稱為無功補償裝置。除電容器外，其余幾種既能吸收容性無功又能吸收感性無功。

 

　�。�1） 同步電機：

 

　�。�2） 同步電機中有發電機、電動機及調相機3種。

 

　　①同步發電機：

 

　　同步發電機是唯一的有功電源，同時又是最基本的無功電源，當其在額定狀態下運行時，可以發出無功功率： Q=S×sinφ=P×tgφ

 

　　其中：Q、S、P、φ是相對應的無功功率、視在功率、有功功率和功率因數角。 發電機正常運行時，以滯后功率因數運行為主，向系統提供無功，但必要時，也可以減小勵磁電流，使功率因數超前，即所謂的"進相運行",以吸收系統多余的無功。

 

　�、谕�步調相機： 同步調相機是空載運行的同步電機，它能在欠勵或過勵的情況下向系統吸收或供出無功，裝有自勵裝置的同步電機能根據電壓平滑地調節輸入或輸出的無功功率，這是其優點。但它的有功損耗大、運行維護復雜、響應速度慢，近來已逐漸退出電網運行。

 

　�、鄄⒙撾娙萜鳎� 并聯電容器補償是目前使用最廣泛的一種無功電源，由于通過電容器的交變電流在相位上正好超前于電容器極板上的電壓，相反于電感中的滯后，由此可視為向電網"發？quot;無功功率： Q=U2/Xc 其中：Q、U、Xc分別為無功功率、電壓、電容器容抗。 并聯電容器本身功耗很小，裝設靈活，節省投資；由它向系統提供無功可以改善功率因數，減少由發電機提供的無功功率。

 

　�、莒o止無功補償器： 靜止無功補償器是由晶閘管所控制投切電抗器和電容器組成，由于晶閘管對于控制信號反應極為迅速，而且通斷次數也可以不受限制。當電壓變化時靜止補償器能快速、平滑地調節，以滿足動態無功補償的需要，同時還能做到分相補償；對于三相不平衡負荷及沖擊負荷有較強的適應性；但由于晶閘管控制對電抗器的投切過程中會產生高次諧波，為此需加裝專門的濾波器。

 

　　⑤靜止無功發生器： 它的主體是一個電壓源型逆變器，由可關斷晶閘管適當的通斷，將電容上的直流電壓轉換成為與電力系統電壓同步的三相交流電壓，再通過電抗器和變壓器并聯接入電網。適當控制逆變器的輸出電壓，就可以靈活地改變其運行工況，使其處于容性、感性或零負荷狀態。與靜止無功補償器相比，靜止無功發器響應速度更快，諧波電流更少，而且在系統電壓較低時仍能向系統注入較大的無功。

 

　　2.3無功補償的一般方法

 

　　2.3.1隨機補償

 

　　隨機補償就是將低壓電容器組與電動機并接，通過控制、保護裝置與電機同時投切。

 

　　農用電動機，非凡是排灌電動機，應優先選用此種補償方式。

 

　　隨機補償的優點是：用電設備運行時，無功補償投入，用電設備停運時，補償設備退出，不需頻繁調整補償容量。具有投資少、占位小、安裝輕易、配置方便靈活，維護簡單、事故率低等優點。

 

　　為防止電機退出運行時產生自激過電壓，補償容量一般不應大于電機的空載無功，通常推薦：

 

　　式中Qc--補償電容器容量

 

　　Ue--額定電壓

 

　　Io--電機空載電流

 

　　對于排灌電動機等所帶機械負荷慣性較大的電機，補償容量可適當加大，大于電機空載無功負荷，但要小于額定無功負荷。由于排灌電機總是在帶有水泵機械負載的情況下斷電，這時電機轉速將急劇下降，即使補償容量略大于電機空載無功負荷，也不會產生自激過電壓。

 

　　對于排灌用普通電機，可按下式確定補償容量：

 

　　式中Pe--排灌電機額定有功功率，kW

 

　　年運行在1000h以上的電機，采用隨機補償較其它補償方式更經濟，補償設備投資可在1~2年內收回。

 

　　2.3.2隨器補償

 

　　隨器補償是指將低壓電容器通過低壓熔絲接在配電變壓器二次側，以補償配電變壓器空載無功的補償方式。

 

　　農網配電變壓器，尤其是綜合用戶配變，普遍存在負荷輕、"大馬拉小車"現象。在負荷低谷時接近空載。配電變壓器在輕載或空載時的無功負荷主要是變壓器的空載勵磁無功。

 

　　式中Qo--變壓器空載勵磁無功功率，kvar

 

　　Io--空載電流百分數

 

　　Se--變壓器額定容量，kVA

 

　　配變空載無功是農網無功負荷的主要部分。對于輕負載配變而言，這部分損耗占供電量比例較大，導致電費單價增高。隨器補償由于補在低壓側，故而接線簡單，維護治理方便，且可有效地補償配變空載無功，使該部分無功就地平衡，從而提高配變利用率，降低無功網損，它是目前補償配變無功的有效手段之一。

 

　　隨器補償應用于補償配變空載無功，屬于固定補償方式，補償容量不宜超過配變空載無功。此種補償方式可削減農網無功基荷。對于容量在50kVA及以上的高耗專用變、綜合變，均應提倡采用隨器補償。S7、S9系列125kVA以上容量的配變，也應采用隨器補償。

 

　　隨器補償只能補償配變的空載無功Qo.假如補償容量Qc>Qo,則在配變接近空載時造成過補償，而且理論分析和試驗以及運行經驗均表明，在此條件，當出現配變非全相運行時，易產生鐵磁諧振。因此推薦選用Qc=（0.95~0.98）Qo.

 

　　跟蹤補償

 

　　跟蹤補償是指以無功補償投切裝置作為控制保護裝置，將低壓電容器組補償在大用戶0.4kV母線上的補償方式。補償電容器的固定連接組可起到相當于隨器補償的作用，補償用戶自身的無功基荷；可投切連接組用于補償無功峰荷部分。投切方式分為自動和手動兩種。一般地，用戶負荷有一定的波動性，故推薦選用自動投切裝置。此種裝置可較好地跟蹤無功負荷變化，運行方式靈活，運行維護工作量小。

 

　　考慮到電機投運的不同時率和單臺電機補償容量的限制等因素，對于100kVA以上的專用配變用戶，采用跟蹤補償比隨機、隨器補償能獲得更好的補償效果，而且不需要提高補償度，并可適當調整各組電容器的運行時間，使其壽命相對延長，從而降低電容器的購置更新費用。但是，跟蹤補償所需的自動投切裝置較隨器、隨機補償的控制保護裝置復雜，功能更完善，初投資也要大一些。

 

　　選擇自動投切裝置應非凡注重其性能和質量。必須滿足以下五個條件：

 

　�。�1）能根據無功負荷的變化自動投切電容器組，使功率因數保持在0.95以上且不過補償。

 

　�。�2）能實現電容器組自動循環投切，使電容器、接觸器使用機率接近或延長使用壽命。

 

　�。�3）元器件性能穩定可靠，受環境影響小，便于維護。

 

　�。�4）具有過電壓保護功能。

 

　�。�5）在輕負荷時，不會引起電容器組投切振蕩現象。

 

　　2.4無功補償的合理配置原則

 

　　功率因數：電力系統中，電動機及其它帶有線圈（繞組）的設備很多。這類設備除了從電源取得一部分電功率作有功用外，還將耗用一部分電功率用來建立線圈磁場。這就額外地加在了電源的負坦，功率因數cos?（也稱力率）就是反映總電功率中有功功率所占的比例大小。

 

　　提高功率因數的意義： 提高功率因數將有積極的意義：

 

　　1）。提高用電質量，改善設備運行條件，可保證設備在正常條件下工作，這就有利于安全生產。

 

　　2）�？晒澕s電能，降低生產成本，減少企業的電費開支。例如：當cos?=0.5時的損耗是cos?=1時的4倍。

 

　　3）。能提高企業用電設備的利用率，充分發揮企業的設備潛力。

 

　　4）�？蓽p少線路的功率損失，提高電網輸電效率。

 

　　5）。因發電機的發電容量=Sn,故提高cos?也就使發電機能多出有功功率。

 

　　提高自然功率因數法：

 

　　1）。恰當選擇電動機容量，減少電動機無功消耗，防止"大馬拉小車".

 

　　2）。對平均負荷小于其額定容量40%左右的輕載電動機，可將線圈改為三角形接法（或自動轉換）。

 

　　3）。避免電機或設備空載運行。

 

　　4）。合理配置變壓器，恰當地選擇其容量。

 

　　5）。調整生產班次，均衡用電負荷，提高用電負荷率。

 

　　6）。改善配電線路布局，避免曲折迂回等。

 

　　采用人工補嘗法：

 

　　可用電力電容器或調相機，一般實際上多采用電力電容器補嘗無功。

 

　　5.電力電容器補嘗方式：

 

　　1.個別補嘗：用于低壓網絡，將電容器直接接在用電設備附近。

 

　　優點是補嘗效果好，缺點是電容器利用率低。

 

　　2.分組補嘗：將電容器分別安裝在各車間配電盤的母線上。

 

　　優點是電容器利用率較高且補嘗效果也較理想。

 

　　3.集中補嘗：將電容器接在變電所的高壓或低壓母線上，電容器組的容量按配電所的總無功負荷來選擇。

 

　　從電力網無功功率消耗的基本狀況可以看出，各級網絡和輸配電設備都要消耗一定數量的無功功率，尤以低壓配電網所占比重最大。為了最大限度地減少無功功率的傳輸損耗，提高輸配電設備的效率，無功補償設備的配置，應按照"分級補償，就地平衡"的原則，合理布局。

 

　　（1）總體平衡與局部平衡相結合，以局部為主。

 

　�。�2）電力部門補償與用戶補償相結合。

 

　　在配電網絡中，用戶消耗的無功功率約占50%~60%,其余的無功功率消耗在配電網中。因此，為了減少無功功率在網絡中的輸送，要盡可能地實現就地補償，就地平衡，所以必須由電力部門和用戶共同進行補償。

 

　�。�3）分散補償與集中補償相結合，以分散為主。

 

　　集中補償，是在變電所集中裝設較大容量的補償電容器。分散補償，指在配電網絡中分散的負荷區，如配電線路，配電變壓器和用戶的用電設備等進行的無功補償。集中補償，主要是補償主變壓器本身的無功損耗，以及減少變電所以上輸電線路的無功電力，從而降低供電網絡的無功損耗。但不能降低配電網絡的無功損耗。因為用戶需要的無功通過變電所以下的配電線路向負荷端輸送。所以為了有效地降低線損，必須做到無功功率在哪里發生，就應在哪里補償。所以，中、低壓配電網應以分散補償為主。

 

　�。�4）降損與調壓相結合，以降損為主。

 

　　2.5無功補償的作用和補償容量

 

　　2.5.1無功補償的效益

 

　　在現代工礦企業中，在數量眾多、容量大小不等的感性設備連接于電力系統中，以致電網傳輸功率除有功功率外，還需無功功率。一般自然平均功率因數在0.70~0.85之間。企業消耗電網的無功功率約占消耗有功功率的60%~90%,如果把功率因數提高到0.95左右，則無功消耗只占有功消耗的30%左右[1].由于減少了電網無功功率的輸入，會給企業帶來下列好處。

 

　�。�1）節省企業電費開支。提高功率因數對企業的直接經濟效益是明顯的，因為國家電價制度中，從合理利用有限電能出發，對不同企業的功率因數規定了要求達到的不同數值，低于規定的數值，需要多收電費，高于規定數值，可相應地減少電費�？梢�，提高功率因數對企業有著重要的經濟意義。

 

　　（2）提高設備的利用率。對于原有供電設備來講，在同樣有功功率下，因功率因數的提高，負荷電流減少，因此向負荷傳送功率所經過的變壓器、開關和導線等供配電設備都增加了功率儲備，從而滿足了負荷增長的需要；如果原網絡已趨于過載，由于功率因數的提高，輸送無功電流的減少，使系統不致于過載運行，從而發揮原有設備的潛力；對尚處于設計階段的新建企業來說則能降低設備容量，減少投資費用，在一定條件下，改善后的功率因數可以使所選變壓器容量降低。因此，使用無功補償不但減少初次投資費用，而且減少了運行后的基本電費。

 

　　（3）降低系統的能耗。補償前后線路傳送的有功功率不變（即），由于cosψ提高，補償后的電壓U2稍大于補償前電壓U1,為分析問題方便，可認為U2≈U1從而導出I1cosψ1=I2cosψ2.即I1/I2=cosψ2/cosψ1,這樣線損P減少的百分數為：?P%=?P/?P1×100%=（1-I22/I12）×100%=（1-cos2?1/cos2?2）×100%當功率因數從0.70~0.85提高到0.95時，由（2）式可求得有功損耗將降低20%~45%.

 

　　（4）改善電壓質量。以線路末端只有一個集中負荷為例，假設線路電阻和電抗為R、X,有功和無功為P、Q,則電壓損失ΔU為：ΔU=（PR+QX）/U

 

　　從（3）式可以看出，若減少無功功率Q,則有利于線路末端電壓的穩定，有利于大電動機的起動。因此，無功補償能改善電壓質量（一般電壓穩定不宜超過3%）。但是如果只追求改善電壓質量來裝設電容器是很不經濟的，對于無功補償應用的主要目的是改善功率因數，減少線損，電壓質量只是一個附帶作用。

 

　　2.5.2 無功補償的作用

 

　　無功補償可以收到下列的效益：①提高用戶的功率因數，從而提高電工設備的利用率；②減少電力網絡的有功損耗；③合理地控制電力系統的無功功率流動，從而提高電力系統的電壓水平，改善電能質量，提高了電力系統的抗干擾能力；④在動態的無功補償裝置上，配置適當的調節器，可以改善電力系統的動態性能，提高輸電線的輸送能力和穩定性；⑤裝設靜止無功補償器（SVS）還能改善電網的電壓波形，減小諧波分量和解決負序電流問題。對電容器、電纜、電機、變壓器等，還能避免高次諧波引起的附加電能損失和局部過熱。

 

　　2.5.3無功功率補償容量的選擇方法

 

　　無功補償容量以提高功率因數為主要目的時，補償容量的選擇分兩大類討論，即單負荷就地補償容量的選擇（主要指電動機）和多負荷補償容量的選擇（指集中和局部分組補償）。

 

　　1.電動機就地補償容量的選擇

 

　�。�1）根據補償容量Qc不大于激勵容量Qo的條件選擇。即選取補償電容量Qc為：

 

　　Qc=K1K2Pe

 

　　K1為電容配比系數，一般取0.85<K11;Qo為電動機空載激勵無功功率；K2為電動機空載電流和額定電流之比，對多極小功率電動機取K2=0.40~0.45,對少極大功率電動機取K2=0.20~0.40.這樣。式變為：

 

　　Qc=K1K2Pe=（0.2~0.4）Pe

 

　　考慮負載率及極對數等因素，按式（5）選取的補償容量，在任何負載情況下都不會出現過補償，而且功率因數可以補償到0.90以上。若以額定負載下補償到cos?2=1,則空載或輕載時電動機必然要過補償，這樣既影響電壓，又會使電動機在斷電后，由于電容的放電供給電動機勵磁電流，使仍在旋轉著的電動機成為異步發電機，從而使電壓超過額定電壓，對電動機的絕緣和電容器都不利。

 

　　此法在節能技術上廣泛應用，對一般情況都可行，特別適用于Io/Ie比值較高的電動機和負載率較低的電動機。但是對于Io/Ie較低的電動機額定負載運行狀態下，其補償效果較差。

 

　　（2）根據Qo<Qc<Qβ的條件選擇。

 

　　Qo<Qc<Qo+（Qe-Qo）β2[2]

 

　　其中

 

　　Qe=Petgψe/ηe

 

　　若電動機帶額定負載運行，即負載率β=1,則：

 

　　Qo<Qc<Qe式中：Qβ、ηβ、tgψe分別表示電動機負載率為β時吸收的無功功率，電動機的額定效率，電動機額定功率因數角對應的正切值。

 

　　根據電機學知識可知，對于Io/Ie較低的電動機（少極、大功率電動機），在較高的負載率β時吸收的無功功率Qβ與激勵容量Qo的比值較高，即兩者相差較大，在考慮導線較長，無功經濟當量較高的大功率電動機以較高的負載率運行方式下，采用（5）式選取其補償效果是不夠的，而采用（6）式來選取是合理的。

 

　　但是采用此法，在電機一旦輕載或空載及電機脫離電網時，要在補償電容和電機之間加裝必要的分離措施，以防止電機過電壓的產生及無功倒送現象的發生。

 

　　（3）按實際負荷選取補償容量Qc.

 

　　Qc=P（tgψ1-tgψ2）

 

　　式中P為電動機實測功率。tgψ1、tgψ2為補償前后功率因數角對應的正切值。

 

　　此法適用于任何一般感性負荷需要精確補償的就地補償容量的計算。對cosψ2必須作適應的要求，以補償后cosψ2=0.95為佳，太高的cosψ2沒有多大的經濟意義。

 

　　按此法計算的Qc亦可用于對變流裝置的就地補償，但考慮諧波影響時，一般要在補償電容回路中加裝適當的串聯電抗器。另外，按此法取值要驗算其是否超過Qo,以便必要時采取自激過電壓的措施。

 

　　為了更好地說明就地無功補償的效益和補償容量的選擇，分析實例加以說明。如我公司新地水廠水泵高壓電機參數為：Pe=220kW,Ie=15.7A,?e=90.6%,Ne=1460r/min,Io=4.8A,cosψe=0.86,實測自然率因數cosψ1=0.783,P=209kW,I=14.7A,系統總電抗值8?.

 

　　補償容量的選擇計算：

 

　　1）按（5）式計算，并取K1=1Qo=K1.K2.Pe=K1.Io.Pe/Ie=67.3kvar

 

　　根據Qo值和實測數據，由（9）式可求得cosψ2=0.904,補償基本符合要求，但不夠理想（實際中選標準容量60kvar）。

 

　　2）按（6）式條件配置，考慮cosψ2不大于0.95,,Qo<Qc<Q0+（Pe.tgηe/ηe-Qo）（P/Pe）267.3<Qc<137（kvar） 在67.3~137kvar選擇標準容量，取Qc=100kvar.

 

　　3）按（9）式條件配置，取cosψ2=0.95Qc=100kvarQc=P（tgψ1-tgψ2）=97kvar,選標準容量，

 

　　線路損耗計算：

 

　　1）cos?1=0.783時，計算每年（365天）線路損耗ΔW1,即在自然條件下，未安裝無功補償的損耗。

 

　　ΔW1=3R（Icosψ12）。t=27848kWh

 

　　2）cosψ2=0.905時q
每年線路損耗ΔW2

 

　　比自然條件下每年可省電7003kWh,有功損耗降低25%.

 

　　3）同理可求出cos?2=0.950時，線路損耗？W3=18917kWh,比自然條件下省電8930kWh,損耗降低32%.比cos?2=0.905時，省電1928kWh,損耗降低7%.

 

　　此例說明無功補償效益相當顯著，我公司電力負荷均安裝了無功補償，每年可減少系統損耗10多萬kWh,不到2年可回收全部投資。同時說明，電動機就地補償容量的配置最佳選擇方法是測量P和cos?1,用（9）式選取；對于大功率高速接近滿負荷運行的電機，用（5）式配置容量不夠合理，用（6）式選擇比較理想。

 

　　2.多負荷補償容量的選擇

 

　　多負荷補償容量的選擇同（9）相似，都是根據補償前后的功率因數來確定。

 

　　對已生產企業欲提高功率因數，其補償容量Qc按下式選擇：

 

　　Qe=KmKj（tgψ1-tgψ2）/Tm[3]

 

　　式中：Km為最大負荷月時有功功率消耗量，由有功電能表讀得；Kj為補償容量計算系數，可取0.8~0.9;Tm為企業的月工作小時數；tgψ1、tgψ2意義同前，tgψ1由有功和無功電能表讀數求得。

 

　�。�2）對處于設計階段的企業，無功補償容量Qc按下式選擇：

 

　　Qc=KnPn（tgψ1-tgψ2）[3]

 

　　式中Kn為年平均有功負荷系數，一般取0.7~0.75;Pn為企業有功功率之和；tgψ1、tgψ2意義同前。tgψ1可根據企業負荷性質查手冊近似取值，也可用加權平均功率因數求得cosψ1.

 

　　上式P1q
P2…Pn為各設備的實際功率，cosQ1q
cosQ2…cosQn為各設備的實際功率因數。

 

　　多負荷的集中補償電容器安裝簡單，運行可靠、利用率較高。但電氣設備不連續運轉或輕負荷運行時，會造成過補償，使運行電壓抬高，電壓質量變壞。因此這種方法選擇的容量，對于低壓來說最好采用電容器組自動控制補償，即根據負荷大小自動投入無功補償容量的多少，對高壓來說應考慮采取防過補償措施。

 

　　3補償容量優化法

 

　　無功補償容量的優化法是：分別從網損最小、年運行費用最小、年支出費用最小的觀點出發，求出最佳補償容量的算法。這些算法的特點是：求得所要求的量值的數學表達式，然后用求函數極值的方法，求得補償容量。是一些古典的求極值算法，故稱為經典優化法。

 

　　3.1按網損最小確定補償容量

 

　　無功補償的目的是降損節能，因此，從網損最小的觀點出發來確定補償容量是很重要的。如圖1,各段時間內的總無功負荷為Q,,Q:,…，Q.,假定網絡總補償容量為Q.,則全年的電能損耗和無功負荷的關系為：

 

　　其中：△Pc是補償電容每Kvar的有功損耗（kW）；T是年運行時間（h）；R是補償點至電源的等值電阻（Ω）。為使網損最小，可將網損△A對Qc微分，并命其為0,則其：

 

　　這種算法比較簡單，但沒有計人補償電容所需要的費用。該算法所能保證的只是網損最小，但如果考慮安裝補償電容的費用，不一定是最經濟的。

 

　　年運行費用由兩部分組成：第1部分是加裝電容器后網絡損耗的電價，即F1=△A×β，△A是年電能損耗（kW.h），β是有功電價[元/（kW.h）]第2部分是補償裝置的年運行、維護費用，即F2=KaKcQc,其中Kc是裝設單位補償容量的綜合投資（元/Kvar），Ka是補償裝置的維護費用率（%）。年運行費用F=F1十F2=△A ×β十KaKcQc,將△A值代人。為使F最小，將F對Qc微分并命其為0,得：1.2按年運行費用最小確定補償容量

 

　　3.3 按年支出費用最小確定補償容量

 

　　年支出費用是指同時考慮年運行費和投資的回收。設投資每元錢的回收率為Ke%,年支出費用為：Z=F+KeKcQc,其中F是年運行費用；Ke是投資每元錢的回收率。該式采用直線平均法，將電容補償的總投資平均分攤在各個年度。為使年支出費用最小，將Z對Qc微分并令其為0,從而可求得：

 

　　上述3種方法的基本思想和計算公式的形式很相似，但其所計及的因數和獲得的經濟效益卻各不相同，所以其適應的范圍也因此而異。通過分析，可見；第1種方法的補償量和投資均是最大的；第2種方法的補償量和投資皆居中；第3種方法的補償量最小，因此其所用的投資也最小。

 

　　分支線路中補償容量的最佳分配

 

　　在此仍然采用經典優化法。首先求出線路的總損耗△p的表達式，為了使總損耗最小，將△p對分支的補償容量Qci微分并令其為o,便可求得各分支的最佳補償容量Qci.

 

　　輻射分支線路中的補償容量的最佳分配

 

　　圖2所示的輻射式分支網絡中，若其共有n個分支，則裝置的總容量Qc在各個分支中應該進行合理分配。總損耗表達式為：

 

　　將△p對Qci微分并令其為0,得：

 

　�。≦-Qci）Ri=（Q-Qc）R

 

　　其中：Q是網絡總無功負荷；Qc是補償總容量；只是全網等值電阻。從該式可得：

 

　　這說明：在輻射分支網絡中，當網絡無功總負荷Q、總補償容量Qc及各分支無功Qi為已知的條件下，各分支的補償容量Qci只取決于全網等效電阻尺和各個分支電阻Ri.

 

　　非純輻射分支線路中的補償容量的最佳分配

 

　　典型的非純輻射電網如圖3所示，如果要在第i個節點進行補償，則要對第i一1個節點和i個節點的情況聯合考慮。如果第i一1個節點和i個節點之間的無功容量為Qi-1,而節點i一1和i之間的總補償容量為Qci-1,i,則兩者可分別視為節點i之后的總無功需求量和總補償容量。如此可套用上式，得：

 

　　其中：Q是第i個分支的無功負荷（Kvar），R∑i是第i個節點后網絡的等效電阻（Ω），Ri是第i個分支的電阻（Ω），而且

 

　　2.5.4城市配電網的無功補償及其容量的確定

 

　　近年來，我國電力裝機容量逐年遞增，大大緩解了供電緊張的局面。伴隨著供電量的增加，電網建設的速度明顯滯后，網絡損耗問題日益突出。大家普遍認識到降低網損是供電部門減小供電成本的重要突破口，也是今后增加供電量的重要手段。由于配電網建設嚴重滯后，網架薄弱，設施老化，線路長（有的l0kv線路長50~70km），線徑小，配電變壓器也大部分存在高能耗問題，所以降低損耗應主要從城市的配電網著手。從降低網損和提高供電可靠性的角度出發，l0kv配電線路的長度應控制在l0km以內。10kv配電線路的損耗高，給電力部門帶來了不必要的損失，間接提高了電價，加之電能質量不合格，也影響了用戶的用電積極性。

 

　　配電網降低網損有以下四種途徑：（1）改造配電網網架結構，提高電壓等級，增加變電所站，合理分配有功和無功；（2）使用低能耗變壓器；（3）加大導線截面，縮短供電半徑；（4）無功功率補償。采取何種措施，主要應根據所在地的實際損耗情況和資金情況予以考慮。第一種改造措施是基于對配電網長遠發展考慮的好辦法，它合理地改造不盡完善的配電網，可以為配電網提供10年以上高效、穩定的運行環境，但是工程投資巨大，回收期長，多數供電企業目前都難以啟動這項工作。第二、三種措施投資相對較小，但造價仍很可觀，資金充裕的地區可以考慮，第四種措施投資最少，且由于我國配電網長期以來無功匱乏，造成的網極為可觀，通過無功補償來降低網損和提高電壓是一種投資少、回報高的方案。對配電變壓器低壓側的補償不但可以降低線路的損耗，而且可以降低配變的損耗，一些高能耗變壓器因損耗降低還可以延遲退役，電壓質量也會因此改善。

 

　　配電網無功補償應注意的幾個問題

 

　　隨著無功補償技術的發展，低壓側無功補償技術在配電系統中也開始普及，從靜態補償到動態補償，從有觸點補償到無觸點補償，這些都已取得豐富的運行經驗。但在實踐過程中也暴露了一些問題，必須引起重視。

 

　　10kv配電網低壓側的無功補償工作應更多地考慮系統的特點，不應因電壓等級低、補償容量小而忽視補償設備對系統側的影響（包括網損）。如果需降損的線路能基于一個完善的補償方案進行改造，則電力系統側的收益將要比分散的純用戶行為的補償方式大得多。

 

　�。�1）補償方式問題。目前很多部門無功補償的出發點還放在用戶側，即只注意補償用戶的功率因數，而不是立足于降低電網的損耗。如為提高某電力負荷的功率因數，增設1臺補償箱，這固然會對降損有所幫助，但如果要實現有效的降損，必須通過計算無功潮流，確定各點的最優補償量、補償方式，才能使有限的資金發揮最大的效益，這是從電力系統角度考慮問題的方法。

 

　　（2）諧波問題。電容器具備一定的抗諧波能力，但諧波含量過大時會對電容器的壽命產生影響，甚至造成電容器的過早損壞，并且由于電容器對諧波有放大作用，因此使得系統的諧波干擾更嚴重，此外，動態無功補償柜的控制環節，容易受諧波干擾，造成控制失靈，因而在有較大諧波干擾、需考慮補償無功的地方，同時也應考慮添加濾波裝置，然而這一問題常常被忽視，致使一些補償設備莫名其妙地損壞，因此在做無功補償設計時必須考慮諧波治理。

 

　�。�3）無功倒送問題。無功倒送是電力系統所不允許的，因為它會增加線路和變壓器損耗，加重線路負擔。無功補償設備的生產廠家，雖然都強調自己的設備不會造成無功倒送，但是實際情況并非如此。對于接觸器控制的補償柜，補償量是三相同調的，對于晶閘管控制的補償柜，雖然三相的補償量可以分調，但是很多廠家為了節約資金，只選擇一相采樣和無功分析，于是在三相負荷不對稱的情況下，就可能造成無功倒送；至于采用固定電容器補償方式的用戶，在負荷低谷時，也可能造成無功倒送。因此在選擇補償方式時，應充分考慮這一點。

 

　�。�4）電壓調節方式的無功補償帶來的問題。有些無功補償設備是依據電壓來確定無功投切量的，這有助于保證用戶的電能質量，但對電力系統而言卻并不可取。因為雖然線路電壓的波動主要由無功量變化引起，但線路的電壓水平是由系統情況而決定的，當線路電壓基準偏高或偏低時，無功的投切量可能與實際需求相去甚遠，就會出現無功過補或欠補。

 

　　3無功補償容量的計算

 

　　補償容量的選擇，要根據變壓器的負載率和容量以及線路的負荷決定。原則是：輕負荷時不能向系統倒送無功，節能效益達到最大。輕負荷時，不同配變所需補償容量不同，當補償容量等于低壓側平均無功負荷時，節能效益最大。綜合考慮高峰所需容量和節能效益，可按配變容量計算。

 

　　用戶的功率因數偏低要補償無功功率，使之達到電力公司規定的要求，這是降低網損的主要措施之一。用戶提高功率因數不外乎兩種方法：一是提高自然功率因數，讓設備運行于最佳狀態；二是自然功率因數達不到要求時采取無功補償的方法。但將功率因數補償到多大才算較合理呢？一般資料中都比較籠統地提出將功率因數補償到o.95以上，或最低，目標是達到規定的功率因數，然后是越高越好，盡量使其接近1.這種片面追求高功率因數的做法是缺乏對總體經濟效益的考慮。首先，我們看一下有功功率p、無功功率q和相角φ之間的關系：

 

　　tgφ=q/p

 

　　在p不變的情況下（這同實際用戶負荷p一定是相似的）tgφ與q的變化關系：

 

　�。�1）設相角為φ1時有tgφ1,無功功率q1;

 

　�。�2）相角為φ2時有tgφ2,無功功率q2;

 

　　隨著φ值的變化，無功功率的變化可用下式表示：

 

　　△q=ql-q2=p（tgφ1-tgφ2）

 

　　在補償的過程中有一個經濟問題需要考慮。

 

　　例如：設某一有功負荷p=2000kw,自然力率為0.8.現需用電容器補償至o.93,經計算需要增加710kvar的電容器。如將力率補償到0.96,經計算需增加920kvar的電容器，則需多用電容器210kvar.按現行市場價每kvar綜合投資60元計算，則多投資12600元。與力率0.93時相比，增加投資約30.對于實行按功率因數調整電費的用戶，有人認為把力率補償大些可以從減收的電費中得到益處。其實，當功率因數補償到0.9時，按規定可減收當月全部用電費用的百分率很小，而6~l0kv電力補償電容器的年運行費用卻達10~17,所以補償量過大時取得的經濟效益很少。因此：（1）對于已運行的用戶，采用集中補償或根據晝夜負荷變化配合就地補償的辦法，將力率補償到0.9~0.93為宜，以節約投資。（2）對新建企業用戶，設計上選取設備容量一般都偏大，因此帶來自然力率偏低的問題，建議盡可能使計算負荷接近實際值或以實際運行負荷來確定無功補償較為合理。

 

　　一般可以通過簡單的計算得到其補償容量：

 

　　（1）變電所集中裝設的補償容量可以按照主變容量的20~40來選擇。

 

　�。�2）配電線路上的分散補償容量可以按照"三分之二"法則來選擇。即：在均勻分布負荷的配電線路上，安裝電容器的最佳容量是該線路平均負荷的2/3;

 

　　（3）電動機就地補償以不超過電動機空載時的無功消耗為度，配變低壓側電容器補償要防止輕負荷時向10kv配電網倒送無功。

 

　　無功補償裝置地點和方式的選擇

 

　　補償的安裝地點及方式可分為集中補償和分組補償。集中補償通常指裝設于地區變電所或高壓供電用戶降壓變電所母線上的高壓電容器組，也包括集中裝設于電力用戶總配電室低壓母線上的電容器組。其優點是易于實現自動投切，利用率高，維護方便，事故少，能減少配電網、用戶變壓器及專供線路的無功負荷和電能損耗。而分組補償一般裝設于線路上、配變低壓側等。

 

　�。�1）在配電所安裝高壓補償裝置，以平衡高壓側的無功功率。在變壓器的高低壓側，由于勵磁電流的存在，其功率因數是不同的。當變壓器趨于滿載時，高壓側的功率因數較低壓側低5左右，輕載時可達15左右。如果配電所的無功補償在高壓側進行，則無功電流將在低壓輸配電網絡及變壓器內造成有功損耗；如果只在低壓側進行無功補償，則高壓側的功率因數仍會較低。而用低壓過補償來提高高壓側功率因數的方法，由于超前的電流同樣造成有功損耗，而且電壓升高會影響設備的運行，因此是不可取的，所以，高壓側的無功負荷應在高壓側進行平衡補償。

 

　�。�2）在變電所低壓側安裝低壓補償裝置，以補償負荷的無功功率。補償電容分為固定補償與自動補償兩部分。變電所配置低壓補償電容，負責對供電區域進行無功補償。因為有功負荷是變化的，其無功負荷也隨之變化，但不論無功負荷如何變化，總可把它分為固定部分和變動部分，所以補償電容應采取固定補償與自動補償相結合的方法，配置固定補償電容以減少投資，配置自動補償電容以滿足補償需要，做到二者兼顧。

 

　�。�3）隨機補償。一般來說，無功補償裝置距負荷愈近，則補償效果就愈好，但從經濟效益的觀點出發，就地隨機補償是否適宜還要以具體情況來確定。對于負載較小或變載運行的配電小區，采取就地補償的方法是不適宜的：一是不便裝設，二是利用率低，三是投資大，四是管理不便。所以，就地隨機補償的方法只適用于較大工礦企業。

 

　�。�4）分組補償。用于負荷較恒定的配電線路。

 

　　選取補償電容2s時的幾點建議

 

　　電容器和大多數電器不同，當其接于電力系統中時，總是在滿負荷下運行，僅在電壓或頻率波動時，負荷才稍有變動。另外，電容器是以電介質為工作介質的一種電器，它的設計一般是按規定的使用條件，在可靠的基礎上力求經濟合理，如果在運行中電壓、電流和溫度超過了規定的限度，就會導致電容器的壽命縮短，因此應嚴格控制電容器的運行條件并在選擇電容器時注意以下幾點：

 

　�。�1）過電壓能力。一般電容器的過電壓能力至少應該能夠達到1.1倍額定電壓，一些國外先進品牌電容器的過電壓能力可達到更高。

 

　�。�2）耐受短路放電能力。電容器必須能承受在允許的運行電壓下由于外部故障所引起的短路放電，此參數體現了電容器對外部故障的承受能力。當然，還應注意電容器的抗涌流能力以及環境溫度差別等。

 

　　另外，由于電容器是接在電力系統中運行的，當然也要消耗有功功率，所以也要注意電容器的損耗。

 

　　影響功率因數的主要因素

 

　　電力系統中，電動機及其它帶有線圈（繞組）的設備很多。這類設備除了從電源取得一部分電功率作有功用外，還將耗用一部分電功率用來建立線圈磁場。這就額外地加在了電源的負坦，功率因數cos?（也稱力率）就是反映總電功率中有功功率所占的比例大小。

 

　　功率因數的產生主要是因為交流用電設備在其工作過程中，除消耗有功功率外，還需要無功功率。當有功功率P一定時，如減少無功功率Q,則功率因數便能夠提高。在極端情況下，當Q=0時，則其力率=1.因此提高功率因數問題的實質就是減少用電設備的無功功率需要量。

 

　　影響功率因數的主要因素

 

　�。�1）大量的電感性設備，如異步電動機、感應電爐、交流電焊機等設備是無功功率的主要消耗者。據有關的統計，在工礦企業所消耗的全部無功功率中，異步電動機的無功消耗占了60%~70%;而在異步電動機空載時所消耗的無功又占到電動機總無功消耗的60%~70%.所以要改善異步電動機的功率因數就要防止電動機的空載運行并盡可能提高負載率。

 

　　（2）變壓器消耗的無功功率一般約為其額定容量的10%~15%,它的空載無功功率約為滿載時的1/3.因而，為了改善電力系統和企業的功率因數，變壓器不應空載運行或長期處于低負載運行狀態。

 

　　（3）供電電壓超出規定范圍也會對功率因數造成很大的影響。

 

　　當供電電壓高于額定值的10%時，由于磁路飽和的影響，無功功率將增長得很快，據有關資料統計，當供電電壓為額定值的110%時，一般無功將增加35%左右。當供電電壓低于額定值時，無功功率也相應減少而使它們的功率因數有所提高。但供電電壓降低會影響電氣設備的正常工作。所以，應當采取措施使電力系統的供電電壓盡可能保持穩定。

 

　　第三章 異步電動機和電力變壓器是耗用無功功率的主要設備

 

　　異步電動機的定子與轉子間的氣隙是決定異步電動機需要較多無功的主要因素。而異步電動機所耗用的無功功率是由其空載時的無功功率和一定負載下無功功率增加值兩部分所組成。所以要改善異步電動機的功率因數就要防止電動機的空載運行并盡可能提高負載率。變壓器消耗無功的主要成份是它的空載無功功率，它和負載率的大小無關。因而，為了改善電力系統和企業的功率因數，變壓器不應空載運行或長其處于低負載運行狀態。

 

　　異步電動機功率因數很低，在電網負荷中異步電動機所占的比重較大，是城鄉電網的主要無功負荷。它使各級網損也相應增大，盡管在各級變電所、配電變及各廠礦內均裝有集中無功補償裝置來提高功率因數，減少電網線損，但集中補償不僅無法降低低壓電網的線損，而且價格較貴。特別是在鄉鎮，隨著鄉鎮經濟的，小型家庭式的生產方式在各地較為普遍，家庭織機、小型砧床、車床、沖床、碾米機、脫粒機等到處都有，加上用戶分散，低壓較長，采用集中無功補償，仍不能降低低壓電網的線損。低壓電網的高線損率對正在實施的城鄉電網同網同價政策帶來困難，因此，必須對鄉鎮家庭的異步電動機推廣低價的就地無功補償。三相低壓異步電動機就地無功補償就是一臺與異步電動機特性相配合的電容器直接并聯于該電動機，其保護僅利用原異步電動機的保護，不需要外加其它保護裝置。？

 

　　3.1 相低壓異步電動機就地無功補償的好處

 

　　用三相低壓異步電動機就地無功補償有以下好處：①簡單、價低。因為只是在電動機上并聯一臺合適的專用電容器就可，不需要外加其它保護裝置，便于推廣；②不僅能提高低壓電網的功率因數，降低了線損，同時也提高了供電電網的功率因數，降低了配電網線損；③對用戶來講，節約了內線損耗，減少電費，同時可以不會因功率因數不合格而罰款（這對各廠礦企業內的異步電動機也同樣）。裝置三相低壓異步電動機專用無功補償電容器，具有較好的經濟效益；④提高了低壓線路的功率因數，減少末端電壓波動，改善了用戶的電壓，提高了電壓質量，也增加了產品數量及質量；⑤因為補償電容器隨電動機投切，只要補償的電容器容量配置適當，不存在無功過補償，有較為理想的補償效果。

 

　　用三相低壓異步電動機就地無功補償是一種經濟、簡單、高效、可靠的無功補償方法，應在廣大的鄉鎮和工礦企業推廣。為什么一個合適容量的電容器可以與異步電動機直接并聯，而不需要外加其它保護裝置，僅利用原異步電動機的保護就可，而且是一種經濟的無功補償。這是因為：

 

　　異步電動機在運行時所需要的無功功率從異步電動機的等效電路中可知由兩部分組成：一部分是勵磁支路所需的無功功率；另一部分是負荷支路所需的無功功率。小容量的異步電動機主要是勵磁支路所需的無功功率，當負荷從由零到滿載時，其變化很小，隨負荷的增加而略有下降；而負荷支路所需的無功功率隨負荷增加而增加，其值一般要比勵磁支路所需的無功功率要小，異步電動機容量越小，相對的比例也越小。小容量的異步電動機從空載到滿載，其總的無功功率的變化不大，以Y801.2（0.75kW）為例，空載時無功功率為0.531kvar,而滿載時為0.646kvar.

 

　　異步電動機隨著容量的增大，從空載到滿載所需的總無功功率變化相應加大，如Y165L-2（18.5kW），空載時所需無功功率5.343kvar,而滿載時為10.651kvar.但一般空載與滿載的無功功率之比約為0.5以上。因此，對低壓異步電動機的無功補償，其并聯電容器在運行時的實際補償容量，只要能補償其勵磁功率，就能使異步電動機運行的功率因數在負載率從40%~100%都有較高值（0.9以上），而低負載時，其功率因數雖不能達到0.9左右，但由于所需的無功功率量很小，因此產生的線損不大，而比無補償時降低了很多。

 

　�、谟捎诋惒诫妱訖C本身就是很好的放電線圈，所以在異步電動機外加電源電壓失去時，三相低壓異步電動機專用無功補償電容器可以向異步電動機放電，使電容器端電壓很快下降到零，在電網電壓復現（電網"重合閘"成功）時，就不會出現過電壓。因此，異步電動機與電容器并聯之間不能加裝熔斷器保護或開關，異步電動機與電容器應同時投入或斷開。

 

　�、塾捎诓⒙撾娙萜髟诋惒诫妱訖C的額定電壓下，所產生的無功功率小于異步電動機在額定電壓下空載時需要的勵磁功率（略小于空載無功功率）。當電壓上升時，電容器所產生的無功功率隨電壓的平方增加，而異步電動機因鐵芯的磁飽和，其需要的無功功率增加將大于電容器的無功功率增加；當電壓下降時，異步電動機和電容器的無功功率幾乎都將隨電壓的平方下降。因此，并聯電容器的補償容量在運行時所產生的無功功率，總小于異步電動機的不同負載下所需的無功功率。因此，不會產生過補償。

 

　�、苡捎陔娙萜鞯臒o功功率比補償異步電動機空載無功功率要略小于一點，也就是說僅為勵磁功率，因此，也就不會產生異步電動機的自勵現象。QC1、QC2、QC3為三相低壓異步電動機就地無功補償電容器的電壓電流曲線，在運行電壓為E1B時，電容器的無功電流分別為I0C、I0B、I0A,其中I0B就是異步電動機的勵磁電流，I0C大于異步電動機的勵磁電流I0B、I0A,小于異步電動機的勵磁電流I0B.若電容器的電壓電流曲線為QC3,當異步電動機與專用電容器在電源斷開后，為簡化分析，假定不考慮異步電動機負載和損耗、電容器的損耗，由于異步電動機定子、轉子鐵芯的磁回路殘存的磁場產生的微小電壓E0,使電容器產生微弱進相電流，電容器的進相電流又促使異步電動機的磁通增大，而異步電動機的磁通增大又使其產生的電壓增大，異步電動機磁場產生的電壓增大，又使電容器的進相電流進一步增大，這樣，異步電動機磁場產生的電壓與電容器的進相電流反復相互作用，使勵磁電流所感應電壓從K點不斷呈階梯上升到C點（電容器電壓電流曲線QC3與異步電動機磁飽和曲線交點），達到相應E1C,而E1C大大超過異步電動機與電容器的額定電壓E1B,這就是自勵磁現象。由于異步電動機在空載的情況下，也有損耗，因此，勵磁電流所感應電壓實際上將比E1C要低。如果電容器的電壓電流曲線為QC1、QC2,即使不考慮異步電動機負載和損耗、電容器的損耗，其勵磁電流所感應電壓從K點不斷呈現階梯上升到A（電容器電壓電流曲線QC1與異步電動機磁飽和曲線交點）或B（電容器電壓電流曲線QC2與異步電動機磁飽和曲線交點）點，達到相應電壓E1A、E1B,就不可能出現勵磁電流所感應電壓高于異步電動機與電容器的額定電壓的自勵磁現象。從上可知，只要電容器僅補償異步電動機的勵磁功率，就不會產生異步電動機的自勵磁現象。

 

　�、輰τ诩彝ナ降漠惒诫妱訖C采用三相低壓異步電動機就地無功補償的性是明顯的，因為它比其他復雜的無功補償要便宜得很多。就是對無功負荷僅為異步電動機的工礦、等也是經濟的，因為雖然它裝置的總無功容量要為集中的無功裝置的3~4倍，但集中無功補償裝置的單位容量的費用卻為單臺電容器的4~6倍左右，異步電動機就地無功補償總費用要比集中的無功補償裝置少。而且用三相低壓異步電動機就地無功補償電容器可降低工礦、企業內的低壓電網損失，節約了能源，減少了電費支出。？

 

　�、奕�相低壓異步電動機就地無功補償電容器可選用常用的低壓自愈式金屬化膜電容器，該電容器以金屬化聚丙烯薄膜作電極和介質，其產品具有自愈性，并且有重量輕、體積小、損耗低等優點，特別是價格低。考慮到鄉鎮電網電壓波動較大，后半夜稍偏高，加上無功補償后，電壓要相應提高一點，電容器的額定電壓宜選用常規的400V產品。但要求電容器接線端子、引線等帶電體不能外露，以保安全。

 

　　綜合以上所說，可明顯得出：三相低壓異步電動機就地無功補償是一種經濟、簡單、高效、可靠的無功補償，不僅適合鄉鎮分散的加、家庭式工業內裝置的異步電動機，而且對工礦的異步電動機也同樣適合。它是降低低壓供電網和電表后的內線損耗的最有效方法。曾在杭州市余杭區、臨安縣的家庭每臺織機中裝置三相低壓異步電動機就地無功補償電容器，取得了較為理想的效果。

 

　　3.2 Y系列、J02系列常用小型三相異步電動機就地無功補償電容器配置容量

 

　　由于異步電動機補償電容器容量要根據各種規格電動機，在不同負載下所需的無功功率以及電容器容量誤差等因素來選擇，不能簡單地用0.4乘電動機的額定容量來確定。這因為不同系列、不同容量、不同極數其空載的無功功率與電動機的額定功率之比相差是很大的，三相低壓異步電動機專用無功補償電容器容量的選擇既要考慮到盡量減少不同規格數量，要考慮一種規格盡可能多適用于幾種異步電動機的型號，同時又要保證異步電動機在不同的負載時功率因數滿足補償要求和不發生自勵磁現象的過電壓。？

 

　　3.3變壓器的無功消耗

 

　　變壓器的無功消耗和有功損耗一樣，也由鐵損和銅損組成。變壓器的無功消耗可由下式求得：

 

　　由于變壓器的無功消耗，尤其是空載無功消耗很大，因此變壓器本身的功率因數很低。

 

　　變壓器無功消耗對功率因數的影響

 

　　在考核用戶的功率因數時，通常是考核變壓器一次側的功率因數值，即變壓器消耗的有功和無功電量也參與功率因數的計算。如果是高壓計量的用戶，變壓器消耗的有功和無功電量已經走表，這時按電能表抄見電量計算的功率因數值即為一次功率因數；如果是低壓計量用戶，則應將電能表的抄見電量加上變壓器消耗的有功和無功電量計算出的功率因數值為一次功率因數。計量方式對計算功率因數沒有影響，而對一次功率因數有影響的是變壓器的負載率和負荷的功率因數。負載率越低，對一次功率因數影響就越大，反之越小。負載率是由生產用電狀況所決定的，而負荷功率因數是可以通過電容器補償提高的。我們要討論的是當變壓器的二次負荷技電容器補償后，二次功率因數已達到 0 . 95 以上時，由于變壓器的負載率低，造成了變壓器的無功消耗對一次功率因數的影響。

 

　　下面以實例加以說明。這里通過計算求出變壓器的無功消耗及其一次功率因數。計算出的一次功率因數值同一次計量的功率因數值相等。

 

　　某用戶變壓器為 SJ 型 10kV , 320kVA ,短路電壓 UK% 為 4 . 5% ,空載電流 I0 %為 7 %,空載損耗 P0- 為 1 . 4kW ,銅損 PK 為 5 .7kW ,低壓電能表月實抄電量的有功為 54720kW · h ,無功為 17920kvar · h ,二次側有電容器補償。

 

　　1.計算變壓器的有功損耗變壓器的電阻

 

　　在低壓功率因數自動補償中，電容器投在變壓器的二次側，自動控制器按變壓器二次負荷的相位角[FS:Page] ?2 的大小控制電容器的投切，因此變壓器的無功消耗得不到補償；在變壓器空載時，由于變壓器二次沒有負荷電流，自動控制器停止工作，變壓器的空載無功損耗也得不到補償。對于變壓器無功消耗的補償，過去也曾采取一些措施，但效果不佳。本文提出在低壓功率因數自動補償中，改變控制器原接線方式。使自動控制器按一次相位角 ?1 的大小來控制電容器的投切，這樣即能補償可變無功消耗及空載無功消耗，又能實現自動補償的效果。

 

　　1.結線方式。原電壓回路不變，電流改接到變壓器一次側互感器二次回路。由于 ?1 > ?2 ,從而達到補償變壓器無功消耗的目的。

 

　　2.靈敏度。按變壓器一次相位進行控制。當變壓器空載時，變壓器的一次電流只有變壓器的空載電流，那么變壓器的空載電流能否滿足控制器工作電流，我們以 S7 型 315kVA 變壓器為例來說明。一般控制器的靈敏度為 50mA , 315kVA 變壓器一次側額定電流為 18 . 18A 、空載電流百分數為 2.3 %,實際選配的電流互感器變比為 20 / 5 ,則：

 

　　3.2.4供電電壓超出規定范圍也會對功率因數造成很大的影響

 

　　當供電電壓高于額定值的10%時，由于磁路飽和的影響，無功功率將增長得很快，據有關資料統計，當供電電壓為額定值的110%時，一般工廠的無功將增加35%左右。當供電電壓低于額定值時，無功功率也相應減少而使它們的功率因數有所提高。但供電電壓降低會影響電氣設備的正常工作。所以，應當采取措施使電力系統的供電電壓盡可能保持穩定。

 

　　3.2.5電網頻率的波動也會對異步電機和變壓器的磁化無功功率造成一定的影響

 

　　電力系統中的所有電氣設備都有額定工作電壓和頻率。電氣設備在其額定電壓和頻率下工作時，其綜合經濟效果最好。例如感應電動機，若電壓偏高，雖然轉矩增大，但電流也增大，溫度增高，將使電動機絕緣嚴重受損，縮短使用壽命；若電壓偏低，則轉矩將按電壓二次方減少，而在負荷轉矩要求一定的情況下，繞組電流必然增大，并使電動機絕緣受損，縮短使用壽命；若電源頻率偏高或偏低，也將嚴重影響電動機的轉矩和使用壽命。我國采用的 供電頻率（簡稱"工頻"）為50Hz,頻率偏差范圍一般規定為±0.5Hz.又如熱輻射光源，若電壓偏高，其使用壽命將大大縮短；若電壓偏低，則光源照度將明顯變暗，嚴重影響工作效率和人的視力健康�？梢婋娋W電壓波動將影響電氣設備的正常工作和使用壽命。因此，電壓、頻率和供電連續可靠，是表征電能質量的基本指標。

 

　　高次諧波電流通過變壓器，可使變壓器的鐵心損耗明顯增加，從而使變壓器過熱，縮短使用壽命。高次諧波電流通過交流電動機，不僅會使電動機鐵心損耗明顯增加，而且還將會使電動機轉子發生振動，嚴重影響機械加工的產品質量。高次諧波對電容器的影響更為突出，含有高次諧波的電壓加在電容器兩端時，由于電容器對高次諧波的阻抗很小，電容器極易因過負荷而燒壞。此外，高次諧波電流可使電力線路的能耗增加，使計算電費的感應式電度表的計量不準確；還可能使電力系統發生電壓諧振，在線路上引起過電壓攀升，有可能擊穿線路設備的絕緣。高次諧波的存在，還可能使系統的繼電保護和自動裝置誤動或拒動，并可對附近的通信設備和線路產生信號干擾。

 

　　第四章低壓配電網無功補償的方法

 

　　提高功率因數的主要方法是采用低壓無功補償技術，我們通常采用的方法主要有三種：隨機補償、隨器補償、跟蹤補償。

 

　　4.1隨機補償

 

　　隨機補償就是將低壓電容器組與電動機并接，通過控制、保護裝置與電機，同時投切。隨機補償適用于補償電動機的無功消耗，以補勵磁無功為主，此種方式可較好地限制用電單位無功負荷。

 

　　隨機補償的優點是：用電設備運行時，無功補償投入，用電設備停運時，補償設備也退出，而且不需頻繁調整補償容量。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活，維護簡單、事故率低等。

 

　　為防止電機退出運行時產生自激過電壓，補償容量一般不應大于電機的空載無功，即：Qc≤√3UeIo,通常推薦Qc=（0.95∽0.98）√3 UeIo.

 

　　4.2隨器補償

 

　　隨器補償是指將低壓電容器通過低壓保險接在配電變壓器二次側，以補償配電變壓器空載無功的補償方式。配變在輕載或空載時的無功負荷主要是變壓器的空載勵磁無功，配變空載無功是用電單位無功負荷的主要部分，對于輕負載的配變而言，這部分損耗占供電量的比例很大，從而導致電費單價的增加。

 

　　隨器補償的優點：接線簡單、維護管理方便、能有效地補償配變空載無功，限制農網無功基荷，使該部分無功就地平衡，從而提高配變利用率，降低無功網損，具有較高的經濟性，是目前補償無功最有效的手段之一。

 

　　1 隨器補償電容器

 

　　（1）隨器補償的電容器主要用來補償變壓器的空載無功損耗，所以其容量應按變壓器容量的5%~7%選定。

 

　�。�2）隨器補償電容器應安裝在配電屏總開關的前面。有的安裝在配電屏的母線上，這樣就會出現低壓線路停電檢修時，由于電容器還未來得及放電而造成低壓線路觸電事故。

 

　�。�3）電容器接線必須牢固，以防電容器出現斷線、缺相運行，造成三相電壓不平衡，嚴重時某相對地電壓超過220V,從而損壞電容器和其他電器設備。最好采用具有缺相保護功能的斷路器，確保電容器安全運行。

 

　　2 隨線補償電容器

 

　�。�1）隨線補償的電容器應安裝在支線熔斷器以后，以便于電容器的檢修。每組電容器的容量不宜超過200kvar,以便于電容器的放電。

 

　�。�2）在有隨線補償電容器的線路停電時，應間隔20min再送電（20min后，電容器通過變壓器自放電的過程基本完畢），否則會出現帶電荷合電容器的現象，就會損壞電容器。

 

　�。�3）電容器所有熔斷器的熔絲應按電容器額定電流的1.5~2.5倍選，且三相熔絲要選的一樣粗細，以防一相熔絲熔斷，出現電容器缺相運行，這樣容易出現諧振過電壓，從而損壞電容器和其他電器設備。

 

　�。�4）在檢修時如果電容器兩極直接放電，會損壞電容器，并造成事故。正確放電過程如下：

 

　�、匐娙萜魍ｋ姇r，應先使電容器所在的支線停電，使電容器通過該支線上的配電變壓器進行自放電，一般需要經過20min.

 

　�、谧苑烹娡瓿珊�，要用接地線使電容器各極分別對地放電。

 

　�、塾萌�根接地線的一端分別連接電容器的三級，另一端接在一起，進行直接放電。這時就可以對電容器進行檢修工作。

 

　　4.3跟蹤補償

 

　　跟蹤補償是指以無功補償投切裝置作為控制保護裝置，將低壓電容器組補償在大用戶0.4kv母線上的補償方式。適用于100kVA以上的專用配變用戶，可以替代隨機、隨器兩種補償方式，補償效果好。

 

　　跟蹤補償的優點是運行方式靈活，運行維護工作量小，比前兩種補償方式壽命相對延長、運行更可靠。但缺點是控制保護裝置復雜、首期投資相對較大。但當這三種補償方式的經濟性接近時，應優先選用跟蹤補償方式。

 

　　主要有3種：定值補償式、電流跟蹤式、電壓跟蹤式。

 

　　1、定值補償式

 

　　定值補償式補償器根據其工作原理可以分為有源定值補償器和無源定值補償器。無源定值補償器的工作原理是利用自禍變壓器補償比差，利用移相器補償角差。利用此補償器可以將電能表計端電壓與電壓互感器二次端電壓幅值與相位調至相等，從而達到補償的目的。這種補償器可以對回路阻抗和回路電流一定的線路調節補償電壓，使二次壓降為零。但如果二次回路阻抗或電流發生變化，例如熔體電阻或端子接觸電阻增大或電壓互感器二次負載電流發生改變，這種補償器就不能適應了。采用無源定值補償裝置，可靠性相對較高。

 

　　有源定值補償器的工作原理是在電壓互感器二次回路中計量儀表接入端口處串入一個定值的電壓源，達到提高計量儀表的入口電勢以抵消二次壓降影響的目的。當電壓互感器二次回路阻抗和回路電流一定時，調節補償電壓，使二次壓降接近于零，但二次回路阻抗或電流發生變化時，這種補償器就不適應了。

 

　　總之，定值補償器在電壓互感器二次回路阻抗和回路電流不變的前提下，能夠對二次壓降進行有效補償，由于不能跟蹤電壓互感器二次回路阻抗和回路電流發生變化而引起二次壓降的變化，因此不可避免地引起電壓互感器二次綜合壓降欠補償或過補償現象發生。由此可以說，定值補償裝置（無論是有源的，還是無源的）在設計時就存在缺陷，是絕對禁止用于二次壓降補償的。

 

　　2、電流跟蹤式

 

　　電流跟蹤式補償器基本原理是利用電子線路通過對電壓互感器二次回路電流的跟蹤產生一個與二次回路阻抗大小相等的負阻抗，最終使二次回路總阻抗等效為零。這樣，即使有PT二次回路電流的存在，由于回路阻抗為零，壓降也為零。這種補償器對于二次線路較長的，可補償線阻。對于PT二次負載不穩定、二次電流變化的回路，由于二次回路總阻抗等效為零，可以保持壓降為零。但對于二次回路阻抗變化的情況，則不能自動跟蹤，也就是說，如果熔體電阻或接點接觸電阻發生改變，則回路等效阻抗就不為零了，這是該補償器的局限性。

 

　　換句話就是說，電流跟蹤式補償器的設計前提是電壓互感器二次回路阻抗不變，只要跟蹤二次回路變化的電流就可以達到補償二次壓降的目的。從前面對二次回路阻抗的特性分析可以看出，電壓互感器二次回路阻抗是變化的，且具有一定隨機性，顯然電流跟蹤式補償器同樣存在設計缺陷，可能造成過補償或欠補償現象的發生，因而也是絕對禁止用于二次壓降補償的。

 

　　3、電壓跟蹤式

 

　　電壓跟蹤式補償器的原理是通過一取樣電纜，將電壓互感器二次端電壓信號與電能表計端電壓信號進行比較，以產生1個與二次回路壓降大小相等，方向相反的電壓疊加于電壓互感器二次回路，使電壓互感器二次回路電壓降等效為零。當電壓互感器二次回路電流或阻抗改變導致回路電壓改變時，補償器自動跟蹤壓降的變化并產生相應變化的補償電壓疊加于電壓互感器二次回路，以保持回路壓降始終為零。因而這種補償器幾乎適用于所有場合，唯一不足的是需同時敷設一條從電壓互感器二次端電壓信號取樣的電纜。

 

　　低壓無功補償成套裝置主要應用于城鄉配電網公用變臺。

 

　　低壓無功補償裝置七大特點：

 

　　1.獨特的電容補償方式。

 

　　2.先進的智能型無功控制策略。

 

　　3.先進的配電監控終端。

 

　　4.先進的電容投切開關。

 

　　5.充分的防護設計。

 

　　6.充分的安全設計。

 

　　7.充分的獨特的模塊化設計

 

　　電容器的容量Q=ω×C×U×U=2×π×f×C×U×U

 

　　4.4低壓無功補償應注意的問題

 

　　1無功補償裝置的選擇

 

　　無功補償按工作特性可分為靜態補償和動態補償。靜態補償一般采用機械式接觸器投切電容器組，適用于負載變化比較小的場合。動態補償是以晶閘管作為執行元件，用工業PC機進行控制，通過跟蹤檢測負荷的無功電流或無功功率，對多級電容器組進行分組投切。晶閘管作為無觸點開關能快速通斷，不產生電弧及噪聲。采用晶閘管開關，電容器無需放電即可重投，動態響應時間在1個周期（20ms）之內，能實現快速、準確地跟蹤補償，從而提高電網的供電質量。另外，動態補償的分相投切功能可以使分相補償得以實現。因靜態補償投入成本較低，得到眾多用戶的首選。但一味地追求成本低，使用靜態補償，而不考慮具體負載的情況，那電容補償就不會達到滿意的效果。

 

　　我們設計選用補償裝置時一定要根據實際情況，綜合考慮，決定是選用靜態補償裝置還是動態補償裝置。如用電設備是個大功率的提升設備，其提升速度很快，導致用電負載的急劇變化，而其采用的是靜態補償，但靜態補償裝置的反應速度及投切速度根本跟不上負載的變化。其實這種場合不適宜采用靜態補償，而應采用動態補償，利用動態補償裝置反應靈敏、投切速度快的特點，根據負載的變化，決定是否投切。

 

　　2采樣電流的選擇

 

　　無功自動補償投切裝置工作原理是：裝置采集電網中電流、電壓，并對其大小、相位進行比較，決定是否投切電容器。正常用電中補償裝置電壓一經確定，一般不會變化，變化的主要是電流，而此電流選用是否得當，會影響電容補償裝置的正確工作。我們曾遇到過兩例。

 

　　例1:我公司曾為江蘇大學醫學院低壓配電室做過一批GCK配電柜，用戶反映電容補償柜工作不正常。經調試和分析，發現是采樣電流接錯了。原來圖紙設計中采樣裝在A相上，而現場安裝到C相上，導致補償裝置采集不到正確信息而不能正常工作。后經調整，重新設置，補償柜正常工作，功率因數提高到正常設定值。

 

　　例2:鎮江某一銅加工企業，在功率因數很低的情況下，電容器不能自動投入，手動投入了幾組電容器，功率因數卻沒有多大變化。經檢查分析，采樣電流應取自進線柜，即采樣電流互感器要裝于進線柜上，而這里卻把采樣電流互感器裝到出線柜上，導致裝置采集了錯誤的電流信號而不能正常工作。

 

　　從以上兩例可以看出，采樣電流互感器必須安裝在進線柜，也就是此互感器上的電流應能反映電容柜所要補償的整個線路的負載的變化情況。另外，采樣電流互感器所接的相位還必須和電容投切補償裝置所采用的電壓相位相配合。這樣才能保證裝置采集到正確的比對信號，根據負載的實際情況決定是否投切電容器，才能有效地提高負載的功率因數。

 

　　3無功補償方式的選擇

 

　　無功自動補償按性質分為三相電容自動補償和分相電容自動補償。

 

　　三相電容自動補償適用于三相負載平衡的供配電系統。因三相回路平衡，回路中無功電流相同，所以在補償時，調節無功功率參數的信號取自三相中的任意一相，根據檢測結果，三相同時投切可保證三相電壓的質量。三相電容自動補償適用于有大量的三相用電設備的廠礦企業中，如我們以上所述均為三相電容自動補償，但有的時候卻不宜采用三相電容自動補償，因為達不到補償的最佳效果。

 

　　在民用中大量使用的是單相負荷，照明、空調等由于負荷變化的隨機性大，容易造成三相負荷的嚴重不平衡，尤其是住宅樓的用電在運行中三相不平衡更為嚴重。由于調節補償無功功率的電流采樣信號取自三相中的任意一相，這樣就會造成未檢測的兩相要么過補償，要么欠補償。如果過補償，則補償相的回路電流增大，線路及斷路器等設備由于電流的增加而導致發熱被燒壞。這種情況下用傳統的三相無功補償方式，不但不節能，反而浪費資源，難以對系統的無功功率進行有效補償，而且補償過程中所產生的過、欠補償等弊端更對整個電網的正常運行帶來嚴重的危害。

 

　　對于三相不平衡，用電系統采用分相電容自動補償裝置是解決問題的一種較好辦法，其原理是調節無功功率的采樣電流信號分別取自三相中的每一相，根據每相感性負載的大小和功率的高低進行相應的補償，對其它相不產生相互影響，故不會產生欠補償和過補償的情況，這就是分相動態補償優越性的具體運用。分相動態自動無功補償能自動檢測各相負載的功率，同時自動分相投入各相所需的電容補償量，以使各相的無功功率補償達到最佳狀態，對于大量使用單相用電負載，易產生三相不平衡的用電單位如住宅小區、賓館、飯店、大型商場等民用建筑的配電系統宜選用。它有提高功率因數、改善電壓質量、節約用電、增大變壓器有功容量等顯著效果，滿足了供用電的要求。

 

　　目前低壓補償電容器技術和自動投切裝置制造質量都有了很大提高，筆者認為在這類民用建筑的配電系統中分組設置補償電容，即根據使用功能區分，在用電較集中、電氣設備功率較大的配電箱處設置電容補償裝置較為適宜。分組補償可提高設備利用率，減少線路中損耗。因此，對于大型商場、寫字樓等大量使用低電壓設備的民用建筑設計應根據具體情況采用分組補償方式比較合理。

 

　　4關于實時無功補償的探討及其解決方案

 

　　隨著我國電力工業的迅猛壯大，電網逐步擴張，電力負荷增長很快，電壓等級越來越高，電網、發電廠以及單機容量也越來越大，電網覆蓋的地理面積在不斷擴大。但是，由于地理環境、燃料運輸、水資源及經濟發展規模等諸多因素的影響，致使電源（發電廠）分布不均衡，要保證系統的穩定和優良的電能質量，就必須解決遠距離輸電、電壓調節及無功補償等問題。

 

　　電壓是電能質量的重要指標之一，電壓質量對電網穩定及電力設備安全運行、線路損失、工農業安全生產、產品質量、用電單耗和人民生活用電都有直接影響。無功電力是影響電壓質量的一個重要因素，電壓質量與無功是密不可分的，可以說，電壓問題本質上就是無功問題。解決好無功補償問題，具有十分重要的意義。

 

　　目前，許多地方電力系統的無功補償和電壓調節依然采用傳統的調節方式，有載調壓變壓器、靜電電容器等只能手動調節和投切，不能實現實時電壓調節或無功補償。因此，實現實時無功補償以保證電力系統電壓的連續穩定性，是本文研究和探討的主要方向。襄陽源創工業控制有限公司電話：13507271573.