企业配电网的无功补偿及其效益分析

摘要：对广大中大型企业来说，功率因数的高低是关系到电能质量和电网安全、经济运行的一个重要问题，应予以充分重视。本文集中讨论了影响电力系统功率因数的几个重要因素，提出了相应的解决措施，并结合我厂的实际情况，对利用并联电容提高电网的功率因数进行了探讨。

我厂主要针对低压配电网络进行补偿，补偿前整个电力系统的功率因数只有0.85，补偿后整个电力系统功率因数可以达到0.95以上。

关键词：功率因数 无功补偿 损耗

中图分类号： U467.4+5文献标识码： A 文章编号：

一、功率因数和无功补偿的基本概念

1.功率因数：电网中的电气设备和电动机、变压器等属于既有电感又有电阻的电感性负载，电感性负载的电压和电流的相量间存在一个相位差，相位角的余弦cosφ既是功率因数,它是有功功率于视在功率之比即cosφ=P/S。功率因数是反映电力用户用电设备合理使用状况、电能利用程度即用电管理水平的一个重要技术指标。

2.无功补偿：无功补偿是无功补偿电源的简称，指为满足电力网和负荷端电压水平及经济运行的要求，必须在电力网内和负荷端设置无功电源，如电容器、调相机等。把具有容性功率的装置与感性负荷连接在同一电路，当容性装置释放能量时，感性负荷吸收能量，而感性装置释放能量时，容性负荷吸收能量，能量在相互转换，感性负荷所吸收的无功功率可由容性装置输出的无功功率中得到补偿。

二、影响我厂功率因数的主要原因及对策：

（一）异步电动机对功率因数的影响

我厂绝大部分动力负荷都是异步电动机, 异步电动机转子与定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。因此，在选择异步电动机时，既要注意它们的机械性能，又要考虑它们的电器指标，合理选择异步电动机的型号、规格和容量，使其处于经济运行状态，若电动机长期处于低负载下运行，既增大功率损耗，又使功率因数和效率都显著恶化。故从节约电能和提高功率因数的观点出发，必须正确的合理的选择电动机的容量。其次，要提高异步电动机的检修质量，因为异步电动机定子绕组匝数变动和电动机定、转子间的气隙变动时对异步电动机无功功率的大小有很大的影响。

（二）电力变压器对功率因数的影响

电力变压器的无功功率消耗，是由于变压器在变压过程是由电磁感应来完成的，是由无功功率建立和维持磁场进行能量转换的。没有无功功率，变压器就无法变压和输送电能。变压器消耗无功的主要成分是它的空载无功功率，提高变压器的功率因数就必须降低变压器的无功损耗，避免变压器空载运行或长期处于低负载运行状态。

三、我厂对提高功率因数采取的措施

（一）提高自然功率因数

1. 恰当选择电动机容量，减少电动机无功消耗，防止“大马拉小车”。

2. 避免电机或设备空载运行。

3. 合理配置变压器，恰当地选择其容量。

4. 调整生产班次，均衡用电负荷，提高用电负荷率。

5. 改善配电线路布局，避免曲折迂回等。

（二）并联电容器提高功率因数

由于我厂实际生产工艺中没有使用同步电机，所以我们采用并联电容器的方式进行功率因数补偿。

1、补偿方式的选择：

根据电容器在工厂供电系统中的装设位置，有高压集中补偿、低压成组补偿和低压分散补偿三种方式。

高压集中补偿是将高压电容器集中装设在变配电所的10KV母线上，以平衡高压侧的无功功率。在变压器的高低压侧，由于励磁电流的存在，其功率因数是不同的。当变压器趋于满载时，高压侧的功率因数较低压侧低5%左右，轻载时可达15%左右。如果配电所的无功补偿在高压侧进行，则无功电流将在低压输配电网络及变压器内造成有功损耗；如果只在低压侧进行无功补偿，则高压侧的功率因数仍会较低。而用低压过补偿来提高高压侧功率因数的方法，由于超前的电流同样造成有功损耗，而且电压升高会影响设备的运行，因此是不可取的，所以，高压侧的无功负荷应在高压侧进行平衡补偿。

低压分散补偿，又称个别补偿，是将电容器分散地装设在各个车间或用电设备的附近。这种补偿方式能够补偿安装部位前的所有高低压线路和变电所主变压器的无功功率，因此它的补偿范围最大，效果也较好。但是这种补偿方式总的设备投资较大，且电容器在用电设备停止工作时，它也一并被切除，所以利用率不高。

低压成组补偿是将电容器装设在车间变电所的低压母线上，补偿装置通常采用微机控制的低压并联电容器柜，容量在几十至几百千乏不等，它是根据用户负荷水平的波动，投入相应数量的电容器进行跟踪补偿。主要目的是提高专用变压器用户的功率因数，实现无功功率的就地平衡，对配电网和配电变压器的降损有一定作用，也保证该用户的电压水平。这种补偿方式能补偿车间设备、配电房的低压馈电线路、低压母线前的变压器和厂内高压配电线及前面电力系统的无功功率，其补偿范围较大。由于这种补偿能使变压器的视在功率减小从而使变压器容量选得小一些，比较经济，而且它安装在变电所低压配电室内，运行维护方便。同时由于我们厂存在谐波源，车间变压器的存在，也起到了隔离和衰减谐波的作用。有利于低压电容器的安全稳定运行。

综合以上三种补偿方式的优缺点，根据我厂的实际情况，我们选择了低压成组补偿方式。

2、补偿容量的确定

对于配电房，安装的容性无功量应等于装置所在母线上的负载按提高功率因数所需补偿的容性无功量与变压器所需补偿的容性无功量之和。

1)负载所需补偿的装置容量Kvar（千乏）按下式考虑

Qc1=P(tgφ1-tgφ2）（1）

Qc1——负荷所需补偿的容性无功量(Kvar)

P——母线上的平均有功负荷功率

φ1——补偿前的功率因数角

φ2——补偿后的功率因数角

2)变压器所需补偿的装置容量Kvar（千乏）按下式考虑：

Qc2= (Uk%/100+Io%/100 ) Se（2）

Qc2——变压器所需补偿的容性无功量(Kvar)

Uk％——变压器阻抗电压的百分数

Io％——变压器空载电流的百分数

Se——变压器额定容量（KVA）

例如：我厂1#油变最大负荷月的平均有功功率为1300 KW，功率因数cosφ=0.85，将功率因数提高到0.95，则所选电容量为：

Qc1=1300×(0.62-0.33）

=377Kvar

1#油变需补偿的容量：Qc2=（4.35+0.6）/100×1600=79.2Kvar

需补偿的总容量Qc= Qc1+Qc2=377+79.2=456.2Kvar,而我厂1#油变低压电容补偿器安装9组，每组60Kvar，共540Kvar，配置合理。

3、低压成组补偿设备的构成及选择：

构成：电容器组由电容器、串联电抗器、避雷器、断路器、放电线圈及相应的控制、保护、仪表装置组成。如图1所示。

选择补偿设备，应在充分考虑安全性的同时，根据各厂实际情况，从实用性、可靠性入手，将费效比最大化。

（1）投切方式的选择：

电容投切有两种方式：人工投切和自动投切。人工投切对运行人员是件繁重的工作，且难以实现及时准确地操作，影响供电电压质量。我们采用自动投切方式。可实现电容器的自动投切，我们采用了Varlogic R6和Varlogic R12系列功率因数控制器，这种控制器能随意设定功率因数、投入延时、切除延时、过压门限、过压延时、欠流切除等参数，能自动跟踪功率因数变化合理选择电容组数，还能在功率因数超前时快速切除已投电容。在我厂的应用中，这种控制方式能满足我厂的实际要求。