試談我國低壓電網(wǎng)中無功補(bǔ)償?shù)囊饬x
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[論文關(guān)鍵詞]低壓電網(wǎng) 無功補(bǔ)償 功率因數(shù)
[論文摘要]低壓電網(wǎng)如何有效保持良好的工作狀態(tài)，降低電能損失，與電網(wǎng)穩(wěn)定工作、設(shè)備安全運(yùn)行、工安全生產(chǎn)及人民生活用電都有直接影響。分析無功補(bǔ)償?shù)淖饔煤椭饕胧?br/>
無功補(bǔ)償是借助于無功補(bǔ)償設(shè)備提供必要的無功功率，以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低電能的損耗，改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量。
從電網(wǎng)無功功率消耗的基本狀況可以看出，各級(jí)網(wǎng)絡(luò)和輸配電設(shè)備都要消耗一定數(shù)量的無功功率，尤其是以低壓配電網(wǎng)所占比重最大。為了最大限度的減少無功功率的傳輸損耗，提高輸配電設(shè)備的效率，無功補(bǔ)償設(shè)備的配
置，應(yīng)按照“分級(jí)補(bǔ)償，就地平衡”的原則，合理布局。
一、低壓配電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)姆椒?br/>
隨機(jī)補(bǔ)償：隨機(jī)補(bǔ)償就是將低壓電容器組與電動(dòng)機(jī)并接，通過控制、保護(hù)裝置與電機(jī)，同時(shí)投切。
隨器補(bǔ)償：隨器補(bǔ)償是指將低壓電容器通過低壓接在配電變壓器二次側(cè)，以補(bǔ)償配電變壓器空載無功的補(bǔ)償方式。
跟蹤補(bǔ)償：跟蹤補(bǔ)償是指以無功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，將低壓電容器組補(bǔ)償在大用戶0.4kv母線上的補(bǔ)償方式。適用于100kVA以上的專用配變用戶，可以替代隨機(jī)、隨器兩種補(bǔ)償方式，補(bǔ)償效果好。
二、無功功率補(bǔ)償容量的選擇方法
無功補(bǔ)償容量以提高功率因數(shù)為主要目的時(shí)，補(bǔ)償容量的選擇分兩大類討論，即單負(fù)荷就地補(bǔ)償容量的選擇（主要指電動(dòng)機(jī)）和多負(fù)荷補(bǔ)償容量的選擇（指集中和局部分組補(bǔ)償）。
（一）單負(fù)荷就地補(bǔ)償容量的選擇的幾種方法
1．美國：Qc=（1/3）Pe
2．日本：Qc=（1/4~1/2）Pe
3．瑞典：Qc≤√3UeIo×10-3 (kvar)Io-空載電流=2Ie(1-COSφe )
若電動(dòng)機(jī)帶額定負(fù)載運(yùn)行，即負(fù)載率β=1,則：Qo 根據(jù)電機(jī)學(xué)知識(shí)可知，對(duì)于Io/Ie較低的電動(dòng)機(jī)（少極、大功率電動(dòng)機(jī)），在較高的負(fù)載率β時(shí)吸收的無功功率Qβ與激勵(lì)容量Qo的比值較高，即兩者相差較大，在考慮導(dǎo)線較長，無功當(dāng)量較高的大功率電動(dòng)機(jī)以較高的負(fù)載率運(yùn)行方式下，此式來選取是合理的。
4．按電動(dòng)機(jī)額定數(shù)據(jù)計(jì)算：
Q= k(1- cos2φe )3UeIe×10-3 (kvar)
K為與電動(dòng)機(jī)極數(shù)有關(guān)的一個(gè)系數(shù)
極數(shù)：2468 10
K值： 0.70.750.80.850.9
考慮負(fù)載率及極對(duì)數(shù)等因素，按式（4）選取的補(bǔ)償容量，在任何負(fù)載情況下都不會(huì)出現(xiàn)過補(bǔ)償，而且功率因數(shù)可以補(bǔ)償?shù)?.90以上。此法在節(jié)能技術(shù)上廣泛應(yīng)用，特別適用于Io/Ie比值較高的電動(dòng)機(jī)和負(fù)載率較低的電動(dòng)機(jī)。但是對(duì)于Io/Ie較低的電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)下，其補(bǔ)償效果較差。
?。ǘ┒嘭?fù)荷補(bǔ)償容量的選擇
多負(fù)荷補(bǔ)償容量的選擇是根據(jù)補(bǔ)償前后的功率因數(shù)來確定。
1．對(duì)已生產(chǎn)企業(yè)欲提高功率因數(shù)，其補(bǔ)償容量Qc按下式選擇：
Qc=KmKj(tgφ1-tgφ2)/Tm
式中：Km為最大負(fù)荷月時(shí)有功功率消耗量，由有功電能表讀得；Kj為補(bǔ)償容量計(jì)算系數(shù)，可取0.8～0.9;Tm為企業(yè)的月工作小時(shí)數(shù)；tgφ1、tgφ2是指負(fù)載阻抗角的正切，tgφ1=Q1/P，tgφ2= Q2/P；tgφ（UI）可由有功和無功電能表讀數(shù)求得。
2．對(duì)處于設(shè)計(jì)階段的企業(yè)，無功補(bǔ)償容量Qc按下式選擇：
Qc=KnPn(tgφ1-tgφ2)
式中Kn為年平均有功負(fù)荷系數(shù)，一般取0.7～0.75;Pn為企業(yè)有功功率之和；tgφ1、tgφ2意義同前。tgφ1可根據(jù)企業(yè)負(fù)荷性質(zhì)查手冊(cè)近似取值，也可用加權(quán)平均功率因數(shù)求得cosφ1。
多負(fù)荷的集中補(bǔ)償電容器安裝簡單，運(yùn)行可靠、利用率較高。
三、無功補(bǔ)償?shù)男б?br/>
在現(xiàn)代用電企業(yè)中，在數(shù)量眾多、容量大小不等的感性設(shè)備連接于系統(tǒng)中，以致電網(wǎng)傳輸功率除有功功率外，還需無功功率。如自然平均功率因數(shù)在0.70～0.85之間。企業(yè)消耗電網(wǎng)的無功功率約占消耗有功功率的60%～90%,如果把功率因數(shù)提高到0.95左右，則無功消耗只占有功消耗的30%左右。減少了電網(wǎng)無功功率的輸入，會(huì)給用電企業(yè)帶來效益。
（一）節(jié)省企業(yè)電費(fèi)開支。提高功率因數(shù)對(duì)企業(yè)的直接效益是明顯的，因?yàn)閲译妰r(jià)制度中，從合理利用有限電能出發(fā)，對(duì)不同企業(yè)的功率因數(shù)規(guī)定了要求達(dá)到的不同數(shù)值，低于規(guī)定的數(shù)值，需要多收電費(fèi)，高于規(guī)定數(shù)值，可相應(yīng)地減少電費(fèi)。使用無功補(bǔ)償不但減少初次費(fèi)用，而且減少了運(yùn)行后的基本電費(fèi)。
（二）降低系統(tǒng)的能耗。補(bǔ)償前后線路傳送的有功功率不變，P= IUCOSφ，由于COSφ提高，補(bǔ)償后的電壓U2稍大于補(bǔ)償前電壓U1,為分析問題方便，可認(rèn)為U2≈U1從而導(dǎo)出I1COSφ1=I2COSφ2。即I1/I2= COSφ2/ COSφ1,這樣線損 P減少的百分?jǐn)?shù)為：
ΔP%= (1-I2/I1)×100%=（1- COSφ1/ COSφ2）× 100%
當(dāng)功率因數(shù)從0.70～0.85提高到0.95時(shí)，由上式可求得有功損耗將降低20%～45%。
?。ㄈ└纳齐妷嘿|(zhì)量。以線路末端只有一個(gè)集中負(fù)荷為例，假設(shè)線路電阻和電抗為R、X,有功和無功為P、Q,則電壓損失ΔU為：
△U=（PR+QX）/Ue×10-3(KV) 兩部分損失：PR/ Ue→輸送有功負(fù)荷P產(chǎn)生的；QX/Ue→輸送無功負(fù)荷Q產(chǎn)生的；
配電線路：X=（2~4）R，△U大部分為輸送無功負(fù)荷Q產(chǎn)生的
變壓器：X=（5~10）R QX/Ue=(5~10) PR/ Ue 變壓器△U幾乎全為輸送無功負(fù)荷Q產(chǎn)生的。
可以看出，若減少無功功率Q,則有利于線路末端電壓的穩(wěn)定，有利于大電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。
（四）三相異步電動(dòng)機(jī)通過就地補(bǔ)償后，由于電流的下降，功率因數(shù)的提高，從而增加了變壓器的容量，計(jì)算公式如下：
△S=P/ COSφ1×[（ COSφ2/ COSφ1）-1]
如一臺(tái)額定功率為155KW水泵的電機(jī)，補(bǔ)前功率因數(shù)為0.857，補(bǔ)償后功率因數(shù)為0.967，根據(jù)上面公式計(jì)算其增容量為：（155÷0.857） ×[（0.967 ÷0.857）-1]=24KVA
四、結(jié)束語
在配電網(wǎng)中進(jìn)行無功補(bǔ)償、提高功率因數(shù)和做好無功優(yōu)化，是一項(xiàng)建設(shè)性的節(jié)能措施。本文簡要分析了三種無功補(bǔ)償?shù)姆椒ê蛢煞N無功功率補(bǔ)償容量的選擇方法以及無功補(bǔ)償后的良性影響。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，要具體問題具體分析，使無功補(bǔ)償應(yīng)用獲得最大的效益。
參考文獻(xiàn)：
[1]戴曉亮，無功補(bǔ)償技術(shù)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用.電網(wǎng)技術(shù).1999.23(6).
[2]曹光祖，應(yīng)系統(tǒng)的重視分散和終端無功補(bǔ)償.電壓電器.1999.(5).
[論文摘要]低壓電網(wǎng)如何有效保持良好的工作狀態(tài)，降低電能損失，與電網(wǎng)穩(wěn)定工作、設(shè)備安全運(yùn)行、工安全生產(chǎn)及人民生活用電都有直接影響。分析無功補(bǔ)償?shù)淖饔煤椭饕胧?br/>
無功補(bǔ)償是借助于無功補(bǔ)償設(shè)備提供必要的無功功率，以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低電能的損耗，改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量。
從電網(wǎng)無功功率消耗的基本狀況可以看出，各級(jí)網(wǎng)絡(luò)和輸配電設(shè)備都要消耗一定數(shù)量的無功功率，尤其是以低壓配電網(wǎng)所占比重最大。為了最大限度的減少無功功率的傳輸損耗，提高輸配電設(shè)備的效率，無功補(bǔ)償設(shè)備的配
置，應(yīng)按照“分級(jí)補(bǔ)償，就地平衡”的原則，合理布局。
一、低壓配電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)姆椒?br/>
隨機(jī)補(bǔ)償：隨機(jī)補(bǔ)償就是將低壓電容器組與電動(dòng)機(jī)并接，通過控制、保護(hù)裝置與電機(jī)，同時(shí)投切。
隨器補(bǔ)償：隨器補(bǔ)償是指將低壓電容器通過低壓接在配電變壓器二次側(cè)，以補(bǔ)償配電變壓器空載無功的補(bǔ)償方式。
跟蹤補(bǔ)償：跟蹤補(bǔ)償是指以無功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，將低壓電容器組補(bǔ)償在大用戶0.4kv母線上的補(bǔ)償方式。適用于100kVA以上的專用配變用戶，可以替代隨機(jī)、隨器兩種補(bǔ)償方式，補(bǔ)償效果好。
二、無功功率補(bǔ)償容量的選擇方法
無功補(bǔ)償容量以提高功率因數(shù)為主要目的時(shí)，補(bǔ)償容量的選擇分兩大類討論，即單負(fù)荷就地補(bǔ)償容量的選擇（主要指電動(dòng)機(jī)）和多負(fù)荷補(bǔ)償容量的選擇（指集中和局部分組補(bǔ)償）。
（一）單負(fù)荷就地補(bǔ)償容量的選擇的幾種方法
1．美國：Qc=（1/3）Pe
2．日本：Qc=（1/4~1/2）Pe
3．瑞典：Qc≤√3UeIo×10-3 (kvar)Io-空載電流=2Ie(1-COSφe )
若電動(dòng)機(jī)帶額定負(fù)載運(yùn)行，即負(fù)載率β=1,則：Qo 根據(jù)電機(jī)學(xué)知識(shí)可知，對(duì)于Io/Ie較低的電動(dòng)機(jī)（少極、大功率電動(dòng)機(jī)），在較高的負(fù)載率β時(shí)吸收的無功功率Qβ與激勵(lì)容量Qo的比值較高，即兩者相差較大，在考慮導(dǎo)線較長，無功當(dāng)量較高的大功率電動(dòng)機(jī)以較高的負(fù)載率運(yùn)行方式下，此式來選取是合理的。
4．按電動(dòng)機(jī)額定數(shù)據(jù)計(jì)算：
Q= k(1- cos2φe )3UeIe×10-3 (kvar)
K為與電動(dòng)機(jī)極數(shù)有關(guān)的一個(gè)系數(shù)
極數(shù)：2468 10
K值： 0.70.750.80.850.9
考慮負(fù)載率及極對(duì)數(shù)等因素，按式（4）選取的補(bǔ)償容量，在任何負(fù)載情況下都不會(huì)出現(xiàn)過補(bǔ)償，而且功率因數(shù)可以補(bǔ)償?shù)?.90以上。此法在節(jié)能技術(shù)上廣泛應(yīng)用，特別適用于Io/Ie比值較高的電動(dòng)機(jī)和負(fù)載率較低的電動(dòng)機(jī)。但是對(duì)于Io/Ie較低的電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)下，其補(bǔ)償效果較差。
?。ǘ┒嘭?fù)荷補(bǔ)償容量的選擇
多負(fù)荷補(bǔ)償容量的選擇是根據(jù)補(bǔ)償前后的功率因數(shù)來確定。
1．對(duì)已生產(chǎn)企業(yè)欲提高功率因數(shù)，其補(bǔ)償容量Qc按下式選擇：
Qc=KmKj(tgφ1-tgφ2)/Tm
式中：Km為最大負(fù)荷月時(shí)有功功率消耗量，由有功電能表讀得；Kj為補(bǔ)償容量計(jì)算系數(shù)，可取0.8～0.9;Tm為企業(yè)的月工作小時(shí)數(shù)；tgφ1、tgφ2是指負(fù)載阻抗角的正切，tgφ1=Q1/P，tgφ2= Q2/P；tgφ（UI）可由有功和無功電能表讀數(shù)求得。
2．對(duì)處于設(shè)計(jì)階段的企業(yè)，無功補(bǔ)償容量Qc按下式選擇：
Qc=KnPn(tgφ1-tgφ2)
式中Kn為年平均有功負(fù)荷系數(shù)，一般取0.7～0.75;Pn為企業(yè)有功功率之和；tgφ1、tgφ2意義同前。tgφ1可根據(jù)企業(yè)負(fù)荷性質(zhì)查手冊(cè)近似取值，也可用加權(quán)平均功率因數(shù)求得cosφ1。
多負(fù)荷的集中補(bǔ)償電容器安裝簡單，運(yùn)行可靠、利用率較高。
三、無功補(bǔ)償?shù)男б?br/>
在現(xiàn)代用電企業(yè)中，在數(shù)量眾多、容量大小不等的感性設(shè)備連接于系統(tǒng)中，以致電網(wǎng)傳輸功率除有功功率外，還需無功功率。如自然平均功率因數(shù)在0.70～0.85之間。企業(yè)消耗電網(wǎng)的無功功率約占消耗有功功率的60%～90%,如果把功率因數(shù)提高到0.95左右，則無功消耗只占有功消耗的30%左右。減少了電網(wǎng)無功功率的輸入，會(huì)給用電企業(yè)帶來效益。
（一）節(jié)省企業(yè)電費(fèi)開支。提高功率因數(shù)對(duì)企業(yè)的直接效益是明顯的，因?yàn)閲译妰r(jià)制度中，從合理利用有限電能出發(fā)，對(duì)不同企業(yè)的功率因數(shù)規(guī)定了要求達(dá)到的不同數(shù)值，低于規(guī)定的數(shù)值，需要多收電費(fèi)，高于規(guī)定數(shù)值，可相應(yīng)地減少電費(fèi)。使用無功補(bǔ)償不但減少初次費(fèi)用，而且減少了運(yùn)行后的基本電費(fèi)。
（二）降低系統(tǒng)的能耗。補(bǔ)償前后線路傳送的有功功率不變，P= IUCOSφ，由于COSφ提高，補(bǔ)償后的電壓U2稍大于補(bǔ)償前電壓U1,為分析問題方便，可認(rèn)為U2≈U1從而導(dǎo)出I1COSφ1=I2COSφ2。即I1/I2= COSφ2/ COSφ1,這樣線損 P減少的百分?jǐn)?shù)為：
ΔP%= (1-I2/I1)×100%=（1- COSφ1/ COSφ2）× 100%
當(dāng)功率因數(shù)從0.70～0.85提高到0.95時(shí)，由上式可求得有功損耗將降低20%～45%。
?。ㄈ└纳齐妷嘿|(zhì)量。以線路末端只有一個(gè)集中負(fù)荷為例，假設(shè)線路電阻和電抗為R、X,有功和無功為P、Q,則電壓損失ΔU為：
△U=（PR+QX）/Ue×10-3(KV) 兩部分損失：PR/ Ue→輸送有功負(fù)荷P產(chǎn)生的；QX/Ue→輸送無功負(fù)荷Q產(chǎn)生的；
配電線路：X=（2~4）R，△U大部分為輸送無功負(fù)荷Q產(chǎn)生的
變壓器：X=（5~10）R QX/Ue=(5~10) PR/ Ue 變壓器△U幾乎全為輸送無功負(fù)荷Q產(chǎn)生的。
可以看出，若減少無功功率Q,則有利于線路末端電壓的穩(wěn)定，有利于大電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。
（四）三相異步電動(dòng)機(jī)通過就地補(bǔ)償后，由于電流的下降，功率因數(shù)的提高，從而增加了變壓器的容量，計(jì)算公式如下：
△S=P/ COSφ1×[（ COSφ2/ COSφ1）-1]
如一臺(tái)額定功率為155KW水泵的電機(jī)，補(bǔ)前功率因數(shù)為0.857，補(bǔ)償后功率因數(shù)為0.967，根據(jù)上面公式計(jì)算其增容量為：（155÷0.857） ×[（0.967 ÷0.857）-1]=24KVA
四、結(jié)束語
在配電網(wǎng)中進(jìn)行無功補(bǔ)償、提高功率因數(shù)和做好無功優(yōu)化，是一項(xiàng)建設(shè)性的節(jié)能措施。本文簡要分析了三種無功補(bǔ)償?shù)姆椒ê蛢煞N無功功率補(bǔ)償容量的選擇方法以及無功補(bǔ)償后的良性影響。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，要具體問題具體分析，使無功補(bǔ)償應(yīng)用獲得最大的效益。
參考文獻(xiàn)：
[1]戴曉亮，無功補(bǔ)償技術(shù)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用.電網(wǎng)技術(shù).1999.23(6).
[2]曹光祖，應(yīng)系統(tǒng)的重視分散和終端無功補(bǔ)償.電壓電器.1999.(5).