无功补偿对低压电网功率因数的作用

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【摘要】依据用电设备的功率因数，可测算输电线路的电能损失。通过现场技术改造，可使低于标准要求的功率因数达标，实现节电目的。本文分析了无功补偿的作用和补偿容量的选择方法，着重论述了低压电网和异步电动机无功补偿容量的配置。

【关键词】节电技术；功率因数；无功补偿

前言

无功补偿主要是指主要是指有效利用无功补偿装置与设备，以获取所需的无功功率，以此降低电网运行的能耗，促进电力系统的功率因数得到有效提高，最终达到电网电压质量得以改善的目标。

1、无功补偿配置原则分析

就电网在运行过程中的消耗的无功功率的实际情况而言，在电力系统中，其输配电设备以及各级网络均会产生无功功率消耗，其中无功功率消耗情况最为严重的要以电压配电网为最。因此，在电网实际运行过程中，为使输电线路无功功率传输消耗将至最低，从而促进电网输配电设备的运行效率大幅提高，在配置武功补偿装置与设备的过程中，要进行科学合理地布局，并坚持“就地平衡，分级补偿”的配置原则，确保无功补偿装置配置合理。

2、功率因数的影响因素分析

在交流用电设备的实际工作中，既要产生有功功率消耗，同时还需无功功率。若用P、Q分别表示有功功率与无功功率。那么，在P固定的情况下，若Q减少，则能够实现提高电网功率因数的目的。然而，在Q为零的极端情况下，那么其力率则为1。可见，有效提升电网功率因数的关键就在于全面降低用电设备所需的无功功率。在电网运行中，无功功率需求量最大的设备主要为电力变压器以及异步电动机，它们也是影响电网功率因数最主要的因素之一。此外，以下几种因素也全面影响着电网功率因素：

（1）变压器与异步电机的磁化无功功率会受到电网频率波动的影响，从而影响电网功率因数；（2）电网功率因数还受到供电电压的影响。若供电电压超出所规定的电压额定值，如，超过额定值的10%，就会造成磁路饱和问题产生，从而促进无功功率的迅速增长（约为35%左右）。适当降低供电电压，可促进无功功率的有效减少，但若供电电压过低，就会对电力系统电气设备的正常工作与运行产生严重影响。因此，在实际工作中，要积极探寻有力措施，确保电力系统供电稳定。

综上可知，主要用电设备，如电力变压器以及同步电机等、供电电压、电网频率波动等是影响电网功率因数的几种最主要的因素，因此，为实现降损节能、促使低压网能够无功就地平衡，有必要积极探寻行之有效的提高低压电网功率因数的方法途径。

3、低压配电网无功补偿方法探讨

3.1跟踪补偿。此种无功补偿方式的控制保护装置通常为无功补偿投切装置，并采用该投切装置，于大用户0.4kv母线上补偿低压电容器组。跟踪补偿方式运行可靠、灵活，且具有较小的运行维护工作量，补偿效果良好，应用的范围多为视载功率超过100kVA的专用变配电用户。该补偿方式的主要缺陷在于具有相对较大的首期投资，且无功补偿投切装置较为复杂。

3.2随器补偿。这一补偿方式是一种以低压保险为媒介，将低压电容器接于配电变压器二次侧，进而对其空载无功进行补偿的武功补偿方式。在空载或者轻载的情况下，变压器的空载励磁无功则为配变的主要无功负荷。对于用电单位而言，其配变空载无功是其主要的无功负荷，着部分损耗在轻载配变的供电量中占有非常大的比重，并增加了电费单价，增加了经济损失。运用随器补偿方式，可对配变的空载无功进行有效地补偿，且接线简单，并可实现对农网的无功基荷进行有效限制，最终促进无功就地平衡实现，且经济性较好，是有效降低电网损耗，实现无功补偿的有效途径。

3.3随机补偿。此种无功补偿方式，主要是通过电机、保护装置等，实现电动机与低压电容器组的并接与同时投切，其优势在于易于安装、配置灵活、投资少，无需对补偿容量进行频繁地调整，并随着用电设备的运行与停运，随之投入与退出，事故率相对较低，可对用电单位的无功负荷实行有效地限制，适用于以励磁无功补偿为主的电机无功消耗补偿。

4、无功补偿的效益

目前，电力系统运行环境愈加复杂化，电力系统中连接了各种容量不等且数量庞大的感性设备，使电网既须有功功率，也须无功功率。据相关资料显示，如果电网平均功率因数处于0.7-0.85的范围之内时，用电企业所消耗的无功功率约为80%左右的有功功率。若将功率因数适当提高至0.9-0.95之间，那么在有功消耗中，无功消耗会降低50%左右，从而对用电企业的无功功率输入有效减少，进而促进企业的效益提高。

4.1提高设备的利用率。就供电设备而言，若有功功率一致，随着电网功率因数的提高，减少负荷电流，则会增加供电设备的功率储备，提高负荷传送功率的效率，从而有效满足负荷的增长需求。对于新建企业而言，还可使设备容量有效降低，并促进其投资费用有效减少，同时，提高电网的功率因数，在某种程度上还能是企业选择的变压器的容量得到有效降低，确保其运行的基本电费得以减少。

4.2节省企业电费开支。由于国家电价制度中，规定了不同企业的功率因数值，若高于规定数值，可相应减少电费；若低于规定的数值，需要多收电费，从而对企业的功率因数进行了限制，可见，提高功率因数对企业具有直接的经济效益。

4.3降低系统的能耗。补偿前后线路传送的有功功率不变，P= IUCOSφ，由于COSφ提高，补偿后的电压U2稍大于补偿前电压U1，为分析问题方便，可认为U2≈U1从而导出I1COSφ1=I2COSφ2。即I1/I2= COSφ2/ COSφ1，这样线损 P减少的百分数为：

ΔP%= （1-I22/I12）×100%=（1-COS2φ1/COS2φ2）×100%

当功率因数从0.70～0.85提高到0.95时，由（2）式可求得有功损耗将降低20%～45%。

4.4改善电压质量。以线路末端只有一个集中负荷为例，假设线路电阻和电抗为R、X，有功和无功为P、Q，则电压损失ΔU为：

U=（PR+QX）/Ue×10-3（KV） 两部分损失：PR/Ue输送有功负荷P产生的；QX/Ue输送无功负荷Q产生的；配电线路：X=（2～4）R，U大部分为输送无功负荷Q产生的变压器：X=（5～10）R QX/Ue=（5～10） PR/Ue变压器U几乎全为输送无功负荷Q产生的可以看出，若减少无功功率Q，则有利于线路末端电压的稳定，有利于大电动机的起动。因此，无功补偿能改善电压质量（一般电压稳定不宜超过3%）。但是如果只追求改善电压质量来装设电容器是很不经济的，对于无功补偿应用的主要目的是改善功率因数，减少线损，调压只是一个辅助作用。

结论

本文集中探讨了无功补偿技术对用电单位的低压配电网的影响以及提高功率因数所带来的经济效益和社会效益，讨论了如何确定无功功率的补偿容量，确保补偿技术经济、合理、安全可靠，达到节约电能的目的。

参考文献

[1]李博.无功补偿装置设计初探[J].国外电子测量技术，2008年08期

[2]刘学军.浅析电力系统的无功补偿问题[J].内蒙古科技与经济，2009年08期

作者简介

苏景琳（1978 -），男，汉族，甘肃平凉人，平凉供电公司发电部门技术主管，研究方向：电力节能发电。

李丽霞（1979-），女，汉族，甘肃平凉人，平凉供电公司电力调度业务主办，研究方向：电力调度工作。