无功功率补偿分析

摘要：主要介绍了无功补偿的方式、方法及各种补偿形式的优缺点，无功补偿容量的确定等。

关键词：无功补偿；配电系统；电容器

由于现代企业采用大量的感应电动机和变压器等感性负荷，特别是近年来大功率可控硅的应用，供电系统除供给有功功率外，还需供给大量无功功率，使发电和输配电设备的能力不能充分利用，无功功率对供电系统及工厂内部配电系统都有极不良影响，从节约电能和提高电能质量出发，都必须考虑改善功率因数措施。为此，必须提高用户的功功率因数，减少对电源系统的无功需求量

1无功补偿的总原则

无功补偿的总原则：全面规划，合理布局，分散补偿，就地平衡，降低损耗提高质量，满足需求，可靠保证。无功补偿方式制定时，应全面分析本系统的无功电力需求量，以确定最优的补偿量与最优的补偿方式。

我国在《电力系统电压和无功电力技术导则)中规定质功补偿与电压调节应按以下原则进行：

1.1总体平衡与局部平衡相结合，即要满足全网的总无功平衡，又要满足分支线的无功平衡。

1.2电力补偿与用户补偿相结合，供电部门在电源点进行补偿与用户自身用电设备进行补偿，两者实现理想配合。

1.3分散补偿与集中补偿相配合，以分散补偿为主。

1.4降损与调压相结合，以降损为主。

2无功补偿装置

无功补偿装置主要有同步调相机，并联电容器，静止补偿器等。

2.1同步调相机

同步调相机也叫同步补偿机，它实际上是接在电网上不带机械负载的同步电动机，专门用来调节电网功率因数或用在长距离输电线路中提高电压的稳定性，假若忽略同步补偿机的损耗，按电动机惯例写出其电势方程如下，

可见，I超前U90°，纯粹是直轴电流，即I=Id，并且电枢反应磁势起去磁作用。此时，补偿机从电网吸取超前的无功功率(也可以说成是向电网输出滞后的无功功率)，相当于是接在电网上的电容。在过励磁运行时，它向系统供给感性无功功率而起无功电源的作用，同步补偿机容量可以很大，并且无功功率易于平滑调节。在需要提高电网功率因数时，调节同步补偿机使其在过励状态下运行，由电网吸取电容性无功功率 (或说成是向电网发出电感性无功功率)。当电网轻载时，调节同步补偿机使其在欠励状态下运行，由电网吸取电感性无功功率，这就相当于是在线路中接入了感性负载，从而可以保持受电端电压不变。由于实际运行的需要和对稳定性的要求，欠励磁最大容量只有过励磁容量的50％-65％，装有自动励磁调节装置的同步补偿机，能根据装设地点电压的数值平滑改变输出(或吸取)无功功率，进行电压调节。有强励磁装置时，系统故障下能调整系统电压，从而提高系统的稳定性。但由于同步补偿机是旋转机械，运行维护比较复杂，满负荷时有功功率损耗为额定容量的1.5％―5％，容量越小，百分值越大，所以小容量的每KVA容量投资费用大，故同步补偿机宜大容量使用，在我国一般用在枢纽变电所。

2.2静止电容器和静止补偿器

静止电容器一般都采用并联电容器的方法进行人工补偿，电力电容器具有投资省，有功功率损耗小，运行维护方便，故障范围小，装设容量灵活，即可集中使用，又可分散装设来就地供应无功功率，以降低网络电能损耗等优点。为了在运行中调节电容器的功率，可将电容器连接成若干组，根据负荷的变化，分组投入或切除，可控硅投切型电容器补偿装置就可以实现补偿功率的调节。

电容器的缺点是当通风不良或因电网高次谐波造成电容器过负荷使运行温度过高时，易出现外壳鼓肚、漏油，甚至爆炸和引起火灾。因此，规定电容器组应独立设室。为便于管理维护，多采用集中固定补偿，若补偿前功率因数为COS，补偿后提高到，则补偿所用电力电容器容量应为kyar

上式是按平均负荷计算的所需补偿容量，也有按最大负荷PmaxΣ进行计算的。如果按 PmaxΣ计算所需补偿的无功功率Qc，则当P＜ maxΣ,时，将出现过补偿现象。为了取得较好的补偿效果，按平均负荷计算是合适的，以免所选电容过多。补偿电力电容器多接成三角形，因每个电容器的无功容量为Qcl＝ωC1U2，当容量一定时，电压高电容可以小。只有当电容器额定电压低于网络电压时，才考虑接成星形。电容器组还应单独装设控制、保护和放电设备。电容器组的放电设备必须保证在电容器与电网的联接断开时，放电一分钟后电容器组两端的残压在65V以下，以保证人身安全，一般1000V以上的电容器组用电压互感器作为放电设备。

静止补偿器是近年来的一种动态无功功率补偿装置，它是将电力电容器与电抗器并联起来使用，电容器发出无功功率，电抗器吸收无功功率，两者结合，再配以适当的调节装置，能够平滑地改变输出(或吸收)无功功率的静止补偿器，能满足动态无功补偿的需要，与同步补偿机比较，运行维护简单，功率损耗小，能做到分相补偿，以适应不平衡的负荷变化，对于冲击负荷有较强的适应性，在我国电力系统中得到了广泛应用。

3无功补偿方式

无功补偿就补偿方式来说分为高压补偿和低压补偿，高压补偿通常是在变电所高压侧进行，对补偿点前端的无功功率进行补偿，对后端的负载及线路起不到补偿作用，低压补偿可直接补偿配电线路和负载的无功功率，补偿效果较为理想。

3.1高压补偿，高压补偿主要是针对变电所主变压器和一些高压负荷，可集中补偿也可分散补偿，补偿装置独立设室，保证通风良好，充分发挥补偿装置的效率。因此应根据负荷的变化，安排、设计好变电所的无功补偿容量，运行中在保证电压合格和无功补偿效果最佳的情况下，尽可能使电容器投切开关的操作次数减少。

3.2低压补偿，低压补偿有集中补偿，分散补偿和就地补偿。

集中补偿是将电容器装设在用户专用的变电所内，对无功进行统一补偿，对负荷比较集中，距离变电所近，无功补偿容量较大的场合采用较为合适。优点是可以补变电所母线、受电线路的无功损耗，负荷变化能对母线电压起一定的调节作用，便于管理、维护、操作及集中控制。缺点是它只减少装设点以上线路和变压器因输送无功功率所造成的损耗，而不能减少用户内部通过低压线路向用电设备输送无功功率所造成的损失。

分散补偿是将电容器组按低压配电网的无功负荷分布分组装设在相应的母线上，或者直接与低压干线相连接，形成低压、电网、内部的多组分散补偿方式，适合负荷比较分散的补偿场合。分散补偿的优点是对分散的用户，有利于无功负荷的就地平衡，减少配电网络和配电变压器中无功电流的损耗和电压的损失，使线损显著降低，负荷不变的条件下增加网络的输出容量。缺点是装设的电容器无法分组，则补偿容量无法调整，运行中可能出现过补偿或欠补偿，补偿设备的利用率较集中补偿方式低，安装分散，给维护管理带来不便。

就地补偿是就地补偿用电设备(主要是电动机)所消耗的无功功率，将电容器组直接装在用电设备旁边，与用电设备的供电回路并联，以提高供电系统的功率因数，从而获得明显的降损效益。优点是无功电流与附近的用电设备相互交换，不流向网络其它点，在网络中无功电流的无功损耗和电压损耗小，被补偿网络最经济，在配电设备不变的情况下可增加网络的供电容量，导线截面可相应减少，适应性好。缺点是对于电网内公用负荷与集中补偿和分散补偿相比，补偿相同容量的无功负荷所需的补偿电容器总容量和补偿装置总数量增加，投资增大，补偿装置利用率较低。

4无功补偿容量的配置

变电所安装电容器，其主要作用是补偿变压器的无功损耗及配电线路前段的无功负荷及无功损耗，同时可以进行调压。变电所电容器的补偿容量按主变压器额定容量的10％-15％来配置，根据变电所的负荷性质和调压要求，确定合理的无功补偿容量。

配电线路是电力网的重要组成部分，配电线路上电容器容量的确定，应按

最大限度地降低无功损耗的原则来考虑，要根据无功负荷情况采取分散补偿的方式进行补偿。

参考文献

[1]《工厂供电设计》李宗纲，刘玉林，施慕云，韩春生等著，吉林科学技术出版社.

[2]《煤矿供电》崔景岳，刘思沛，聂文龙，煤炭工业出版社

[3]《电机学》袁世鹰，龚幼民，吴大章，江长青，煤矿工业出版杜.