功率因数均补偿至 1，而且可以使各相的有功 电流达到平衡状态。无功补偿的基本原理： 电网输出的功率包括两部分 ; 一是有功功率 ; 二是无功 功率.直接消耗电能,把电能转变为机械能 ,热能,化学能或声能 ,利用这些能作功 这部分功率称为有功功率 ;不消耗电能 ;只是把电能转换为另一种形式的能 ,这种 能作为电气设备能够作功的必备条件 ,并且, 这种能是在电网中与电能进行周期 性转换,这部分功率称

21、为无功功率 ,如电磁元件建立磁场占用的电能 , 电容器建立 电场所占的电能 . 电流在电感元件中作功时 , 电流滞后于电压 90. 而电流在电 容元件中作功时 , 电流超前电压 90.在同一电路中 , 电感电流与电容电流方向 相反, 互差 180.如果在电磁元件电路中有比例地安装电容元件 , 使两者的电流 相互抵消 , 使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小 , 无功补偿的具体实现 方式：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， 能量在两 种负荷之间相互交换。 这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无 功功率补偿。无功补偿的意义：补偿无功功率，可以增加电网中有功功率的比

22、例常数。减少发、供电设备的设计容量，减少投资，例如当功率因数cos=0.8增加到cos=0.95时，装IKvar电容器可节省设备容量 0.52KW； 反之，增加0.52KW对原有设备而言，相当于增大了发、供电设备容量。因此， 对新建、改建工程， 应充分考虑无功补偿， 便可以减少设计容量， 从而减少投资。 降低线损，由公式 4P %=（ 1-cos/cos）x 100%得出其中cos为补偿后 的功率因数，cos为补偿前的功率因数则：coscos，所以提高功率因数后， 线损率也下降了， 减少设计容量、 减少投资， 增加电网中有功功率的输 送比例， 以及降低线损都直接决定和影响着供电企业的经济效益。

23、 所以，功率因 数是考核经济效益的重要指标，规划、实施无功补偿势在必行。电网中常用的无功补偿方式包括： 集中补偿： 在高低压配电线路中安装并联电容器组； 分组补偿： 在配电变压器低压侧和用户车间配电屏安装并联补偿 电容器； 单台电动机就地补偿：在单台电动机处安装并联电容器等。加装无功补偿设备， 不仅可使功率消耗小， 功率因数提高， 还可以充分挖掘设备 输送功率的潜力。确定无功补偿容量时，应注意以下两点： 在轻负荷时要避免过补偿， 倒送无功造成功率损耗增加， 也是不经济的。 功率因数越高， 每千伏补偿容量减少损耗的作用将变小， 通常情况下， 将功率因数 提高到 0.95 就是合理补偿 就三种补偿

24、方式而言， 无功就地补偿克服了集中 补偿和分组补偿的缺点，是一种较为完善的补偿方式：因电容器与电动机直接并联， 同时投入或停用， 可使无功不倒流， 保证用户功率因数始终处于滞 后状态，既有利于用户，也有利于电网。有利于降低电动机起动电流，减少接触器的火花， 提高控制电器工作的可靠性， 延长电动机与控制设备的使用 寿命。无功就地补偿容量可以根据以下经验公式确定：QU I 0式中：Q-无功补偿容量（kvar） ； U-电动机的额定电压（V）； I 0-电动机空载电流（A）;但是无功就地补偿也有其缺点：不能全面取代高压集中补偿和低压分 组补偿；众所周之，无功补偿按其安装位置和接线方法可分为：高压集中补偿、 低压分组补偿和低压就地补偿。 其中就地补偿区域最大，效果也好。但它总的电 容器安装容量比其它两种方式要大， 电容器利用率也低。高压集中补偿和低压分 组补偿的电容器容量相对较小，利用率也高，且能补偿变压器自身的无功损耗。为此，这三种补偿方式各有应用范围，应结合实际确定使用场合，各司其职。