工厂供配电系统的无功补偿探讨

摘 要：随着现代化工业水平的不断提高，工业生产对供配电的稳定性和质量性提出了更高的要求。本文基于对工厂供配电系统的组成和设计原理及无功补偿技术分析，对工厂供配电系统的无功补偿技术和方法进行了探讨，并分析了针对功率因数提高的无功补偿方法。研究结果对工厂总电能消耗的降低和生产效益的提高提供了帮助。

关键词：供配电；无功补偿；功率因数；生产效益

Discussion on Reactive Power Compensation of Factory Supply and Distribution System

Wang lei

（ Xin Di Electric Power Co.， Ltd. Tangshan Hebei 064100 ）

Abstract： Industrial production has put forward higher requirements on the stability and quality of power distribution with increasing levels of modern industry. Reactive power compensation techniques and methods for factory supply and distribution system is discussed and analyzed based on the composition and design of the plant for the principle of powder distribution system analysis， and the power factor improvement of reactive power compensation methods is proposed. The results provide assistance on reduction and the improvement of production efficiency total energy consumption.

Keywords：power supply and distribution； reactive power compensation； power factor； production benefit

引 言

电能在我国国民经济建设和社会发展中起着不可代替的作用。尤其在工业方面，作为工业生产的主要能源和动力，电能的重要性在于促使工业生产实现电气化以此带来的生产效益，可以大大提高产品产量和质量、提高劳动生产率、降低劳动成本，极大推动和支撑了我国现代化工业发展。然而，在工业用电量大幅增加的用电负荷中，无功负荷电流和谐波电流不仅增大了供配电系统的损耗，还可能引起机械设备的系统故障，造成无功功率严重不足，电压水平降低，造成电能的无功损耗。随着国民经济的发展，供配电的稳定性和质量性成为工业用电标准性的基本要求，如何采取技术措施降低供配电无功损耗，提高用电质量，成为急需解决的问题。

1 工厂供配电系统

工厂的供配电系统是指所需的电力能源从进入工厂开始到所有用电设备终端的整个电路网，其包括总降压变电所、高压配电线路、分变电所、低压配电所及用电设备等。其是根据各个车间的负荷数量和性质，生产工艺负荷量要求及负荷布局和国家供电要求，安全可靠的对全厂电能的应用进行经济型分配系统。供配电系统的设计主要包括：（1）工厂电能负计算；（2）工厂总降压变电所的位置和主变压器的台数及容量选择；（3）工厂总降压变电所主接线设计；（4）厂区高压配电所系统设计；（5）工厂供配电系统短路电流计算；（6）改善功率因数装置设计；（7）变电所高、低侧设备选择；（8）变电所的接地设备选择等。

工厂供配电系统的最终目的是为了满足工厂正常运营所需电能，为了达到电能的合理分配和稳定使用，供电系统必须满足几个基本要求：（1）在供配电过程中，不能发生人身事故和机械设备事故；（2）满足工业生产中对供配电的可靠性要求；（3）满足工业生产对电压质量和频率的要求；（4）供配电系统应当经济实用，节能环保。

2无功补偿技术

2.1 无功补偿的原理

工厂供配电系统是否能稳定高质量的为工业生产提供电能，在于无功潮流分布的合理性，是否能够满足电能消耗对无功电源容量的需求。工厂配电系统因需满足整个工厂电能需求，其电网的复杂性对无功功率提出了更高的要求。此外，功率因数和电压降低将降低电力的传输能力，降低机械设备的应用效率，引起损耗增加。

无功补偿是通过技术措施提高功率因数和电压，从而改善电能消耗环境，达到节能环保的目的。在供配电系统中，各级输配电设备和输电网络都有一定的电能损耗――有功功率，其中以低压配电设备无功功率最大。为了最大限度的减少电能损耗，提高功率因数，无功补偿系统应当满足如下原则：（1）全面规划、合理布局、分级补偿、就地平衡；（2）集中补偿和分散补偿结合，以分散补偿为主；（3）高压补偿和低压补偿结合，以低压补偿为主；（4）调压和降损结合，以降损为主。根据这些原则，建立无功补偿系统，降低电网传输损耗，提高功率因数，降低线路的有功损耗，增加设备的无功功率，提高机械设备的生产利用能力。

2.2 供配电系统的无功补偿方法

无功补偿的具体实现方式：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。一般供配电系统的无功补偿方式主要由变电站集中补偿方式、低压集中补偿方式、杆上无功补偿方式和设备终端分散补偿方式，其性能见表1。

表1 无功补偿性能对比

工厂供配电系统是一个复杂的电网，根据补偿对象的不同选择合理的无功补偿方式，改善电压质量，提高功率因数，保证供配电系统的安全性，降低供配电系统中的电能损耗。

3 工厂供配电系统的无功补偿

3.1 功率因数

功率因数cosφ反应了输出的视存功率被有效利用程度，是衡量电力设备效率高低的一个重要系数，功率因数越低，说明电路用于交变磁场转换的无功功率大，供电损耗大，从而降低了电力设备的利用率。所以，在工厂供配电系统中，为了保证电压质量和节能环保，功率因数越大越好。功率因数理论上可以达到最值1，然而在电能的传输过程中，电能损耗是不可避免的，其值与电路的负荷有关，对于具有大量感应电动机、电焊机、气体放电灯等电感性负荷及感性变压器的工厂供配电系统来说，功率因素小于1，为了充分发挥设备潜能，改善设备运行性能、提高其自然功率的情况下，需要增设功率因数补偿设备。

（1）在一定的电压和电流控制下，功率因数的提高可以增加设备的有功功率P30，充分发挥设备潜力，提高设备的利用效率，降低设备损耗；

（2）功率因数的提高，补偿后的电压与补偿前的电压近视相同，保证了电压额度，降低了电压损耗，在此基础上，降低了有功功率P30损耗，当功率因数从0.78-0.85提高至0.95时，有功功率损耗可降低20%-45%；

（3）功率因数的提高，在有功功率P30不变的情况下，无功功率Q30减小，视在功率S30也降低，相应负荷电流也得以减小，这将使供配电系统的电能损耗和电压损耗相应降低，既降低了电能损耗，又提高了电压质量，并且对供配电设备的选择提供了便利。

3.2 负荷计算及无功补偿

对供配电系统进行无功补偿，首先需要清楚供配电系统中设备和电路的电能负荷，根据负荷量和想达到的功率因数值来计算无功补偿值，进而进行供配电系统的无功补偿。供配电系统负荷计算包括计算负荷和平均负荷：计算负荷是一个假象的持续负荷，等同于同一时间实际变动负荷产生的热效应，作为电器和导体的选择依据；平均负荷是单位时间内实际消耗电能，其作为最大负荷和电能消耗量的计算依据。

负荷计算方法主要由需要系数法、二项式等，而工厂供配电系统设备较多，而设备容量差值较小，所以通常选用需要系数法来计算（见式1-4），针对计算的工厂供配电系统总负荷量来对无功补偿两进行计算，具体做法如下：

（1）针对工厂供配电系统提供的各设备用电功率和系数来计算工厂总负荷量包括有功功率P30、无功功率Q30、视在功率S30和计算电流I30；

（6）配置完成后，重新进行供配电设备负荷和功率因数计算，达到设计要求方可。

4 结 论

针对工厂供配电系统负荷对设备电能消耗进行计算，并根据预期达到的功率因数进行无功补偿，降低供配电系统的电能消耗和设备损耗，做到无功功率平衡，对工厂供配电系统的保障和生产电能的供应提供保障。目前工厂供配电系统中无功补偿主要是针对达到的预期功率因数来制定的，虽然在一定程度上达到了节能的效果，但如何真正达到经济型功率因数，做到无功补偿，还需要得到技术上和经济上的设计方案支持。

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