无功补偿的优化选择.doc

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无功补偿的优化选择

来源:

免费论文网 李动周康海叶 2006-2-2609:

52:

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摘要：

近年来,随着电网的进一步完善，工农业生产用电规模不断扩大，用电量的日益增长和用电结构的变化，使得电力供需矛盾越来越突出。

电力的供不应求迫使人们在降损节能上多做文章，因此，人们根据电力网的运行特点，从无功传输过程消耗有功的角度，推行了无功补偿。

关键词：

无功补偿优化选择

　　近年来,随着农村电网的进一步完善，工农业生产用电规模不断扩大，用电量的日益增长和用电结构的变化，使得电力供需矛盾越来越突出。

电力的供不应求迫使人们在降损节能上多做文章，因此，人们根据电力网的运行特点，从无功传输过程消耗有功的角度，推行了无功补偿。

　　众所周知，电力网在运行时，电源供给的无功功率是电能转换为其他形式能的前提，它为电能的输送、转换创造了条件。

没有它，变压器就不能变压与输送电能，没有它，电动机的旋转磁场就建立不起来，电动机就无法转动。

但是，长距离输送无功电力，又会造成有功功率的损耗和电压质量的降低，这不仅电力网的安全运行，而且也影响产品的质量。

因此，如何减少无功电力的长距离输送，已成为电力部门和用电必不可少的课题。

为此，我们根据用电设备消耗无功的多少，在负荷较集中、无功消耗较多的地点增设了无功电源点，使无功的需求量就地得到解决，这样不但减少了无功传输过程中造成的能量损耗和电压降落，而且提高了供用电双方和的经济效益，可谓一举两得。

不过，虽然无功补偿能给企业和社会带来一定的效益，但补偿过程中还需要考虑很多，也就是说怎样进行补偿，才能收到最佳的效益呢？

这就要求我们在补偿过程中必须遵守一定的原则、，做到合理的补偿，才能收到事半功倍的效果。

　　1无功补偿的原则

　　全面规划，合理布局，分级补偿，就地平衡，具体如下。

　　总体平衡与局部平衡相结合，既要满足全网的总无功平衡，又要满足分线、分站的无功平衡。

　　集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为主，这就要求在负荷集中的地方进行补偿，既要在变电站进行大容量集中补偿，又要在配电线路、配电变压器和用电设备处进行分散补偿，目的是做到无功就地平衡，减少其长距离输送。

　　高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主，这和分散补偿相辅相成。

　　降损与调压相结合，以降损为主，兼顾调压。

这是针对线路长，分支多，负荷分散，功率因数低的线路，这种线路最显著的特点是：

负荷率低，线路损失大，若对此线路补偿，可明显提高线路的供电能力。

　　供电部门的无功补偿与用户补偿相结合，因为无功消耗大约60%在配电变压器中，其余的消耗在用户的用电设备中，若两者不能很好地配合，可能造成轻载或空载时过补偿，满负荷时欠补偿，使补偿失去了它的实际意义，得不到理想的效果。

　　2根据补偿原则，确定无功补偿容量

　　按照上述的基本原则，根据无功在电力系统中的去向，确定几种主要的补偿方式及其容量。

　　变电站高压集中补偿：

这种补偿是在变电站10（6）kV母线上集中装设高压并联电容器组，用以补偿主变的空载无功损耗和线路漏补的无功功率。

，在农网上，除了大宗用户外，县局基本上采用这种补偿。

比如：

涉县各变电站在未进行人工补偿以前cosφ=0.85，根据功率因数（0.85）调整电费标准，每月罚款为月总电费的2.5%，经过各站装设了电容器补偿后，平均cosφ=0.9，每月电费减少0.5%，一年下来，功率因数奖电费约为60万元，为企业增加了效益。

　　随线补偿：

将电容器分散安装在高压配电线路上，主要补偿线路上的无功消耗，还可以提高线路末端电压，改善电压质量。

其补偿容量一般遵循"三分之二"原则，即补偿容量为无功负荷的三分之二，而电压降为DU=（PR+QX）/Ue。

　　例1：

一条10kV线路，长为5km，导线型号LGJ-70，其中g=0.46W/km，X0=0.411Ω/km，所带负荷200+j150，在线路末端补偿QC=100kvar，求线路损耗和电压降。

　　①求线路上的损耗

　　补偿前：

△P1=3×I2R=3×（2002+1502）/102×5×0.46=4313W。

　　补偿后：

△P2=3×I2R=3×[2002+（150-100）2]/102×5×0.46=2933W。

　　则一年少损失电量：

△A=（△P1-△P2）T×10-3=（4313-2933）×365×24×10-3=12089kWh。

　　②求电压降

　　补偿前：

△U=（PR+QX）/U=（200×0.46×5+150×0.411×5）/10=77V。

　　补偿后：

△U=（PR+QX）/U=[200×0.46×5+（150-100）×0.411×5]/10=56V。

　　所以补偿后电压由9.92kV提高到9.94kV，改善了电压质量。

　　3随器补偿

　　将电容器安装在配电变压器低压侧，主要补偿配电变压器的空载无功功率和漏磁无功功率。

一般情况下，农网配变负载率较低，轻载或空载时，无功负荷主要是变压器的空载励磁无功，因此配变无功补偿容量不易超过其空载无功，否则，在配变接近空载时可能造成过补偿，所以应按式Qb≤I0%Se/100（其中：

I0%是空载电流百分数，从手册中可查出，Se是变压器的额定容量），但对于用户的变压器补偿，因其负荷率高，补偿时应从提高变压器出力的角度考虑。

　　例2：

涉县良种场有一台变压器Se=80kVA，cosφ=0.8，带一抽水用电动机Pe=75kW，P=Se×cosφ=80×0.8=64kW<75kW，可见变压器处于超载运行，若提高cosφ的方法提高变压器出力，设拟增cosφ=0.95，则P=0.95×80=76kW>75kW，由公式Qb=P×tgφ可知，应补偿无功Qb=25kvar。

　4随电动机补偿

　　将电容器直接并联在电动机上，用以补偿电动机的无功消耗。

据运行统计，县级农网中约有60%的无功功率消耗在电动机上，因此，搞好电动机的无功补偿，使其无功就地平衡，既能减少配电线路的损耗，同时还可以提高电动机的出力。

一般对7.5kW以上电动机进行补偿时，确定容量应按QC≤3UeI0。

另外，对于排灌所带机械负荷较大的电动机，补偿容量可适当加大，大于电动机的空载无功，但要小于额定无功负荷，即Q0≤QC≤Qe。

　　例3：

涉县自来水公司，一条线路长1km，导线型号LGJ-70，其中g=0.46W/km，X0=0.411Ω/km，带一抽水用电动机Pe=95kW，实用负荷为100+j60，由于长期超载，在电动机上补偿无功QC=30kvar，求补偿前后线路的损耗和电动机的出力。

　　视在功率S=（1002+602）1/2=116.26kVA

　　①求线路上的损耗

　　补偿前：

△P1=3×I2R=（1002+602）/0.382×1×0.46=43.32kW。

　　补偿后：

△P1=3×I2R=[1002+（60-30）2]/0.382×1×0.46=34.72kW。

　　△P1-△P2=43.32-34.72=8.6kW，则一年少损失电量8.6×24×365=75.33MWh。

　　②求电动机出力

　　补偿前：

PN=95kW<100kW，电动机处于超载运行。

　　补偿后：

PN=112kW>95kW，电动机运行正常，提高了电动机的出力。

　　5低压集中补偿

　　在低压母线上装设自动投切的并联电容器成套装置主要补偿变压器本身及以上输电线路的无功功率损耗，而在配电线路上产生的损耗并未减少，因此，补偿不宜过大，否则变压器轻载或空载运行时，将造成过补偿，补偿容量应以变压器额定容量的30%~40%确定，即：

Qb=（0.3-0.4）SN，或从提高功率因数的角度考虑Qb=P（tgφ1-tgφ2），其中tgφ1、tgφ2是补偿前后功率因数角的正切值。

　　6补偿位置的确定

　　上述介绍了不同目的的补偿各不相同，但补偿位置在哪最合理呢？

一般我们考虑把并联电容器安置在负荷较集中的地方或无功消耗严重的设备周围。

　　7补偿后带来的效益

　　从提高功率因数上，还是以涉县电力局为例，功率因数由0.8提高到0.9左右，月电费罚3.7万元，到奖2.5万元，赢利7.2万元，给带来经济效益。

　　从电压质量上来说，如例1，末端电压由9.92kV提高到9.94kV，保证了产品质量，给用户带来了直接经济效益。

　　从降损节能上来说，降低了电能损耗，减少了电费的支出，同样给用户带来经济效益。

如例3，年节能7.533万kWh，按电价0.5857元/kWh，年节约电费7.533×0.5857=4.4万元。

　　从提高变压器的处理上来说，由于减少了无功电流，所以提高了变压器的出力。

如例2，良种场若不是进行无功补偿，变压器长期处于超载运行，会因长期过热而烧坏变压器，而新安装一台变压器（100kVA），需投资1.3万元，但经过补偿，只需要投资近1000元就解决了变压器超载运行的，给良种场增创了1.2万元的经济效益。

　　总之，无功补偿不仅能改善农网功率因数和电压质量，而且可以使无功负荷就地平衡，提高农网的经济运行水平，同时降低电费支出，减轻工农业生产的负担，所以进行无功补偿是利国利民的好事，我们应下决心去抓，真正让用户得到实惠。

1、前言

无功补偿，就其概念而言早为人所知，它就是借助于无功补偿设备提供必要的无功功率，以提高系统的功率因数，降低能耗，改善电网电压质量。

无功补偿的合理配置原则

从电力网无功功率消耗的基本状况可以看出，各级网络和输配电设备都要消耗一定数量的无功功率，尤以低压配电网所占比重最大。

为了最大限度地减少无功功率的传输损耗，提高输配电设备的效率，无功补偿设备的配置，应按照“分级补偿，就地平衡”的原则，合理布局。

（1）总体平衡与局部平衡相结合，以局部为主。

（2）电力部门补偿与用户补偿相结合。

在配电网络中，用户消耗的无功功率约占50%～60%，其余的无功功率消耗在配电网中。

因此，为了减少无功功率在网络中的输送，要尽可能地实现就地补偿，就地平衡，所以必须由电力部门和用户共同进行补偿。

（3）分散补偿与集中补偿相结合，以分散为主。

集中补偿，是在变电所集中装设较大容量的补偿电容器。

分散补偿，指在配电网络中分散的负荷区，如配电线路，配电变压器和用户的用电设备等进行的无功补偿。

集中补偿，主要是补偿主变压器本身的无功损耗，以及减少变电所以上输电线路的无功电力，从而降低供电网络的无功损耗。

但不能降低配电网络的无功损耗。

因为用户需要的无功通过变电所以下的配电线路向负荷端输送。

所以为了有效地降低线损，必须做到无功功率在哪里发生，就应在哪里补偿。

所以，中、低压配电网应以分散补偿为主。

（4）降损与调压相结合，以降损为主。

2、影响功率因数的主要因素

功率因数的产生主要是因为交流用电设备在其工作过程中，除消耗有功功率外，还需要无功功率。

当有功功率P一定时，如减少无功功率Q，则功率因数便能够提高。

在极端情况下，当Q=0时，则其力率=1。

因此提高功率因数问题的实质就是减少用电设备的无功功率需要量。

2.1、异步电动机和电力变压器是耗用无功功率的主要设备

异步电动机的定子与转子间的气隙是决定异步电动机需要较多无功的主要因素。

而异步电动机所耗用的无功功率是由其空载时的无功功率和一定负载下无功功率增加值两部分所组成。

所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。

变压器消耗无功的主要成份是它的空载无功