节能大全2.docx

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节能大全2

功率因数补偿

在交流电路中，由电源供给负载的电功率有两种；一种是有功功率，一种是无功功率。

有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量（机械能、光能、热能）的电功率。

比如：

5.5千瓦的电动机就是把5.5千瓦的电能转换为机械能，带动水泵抽水或脱粒机脱粒；各种照明设备将电能转换为光能，供人们生活和工作照明。

有功功率的符号用P表示，单位有瓦（W）、千瓦（kW）、兆瓦（MW）。

无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。

它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。

电网中的许多用电设备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。

凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。

比如40瓦的日光灯，除需40多瓦有功功率（镇流器也需消耗一部分有功功率）来发光外，还需8瓦左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。

由于它不对外做功，才被称之为“无功”。

无功功率的符号用Q表示，单位为乏（Var）或千乏（kVar）。

电力系统中，不但有功功率平衡，无功功率也要平衡。

在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。

有功功率、无功功率、视在功率之间的关系如图1所示

式中

  S——视在功率，kVA

  P——有功功率，kW

  Q——无功功率，kvar

    φ角为功率因数角，它的余弦（cosφ）是有功功率与视在功率之比即cosφ＝P/S称作功率因数。

由功率三角形可以看出，在一定的有功功率下，用电企业功率因数cosφ越小，则所需的无功功率越大。

如果无功功率不是由电容器提供，则必须由输电系统供给，为满足用电的要求，供电线路和变压器的容量需增大。

这样，不仅增加供电投资、降低设备利用率，也将增加线路损耗。

为此，国家供用电规则规定：

无功电力应就地平衡，用户应在提高用电自然功率因数的基础上，设计和装置无功补偿设备，并做到随其负荷和电压变动及时投入或切除，防止无功倒送。

还规定用户的功率因数应达到相应的标准，否则供电部门可以拒绝供电。

因此，无论对供电部门还是用电部门，对无功功率进行自动补偿以提高功率因数，防止无功倒送，从而节约电能，提高运行质量都具有非常重要的意义。

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。

无功功率对供、用电产生一定的不良影响，主要表现在：

Ø降低发电机有功功率的输出。

Ø降低输、变电设备的供电能力。

Ø造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。

Ø造成低功率因数运行和电压下降，使电气设备容量得不到充分发挥。

功率因数补偿要点

Ø供配电设计应通过正确选择电动机，变压器的容量以及照明灯具启动器，降低线路感抗等措施，提高用电单位的自然功率因数。

Ø当采用提高自然功率因数措施后，仍达不到电网合理运行要求时，应采用并联电力电容器作为无功补偿装置。

如经过技术经济论证，确认采用同步电动机作为无功功率补偿装置合理时，也可采用同步电动机。

Ø高压电气设备的无功功率宜由高压电容器补偿，低压电器设备的无功功率宜由低压电容器补偿。

Ø当采用高（中）、低压自动补偿装置效果相同时，宜采用低压自动补偿装置。

Ø补偿基本无功功率的高压或低压电容器纲，宜在配变电所内集中补偿。

Ø容量较大、负载稳定且长期运行的用电设备的无功功率宜单独就地补偿。

Ø当补偿电容器所在线路谐波较严重时，高压电容器应串联适当参数的电抗器，低压电容器宜串联适当参数的电抗器。

Ø当配电系统中谐波电流较严重时，无功功率补偿容量的计算应考虑谐波的影响。

Ø电容器分组时，应满足下列要求：

◆分组电容器投切时，不应产生谐振，

◆适当减少分组组数和加大分组容量，必要时应设置不同容量的电容器组，以适应负载的变化。

◆应与配套没备的技术参数相适应。

◆应在电压偏差的允许范围内。

功率因数补偿容量的计算。

Ø功率因数定义——功率因数指有功功率和视在功率的比值。

Ø功率因数的数值要求。

功率因数的数值应满足当地供电部门的要求。

当无明确要求时，应满足如下值：

◆高压用户的功率因数应为0.92以上。

◆低压用户的功率因数应为0.90以上。

Ø功率因数补偿容量的计算。

◆不考虑谐波的计算方法：

简化的功率因数补偿容量计算方法。

COSφ=P/S

式中P—有功功率（kW）；

S—视在功率（kV·A）

基于减少申报的最大视在功率的补偿容量计算（如图所示）

P=∑Pi

Qi=Pi·tanφ

Q1=∑Qi

△Q=∑Q1-tan[arcos（cosφ）]·∑Pi

式中Qi—每个用电设备的无功功率（kvar）；

Pi—每个用电设备的有功功率（kW）；

Cosφ—目标功率因数；

△Q—需要补偿电容器容量；

为增加有效有功功率输出而补偿的补偿容量计算（如下表所示）

Q=

对变压器吸收的无功电能进行补偿的补偿容量计算，当变压器所吸收的无功功率不能忽略时，可采用以下公式近似计算：

Q=FXc·S=△u%·S

变压器负载率为n%时：

Q=（n%）2·△u%·S

变压器满载时：

Q=△u%·S

变压器半载时：

Q=（1/2）2·△u%·S

变压器的实际补偿容量应按变压器的实际负载率（例如按变压器计算负载率的0.7）来确定，以避免过补偿。

当变压器的负载变化较大，精确计算有困难时，变压器的基本无功补偿容量可按变压器额定容量的5%配置。

谐波环境中功率因素的计算。

理想正弦波的功率因素计算：

PF=P/S

式中P——有功功率（kW）；

S——视在功率（KV·A）

Cosφ=P1/S1

式中P1——基波的有功功率（kW）；

S1——基波的视在功率（KV·A）

当谐波存在时，PF＜Cosφ

PF=P/S=P/S1·S1/S=PFdisp·PFdist

式中PFdisp——位移功率因数；

PFdist——畸变功率因数

利用基波因数来计算谐波环境中的功率因数PF：

式中v——基波因数，它等于基波电流有效值与总电流有效值之比，即：

v=I1/Iv

上式说明了实际功率因数是由基波电流位移和电流波形畸变两个因素决定的。

在实际工程设计中，谐波所致的无功功率很难估算，故上述算法实际上不可行。

由于电网规模巨大，通常可以认为电力系统的内阻为零（视作无限大系统），因而仅考虑谐波电流而忽略谐波电压的影响，即THDu=0。

此时，功率因数与谐波电流畸变率THDi（％）之间的关系如下图所示，供估算时参考。

图中，PF为实际功率因数；COSφ为理想正弦波的功率因数，即基波功率因数，我们传统算法所得即为此值；THDi（％）可粗略估算得到。

从上图可见，在谐波电流的影响下，实际功率因数将按图示曲线下降，这是由于谐波产生了额外的大功功率。

因此，在工程设计中，特别是对于选择Y，ynO连接组别变压器的中性线截面选择、配电导体（线）的中性线选择计算中，宜按上图所示曲线对功率因数进行粗略的修正，否则，计算所得的电流值将会偏小，从而导致导体（线）中性线载流能力不足。

谐波环境中补偿电容器参数的确定：

根据Gh/Sn的比值确定补偿电容器的参数，见下表

标准电容

电容器额定电压增加10%

电容器额定电压增加10%，并配置谐波抑制电抗器

注：

Ck为链接到有电容器组的母线上所有谐波装置（静态变换器、变频器、速度控制器等）的视在功率额定值的总和。

应当注意的是，12脉及以上的整流器，已采取非常有效的谐波抑制措施源设备等均不应计入。

Sn为系统中变压器视在功率额定值的矢量和。

根据实测总谐波畸变率THDi来确定补偿电容器的参数，见下表

标准电容器

电容器额定电压增加10%

电容器额定电压增加10%，并配置谐波抑制电抗器

注：

Sn为变压器视在功率。

S为变压器副边实测的视在功率（满负荷且不带电容器）

THDi为变压器副边实测的电流畸变率

串联型调谐电抗器配比计算：

在调谐频率fh处：

Xl=Xc/h2

式中Xl——电抗器基波感抗值；

Xc——电容器基波容抗值；

H——理论谐波次数。

在确定电抗器容量时，应使实际调谐频率小于理论调谐频率（即希望抑制的谐波频率），以避免发生系统局部谐振。

还应考虑一定裕度，因为当电容器使用时间较长后，其介质材料退化，从而导致电容值下降。

系统谐振频率计算

式中Qc——电容器的额定容量（Mvar）;

Scc——母线短路容量（MV·A）

补偿容量的分组应避开系统谐振点，电容器容量的增加，导致谐振频率向低值偏移；反之，系统短路容量的增加，则导致谐振频率向高值偏移。

晶闸管投切电容器组（TSC）

Ø无功功率变化较大的场所宜采用晶闸管投切电容器组；

Ø晶闸管投切电容器组的分组应符合系统中无功功率的变化特性。

静止无功发生器（SVG）、无功功率变化较大且谐波严重的系统中宜采用静止无功发生器。

功率因数的控制方法

Ø无功补偿装置的投切方式，具有下列情况之一时，宜采用手动投切的无功补偿装置：

◆补偿低压基本无功功率的电容器组。

◆常年稳定的无功功率。

◆经常投入运行的变压器或配（变）电所内投切次数较少的高压电动机及高压电容器组。

Ø无功补偿装置的投切方式，只有下列情况之一时，宜装设自动投切装置：

◆为避免过补偿，装设无功自动补偿自动投切装置在经济上合理时。

◆为避免在轻载时电压过高而造成某些用电设备损坏，装设无功自动补偿装置在经济上合理时。

◆只有装设无功自动补偿装置，才能满足在各种运行负荷的情况下的电压偏差允许值。

Ø无功自动补偿的调节方式，宜根据下列原则确定：

◆以节能为主进行补偿时，采用无功功率参数调节；当三相负荷平衡时，亦可采用功率因数参数调节。

◆无功功率随时间稳定变化时，按时间参数自动调节。

电网中的电力负荷如电动机、变压器等，属于既有电阻又有电感的电感性负载。

电感性负载的电压和电流的相量间存在着一个相位差，通常用相位角φ的余弦cosφ来表示。

cosφ称为功率因数，又叫力率。

功率因数是反映电力用户用电设备合理使用状况、电能利用程度和用电管理水平的一项重要指标。

在电流通过线路或变压器时产生线路电阻损耗或变压器负载损耗，其有功功率损失：

△P=3·P2R/U2cos2φ　　　　　　　（3）

式中　P——有功功率，kW；

　　　U——额定电压，kV；

　　　R——线路或变压器总电阻，Ω；

　　　cosφ——功率因数。

从公式（3）中可知，在负载有功功率一定时△P与cos2φ成反比，如果功率因数从cosφ1上升到cosφ2，则有功功率损失下降百分率：

（△P%）=[（3·P2R/U2cos2φ1-3·P2R/U2cos2φ2）／3·P2R/U2cos2φ1]×100%

　　　　　　　　　　　=（1-cos2φ1/cos2φ2）×100%　　　　　　　　（4）

如果功率因数从0.8补偿到0.9，根据公式（4）计算得（△P%）=21%，即线路或变压器损耗下降21%，从以上分析可知，无功功率补偿是通过提高功率因数，降低运行电流从而降低线路或变压器中损耗，达到节能效果。

选择高功率因数的用电设备；10KV集中调谐滤波电容补偿；低压集中调谐滤波电容补偿；大功率设备就地电容补偿等。

其方法为多样化：

如就地固定电容补偿；自动分段补偿、在线自动晶闸管调谐滤波电容补偿等。

如图补偿及滤波用电容器及电抗器