无功功率范文

无功功率篇1

摘要：无功率补偿装置在矿山企业应用非常广泛，笔者首先分析了影响供配电系统的功率因数以及电网的无功补偿方式，阐述了无功功率补偿容量的确定以及矿山企业中无功功率补偿设备的选用。

0引言

随着采掘机械化的发展，矿山开采的产量大幅度提高，使得工作面电气设备总容量、单机功率明显加大，供电距离加长，用电设备自身无功功率损耗的存在造成井下电网功率因数较低。因此，在矿山开采供电系统中提高功率因数，补偿无功功率以降低电能消耗是十分重要的，采用无功功率自动补偿装置的目的，就是减少井下供配电系统的线路损耗和变压器的有功损耗。提高供配电系统的功率因数，降低采矿的电力成本。

1影响功率因数的主要因素

1.1电感性设备和电力变压器按负载性质分，所有用电设备可以抽象为电阻性、电感性和电容性3种，正是由于电感性和电容性用电设备的存在，才使得功率因数发生变化。实际矿山企业中，电容性设备并不多见，大量的电感性设备，例如异步电动机、感应电炉、交流电焊机等设备是无功功率的主要消耗者。据统计，在工矿企业所消耗的全部无功功率中，异步电动机的无功消耗占了60％～70％。而异步电动机空载运行时所消耗的无功功率又占到电动机总无功消耗的60％～70％。因此，要改善异步电动机的功率因数就要尽量防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。一般而言，电力变压器消耗的无功功率约为其额定容量的10％～15％，它的空载无功功率约为满载时的35％左右。所以，为了改善电力系统和企业的功率因数，变压器同样不应空载运行或长期处于低负载率运行状态。

1.2供电电压的影响当供电电压高于额定值的10％时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长很快，据分析统计，供电电压为额定值的110％时，无功功率将增加35％左右。而供电电压低于额定值时，无功功率反而相喧减少而使功率因数有所提高。当然，电压降低会影响电气设备的正常工作，所以，应采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。

1.3电网频率波动的影响电网频率的波动也会影响异步电动机和电力变压器的正常工作状态，从而改变无功功率的大小，影响电力系统的功率因数。一般说来，当系统频率下降时，发电机发出的无功功率将会减少，变压器和异步电动机所需的无功功率将会增加，整个系统的无功功率将会略有增加。但频率稳定和调整措施主要在发电厂内部进行，与一般矿山企业关系不大。

2电网的无功补偿

2.1集中补偿集中补偿分为高压集中补偿和低压集中补偿两种方式。高压集中补偿是将电容器组装没在工厂变配电所的6～10kV母线上，这种补偿方式只能补偿6～10kV母线以前线路的无功功率，而母线后厂内线路的无功功率得不到补偿，所以补偿效果较差，优点是投资少、便于集中运行维护，这种补偿方式在大中型企业应用较为普遍。

2.2随机补偿随机补偿就是根据个别用电设备对无功的需要量将单台或多台低压电容器组分散的与用电设备并接，它与用电设备共用一套断路器。通过控制装置与电动机同时投切。随机补偿适用于补偿个别容量大且连续运行的异步电动机，其优点是用电设备运行时无功补偿投入，用电设备停运时，补偿设备也退出，不会造成无功倒送，而且不需要频繁调整补偿容量。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活、使用维护方便、事故率低等优点。

2.3随器补偿随器补偿是指将低压电容器通过开关接在变压器二次侧，以补偿变压器空载运行时无功功率的补偿方式。变压器空载或轻载运行时，由于励磁引起的无功损耗所占比重很大，此种方式的优点是能有效地补偿变压器的无功损耗，且接线简单，维护管理方便，在小型矿山企业应用较多。

3无功功率补偿容量的确定

3.1集中补偿容量的计算用户功率因数低的原因主要是电感性负荷过大所致，因此需要并联电容器或同步补偿机进行补偿。设某矿山企业负荷情况为有功功率Py、无功功率Pw1、视在功率Ps1、功率因数为cosφ1，现要求在有功功率Py不变的条件下，将功率因数由cosφ1提高到cosφ2，功率因数提高后，负荷情况变为：有功功率Py、无功功率Pw2、视在功率PR2最大负荷时，系统需要的无功补偿容量Pb按式(1)计算：

Pb=Pwl-Pw2=Py(tanφ1-tanφ2)(1)

式中：Py为有功功率(kW)；Pb为无功补偿容量(kvar)。

3.2单负荷就地补偿容量的选择据国外相关资料介绍，如果考虑异步电动机的负荷率、极对数等因素的影响，补偿容量可估算如下：设异步电动机额定容量为Pe则补偿容量取Pb=(1/4～1/2)P，为宜。按此选取补偿容量，一般不会出现过补偿，而且功率因数可以补偿到0.90以上，特别是对于空载电流较大和负载率较低的电动机效果更佳，因而在节能技术上应用较为广泛。对于空载电流较小和负载率较高的电动机，可根据电动机极数不同，选取不同的补偿容量，一般而言，极数越多，需要的补偿容量越大，亦可按式(2)计算：

Pb≤UeIO×10-3(2)

式中：Pb为无功补偿容量(kvar)；Ue为电动机额定电压(V)；IO为电动机空载电流(A)。

4矿山企业中无功功率补偿设备的选用

由前面无功功率和电压的关系可以看出系统中选择无功功率补偿设备最终调整的是系统电压，合理地配置系统的无功功率可以将系统的电压偏移控制在要求的范围内。

4.1发电机发动机是唯一的有功功率电源，是最基本的无功功率电源。发电机在额定状态下运行时，可发出无功功率。

QGN=SGNsimφN=PGNtanφN

式中SGN、PGN、φGN分别为发电机的额定视在功率，额定有功功率和额定功率因数。发电机不但可向系统提供一定的无功功率，在进相运行时有可能吸收系统一定的过剩无功功率。但发电机进相运行时，定子端部漏磁增加，定子端部温升会限制发电机的功率输出，不同类型、结构、容量和冷却方式的发电机要根据现场试验来确定进相运行的容许范围。此外在并列运行的发电厂中调整个别发电机的无功出力，这还可能同无功功率的经济分配相矛盾。所以大型系统中发电机一般只作辅助调压措施。

4.2同步调相机它相当于空载运行的同步电动机。在过励磁状态下向系统供给感性功率，欠励磁状态吸收系统感性功率，但在欠励磁状态时的容量只有过励磁容量的50％～65％，它的有功功率损耗较大，在满负荷时约为额定容量的1.5％～5％，容量越小百分值越大。小容量投资费用较大，另外其为旋转设备不易维护。

4.3并联电容器并联电容器供给的无功功率Qc与所在节点电压U的平方成正比，即

QC=U2/Xc

式中，XC=1/ωC为并联电容器的容抗。因节点电压下降时，它供给系统的无功功率将减少。因此当系统发生故障或其它原因电压下降时，电容器无功输出的减少将导致电压继续下降。换言之，电容器的无功功率调节性能比较差。但他的投资费用小，运行时功率损耗亦小，约为额定容量的0.02％以下。另外它无旋转部分维护方便又可集中或分散装设，还可连结成若干组，配以功率因数测量控制装置，实现分组投入或切除，可进行无功功率的不连续调节。

4.4静止无功补偿器和静止无功发生器这些补偿设备是近年发展起来的性能优异的无功功率静止补偿设备，前者与电抗串联作成不同的组数，对消除系统中一定频率的谐波分量有很好的作用。后者配以先进的控制元件后，可控制发生器运行在容性负荷、感性负荷或零负荷状态，另外它与补偿器相比响应速度更快，运行范围更宽，更重要的是在电压较低时仍可向系统注入较大无功电流。但二者的投资费用较高。

无功功率篇2

关键词：配电网 有功损耗 无功优化 传统优化算法 人工智能优化算法

中图分类号：TM715 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）11（c）-0081-01

电网无功潮流分布合理、电压质量合格是电网可靠、稳定运行的基础。但由于长期以来受“重输轻配”思想的影响，导致配电网建设投资不足，使其存在无功功率缺乏、日负荷曲线峰谷差大、末端电压不合格等问题。随着配电网发展及区域配电网联系的日趋紧密，电网潮流更加复杂、安全性要求更高，但部分地区无功容量过剩却不能有效补偿其他无功短缺地区，急需配电网无功优化解决此问题。此外，对配电网无功功率进行优化，可改善功率因数、降低网络损耗、节约能源、提高电压水平和运行稳定性。

1 配电网无功优化原则

为既提升配电网电压质量又减少网络有功损耗，配电网无功功率应尽量少流动，避免远距离传输。因此，配电网应按照“就地平衡”与“分级分区补偿”相结合的原则，合理配置无功补偿装置，具体要求如下。

（1）总体与局部相协调。

若无功补偿装置布局不合理，无法使局部无功功率就地平衡，就会出现无功功率流动，增加线路损耗。因此，需以总体平衡为基础，研究各个区域的局部无功补偿方案并进行最后协调优化，方获得最佳补偿效果。

（2）以中、低压配电网补偿为主。

无功补偿设备主要装设在变压站和线路上，对变压器进行无功补偿主要是补偿其运行消耗的无功功率，这种补偿方式并没有对配电网线路无功进行优化。而全网总损耗的70%发生在低压配电网，因此应以低压配电网无功补偿为主、其他方式为辅，有效降低全网有功损耗。

（3）供电方补偿和用户补偿相结合。

为减少无功功率流动、降低网损和提升电压质量，除供电方负责对配电网公共设备进行无功补偿之外，电力用户也应积极主动配合装设无功补偿装置，对消耗无功较多的特殊设备补偿适量无功，或改进设备的功率因数，减少无功消耗。

2 配电网无功优化算法

无功优化问题的状态变量和控制变量既连续又离散，求解过程中会出现误差大以及“维数灾”等问题，难以得到最优结果。多年来已此领域开展众多研究工作，并获得了一些成果。优化算法通常包括经传统优化方法和人工智能优化方法。

2.1 传统优化方法

（1）线性规划法。

无功优化属非线性规划问题，采用泰勒公式把目标函数和约束条件展开后消去高次项，将问题局部线性化处理。该方法进行无功优化计算时，运算速度快且收敛可靠。但在优化过程中将实际非线性问题进行线性化近似，误差难以避免。若迭代步长选取不当，可能导致收敛缓慢或振荡不收敛，优化结果和实际运行情况有差异。

（2）非线性规划法法。

以极坐标形式牛拉法潮流计算为运算机理，采用拉格朗日乘数法对约束等式进行变换，采用库恩塔克法处理约束不等式，以函数值迭代下降最快作为寻优方向，以使函数值尽快达到最小，该方法原理简单、易于编程实现。但对梯度步长和惩罚函数的选择要求很严格，惩罚因子过大发散、过小又不利于消除越界影响。由于前后两次搜索方向垂直，在接近最优点时，收敛速度变慢甚至出现搜索锯齿现象。

牛顿法具有二阶收敛性，利用雅可比矩阵和海森矩阵对目标函数求解，统一对拉格朗日乘子和控制变量作修正处理，大大降低计算复杂性。但有效约束集一般通过试验迭代确定，不易编程。

二次规划法是采用二次多项式近似表达目标函数、线性化不等式来构造二次规划模型，通过逐次近似求解原非线性问题。存在处理复杂、计算量大、编程难实现等问题。

（3）混合整数规划法。

可同时处理连续变量和离散变量，但对整体最优又较大影响。易发生振荡不收敛，计算过程复杂，计算量大，维数的增加会使计算时间急剧增长。

（4）动态规划法。

按时间划分为相互联系的阶段，并对每阶段结果作出评判，从而得到最优解。当状态变量增加时，将会出现“维数灾”问题。

2.2 人工智能优化算法

（1）遗传算法。

利用生物界物竞天择、适者生存的机理来随机搜索。该算法不依赖优化模型，具有并行计算特性、鲁棒性和自适应搜索能力，但其随机搜索寻优，计算和优化速度慢，易过早收敛于局部最优。

（2）免疫算法。

仿效生物免疫系统，将目标函数和约束条件对应免疫系统的抗原，函数可行解对应免疫系统产生的抗体，通过计算抗体与抗原、抗体间的亲和度及浓度得到最优抗体。可避免陷入局部最优，但当求解到一定范围时，易做大量无用冗余迭代，求解效率较低。

（3）蚁群优化算法。

借鉴蚂蚁间通过信息交流和相互协作的现象来求解组合最优问题。蚁群算法易跳出局部最优发现较好的解，具有较强的鲁棒性，在求解离散优化问题方面具有优越性。但在求解过程中易出现停滞，当群体规模变大时，优化时间急剧增加较长。

3 结语

输电网络无功优化问题已进行了大量研究工作，并取得了较多成果成功运用于实践，但配电网无功优化一直没有得到足够的重视，配电网自动化系统也大多侧重于提高供电可靠性。我国配电网存在无功功率不足、电压质量差、线损大等问题，严重影响了用户正常用电，甚至给一些企业造成了很大的经济损失。因此，对配电网进行无功优化，合理调整、补偿无功功率具有重要现实意义。

参考文献

[1] 张佩炯，苏宏升.一种改进的云粒子群算法及其应用研究[J].计算机科学，2012，39（11）：249-255.

[2] 徐刚刚.基于CAGPSO和ISCO算法的电力系统无功优化研究[D].吉林：东北电力大学，2012：34-46.

[3] 曾令全，罗富宝，丁金.禁忌搜索-粒子群算法在无功优化中的应用[J].电网技术，2011，35（7）：129-133

[4] 苏玲，赵冬梅，韩静.电力系统无功优化算法综述[J].现代电力，2004（6）：12-16

无功功率篇3

关键词：电网无功功率补偿无功电源

许多用电设备均是根据电磁感应原理工作的，如配电变压器、电动机等，它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递。为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率，因此，所谓的"无功"并不是"无用"的电功率，只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已；因此在供用电系统中除了需要有功电源外，还需要无功电源，两者缺一不可。

在功率三角形中，有功功率P与视在功率S的比值，称为功率因数cosφ，其计算公式为：

cosφ=P/S=P/（P2+Q2）1/2

在电力网的运行中，功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度，我们希望的是功率因数越大越好。这样电路中的无功功率可以降到最小，视在功率将大部分用来供给有功功率，从而提高电能输送的功率。

1影响功率因数的主要因素

(1)大量的电感性设备，如异步电动机、感应电炉、交流电焊机等设备是无功功率的主要消耗者。据有关的统计，在工矿企业所消耗的全部无功功率中，异步电动机的无功消耗占了60％～70％；而在异步电动机空载时所消耗的无功又占到电动机总无功消耗的60％～70％。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。

(2)变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的10％～15％，它的空载无功功率约为满载时的1/3。因而，为了改善电力系统和企业的功率因数，变压器不应空载运行或长期处于低负载运行状态。

(3)供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响。

当供电电压高于额定值的10％时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，据有关资料统计，当供电电压为额定值的110％时，一般无功将增加35％左右。当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。所以，应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。

2无功补偿的一般方法

无功补偿通常采用的方法主要有3种：低压个别补偿、低压集中补偿、高压集中补偿。下面简单介绍这3种补偿方式的适用范围及使用该种补偿方式的优缺点。

(1)低压个别补偿:

低压个别补偿就是根据个别用电设备对无功的需要量将单台或多台低压电容器组分散地与用电设备并接，它与用电设备共用一套断路器。通过控制、保护装置与电机同时投切。随机补偿适用于补偿个别大容量且连续运行(如大中型异步电动机)的无功消耗，以补励磁无功为主。低压个别补偿的优点是：用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停运时，补偿设备也退出，因此不会造成无功倒送。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低等优点。

(2)低压集中补偿：

低压集中补偿是指将低压电容器通过低压开关接在配电变压器低压母线侧，以无功补偿投切装置作为控制保护装置，根据低压母线上的无功负荷而直接控制电容器的投切。电容器的投切是整组进行，做不到平滑的调节。低压补偿的优点：接线简单、运行维护工作量小，使无功就地平衡，从而提高配变利用率，降低网损，具有较高的经济性，是目前无功补偿中常用的手段之一。

(3)高压集中补偿：

高压集中补偿是指将并联电容器组直接装在变电所的6～10kV高压母线上的补偿方式。适用于用户远离变电所或在供电线路的末端，用户本身又有一定的高压负荷时，可以减少对电力系统无功的消耗并可以起到一定的补偿作用；补偿装置根据负荷的大小自动投切，从而合理地提高了用户的功率因数，避免功率因数降低导致电费的增加。同时便于运行维护，补偿效益高。

3采取适当措施，设法提高系统自然功率因数

提高自然功率因数是不需要任何补偿设备投资，仅采取各种管理上或技术上的手段来减少各种用电设备所消耗的无功功率，这是一种最经济的提高功率因数的方法。

(1)合理使用电动机；

(2)提高异步电动机的检修质量；

(3)采用同步电动机：同步电动机消耗的有功功率取决于电动机上所带机械负荷的大小，而无功功率取决于转子中的励磁电流大小，在欠励状态时，定子绕组向电网"吸取"无功，在过励状态时，定子绕组向电网"送出"无功。因此，对于恒速长期运行的大型机构设备可以采用同步电动机作为动力。

异步电动机同步运行就是将异步电动机三相转子绕组适当连接并通入直流励磁电流，使其呈同步电动机运行，这就是"异步电动机同步化"。

(4)合理选择配变容量，改善配变的运行方式：对负载率比较低的配变，一般采取"撤、换、并、停"等方法，使其负载率提高到最佳值，从而改善电网的自然功率因数。

4无功电源

电力系统的无功电源除了同步电机外，还有静电电容器、静止无功补偿器以及静止无功发生器，这4种装置又称为无功补偿装置。除电容器外，其余几种既能吸收容性无功又能吸收感性无功。

(1)同步电机：

同步电机中有发电机、电动机及调相机3种。

①同步发电机：

同步发电机是唯一的有功电源，同时又是最基本的无功电源，当其在额定状态下运行时，可以发出无功功率：

Q=S×sinφ=P×tgφ

其中:Q、S、P、φ是相对应的无功功率、视在功率、有功功率和功率因数角。

发电机正常运行时,以滞后功率因数运行为主,向系统提供无功，但必要时,也可以减小励磁电流,使功率因数超前,即所谓的"进相运行"，以吸收系统多余的无功。

②同步调相机:

同步调相机是空载运行的同步电机，它能在欠励或过励的情况下向系统吸收或供出无功，装有自励装置的同步电机能根据电压平滑地调节输入或输出的无功功率，这是其优点。但它的有功损耗大、运行维护复杂、响应速度慢，近来已逐渐退出电网运行。

③并联电容器：

并联电容器补偿是目前使用最广泛的一种无功电源，由于通过电容器的交变电流在相位上正好超前于电容器极板上的电压，相反于电感中的滞后，由此可视为向电网"发?quot;无功功率：

Q=U2/Xc

其中：Q、U、Xc分别为无功功率、电压、电容器容抗。

并联电容器本身功耗很小，装设灵活，节省投资；由它向系统提供无功可以改善功率因数，减少由发电机提供的无功功率。

④静止无功补偿器：

静止无功补偿器是由晶闸管所控制投切电抗器和电容器组成，由于晶闸管对于控制信号反应极为迅速，而且通断次数也可以不受限制。当电压变化时静止补偿器能快速、平滑地调节，以满足动态无功补偿的需要，同时还能做到分相补偿；对于三相不平衡负荷及冲击负荷有较强的适应性；但由于晶闸管控制对电抗器的投切过程中会产生高次谐波，为此需加装专门的滤波器。

⑤静止无功发生器：

它的主体是一个电压源型逆变器，由可关断晶闸管适当的通断，将电容上的直流电压转换成为与电力系统电压同步的三相交流电压，再通过电抗器和变压器并联接入电网。适当控制逆变器的输出电压，就可以灵活地改变其运行工况，使其处于容性、感性或零负荷状态。

与静止无功补偿器相比，静止无功发生器响应速度更快，谐波电流更少，而且在系统电压较低时仍能向系统注入较大的无功。

5结束语

无功功率篇4

【关键词】无功功率；补偿；配电网

1.无功功率补偿的定义和原理

无功补偿是指在电网感性负荷中安装并联电容器等容性设备，以补偿感性负荷引起的无功功率，从而减少无功功率在电网中的流动，提高功率因数，改善供电质量。在交流电路中，纯电阻元件中负载电流与电压同相位，纯电感负载中电流滞后电压90°，纯电容负载中电流超前电压90°。也就是说纯电容中电流与纯电感中的电流相位差为180°，可以相互抵消，即当电源向外供电时，感性负载向外释放的能量在两种负荷间相互交换，感性负荷所需要的无功功率就可由容性负荷输出的无功功率中得到补偿，实现了无功功率就地解决，达到补偿的目的。

2.无功补偿装置

2.1同步发电机。同步发电机除发出有功功率、实现机械能变电能，作为系统的有功功率电源外，同时又是系统最基本的无功功率电源。同步发电机在额定有功功率条件下运行时，所能提供的最大无功功率与发电机的额定功率因数有关。从同步发电机的原理可知，当过激磁时发电机可以发出感性无功功率；而欠激磁时，发电机将要吸收感性无功功率。换句话说，发电机可以作为正或负的无功电源而发挥其作用。

2.2 同步调相机。同步调相机相当于空载运行的同步电动机。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，能提高系统电压；在欠励磁运行时，它从系统吸取感性无功功率而起无功负荷作用，可降低系统电压。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调相机，能根据装设地点电压的数值平滑改变输出（或吸取）的无功功率，进行电压调节。特别是有强行励磁装置时，在系统故障情况下，还能调整系统的电压，有利于提高系统的稳定性。但是同步调相机是旋转机械，运行维护比较复杂。它的有功功率损耗较大，在满负荷时约为额定容量的（1.5%～5%，容量越小，百分值越大。小容量的调相机每千伏安容量的投资费用也较大。故同步调相机宜大容量集中使用，容量小于5 mva的一般不装设。在我国，同步调相机常安装在枢纽变电所，以便平滑调节电压和提高系统稳定性。

2.3 静止电容器。静止电容器的结构比较简单，装设容量可大可小，而且既可集中使用，又可分散装设来就地供应无功功率，以降低网络的电能损耗。静止电容器的优点是经济、灵活、损耗低、安装维护方便。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。

2.4 静止补偿器。静止补偿器是近年来发展起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，电容器可发出无功功率，电抗器可吸收无功功率，两者结合起来，再配以适当的调节装置，就成为能够平滑地改变输出（或吸收）无功功率的静止补偿器。静止补偿器有四种不同类型，即可控饱和电抗器型，自饱和电抗器型，可控硅控制电抗器型，以及可控硅控制电抗器和可控硅投切电容器组合型静止补偿器。电压变化时，静止补偿器能快速地、平滑地调节无功功率，以满足动态无功补偿的需要。与同步调相机比较，运行维护简单，功率损耗较小，能作到分相补偿以适应不平衡的负荷变化，对于冲击负荷也有较强的适应性，在我国电力系统中它将得到日益广泛的应用。

3.无功补偿方式

3.1变电站集中补偿方式。变电站进行集中补偿的装置包括静止补偿器、同步调相机和并联电容器等。变电站集中补偿的主要目的是补偿主变的无功损耗、保持变电所电压水平以及改善功率因数等。此种补偿方式的优势表现为：第一，可以在电压器容量保持不变的条件下显著提高设备的利用率，提高供电能力；第二，降低变压器、母线以及高压输电线路的有功损耗；第三，在用电负荷变化的时候，可以在一定程度上调节母线电压，使得电压质量得到一定程度的改善，可以通过自动控制装置进行自动补偿；第

，维护方便，便于管理。变电站集中补偿的缺点表现在以下几个方面：首先，此种补偿方式具有一定的局限性，只能补偿补偿点以上线路的无功损耗，补偿点以下线路的无功损耗无法进行补偿；其次，设备投资较大；第三，相当大的投切容量和合闸冲击电流；昀后，补偿时容易产生过电压，导致系统运行不稳定。

3.2低压集中补偿方式。在配电变压器380v侧集中补偿是目前国内采用较多的一种无功补偿方式，采用低压并联电容器柜，根据用实际的户负荷水平，安装使用一定数量的电容器进行跟踪补偿，实现就地补偿和就地平衡，降低线损，提高补偿效率。这种补偿的优势表现为：首先，对配电变压器或专用压器的无功功率损耗能够进行就地补偿，提高变压器的有功负荷；其次，可以自动追踪无功功率变化改变总的补偿容量，使用户的功率因素保持在合理的范围内，避免产生欠补偿或过补偿。低压集中补偿方式也存在着一些缺点，此种补偿减少补偿点以上线路或变压器本身的无功功率损耗。无功功率的输送还是受到了线路的电抗与电阻的影响，配电线路上的无功损耗并没有降低，所以低压集中补偿容量不能设置的过大。否则，在总负荷较轻或变压器空载运行等情况下，过补偿、无功功率倒送以及用户内部电压等问题就会产生出来。

3.3分散补偿方式。分散补偿是在配电网络中的用电设备、配电线路等分散区实行分散的无功补偿。充分考虑局部负荷大小，进行无功补偿容量的分配，安装电容器在10kv配电线路或公用变压器低压侧上进行补偿。因为配电网中的部分公用变压器未进行低压补偿，限制了补偿度，使得发电厂或变电站需要补充无功缺口。采用10kv户外并联电容器进行无功补偿能够提高功率因素，降低线损。分散补偿的优点是：首先，能够体现分散补偿、就地平衡的原则，能够实行内部无功分区控制，做到分区平衡，降低无功电流导致的电压损失和损耗，适用于负荷比较分散的用户；其次，能够提高设备的承载能力，改善输电线路的运行特性，保证电压水平，减少损耗，从技术上改善我国配电线路过长、末端电压质量差、有功及无功损耗大、符合率低等状况。此种补偿方式的缺点是无法减少0.4kv配电线路的无功损耗；补偿设备的利用率较低，并且补偿设备的维护和管理难度也相对较大；如果电容器不可以分组投切，就无法调整补偿容量，从而导致过补偿的产生。

3.4用户终端就地补偿方式。此种补偿是把不同电压等级的电容器和电动机并接，利用负荷开关、断路器和电动机等设备进行同时投切，主要用于5kv以上的电动机无功补偿。其优点是不用频繁地进行补偿容量调节；可以不配套专门的电气设备；配置灵活、占位少、维护简单、投资少。运用此种补偿方式时应当防止电动机退出运行时造成的自激震荡。

4.结束语

总之，无功电流在系统中大量流动，使线损增加、电能质量降低，对发电、供电、用户三方都产生不良影响。因此必须对系统进行无功补偿，以消除这些不良影响。在补偿技术和装置不断发展和完善的趋势下，无功补偿技术和无功补偿装置会在电网和广大的城乡领域得到广泛应用。

参考文献：

[1] 陈立新，电力系统无功功率补偿的探讨[j]，电力学报，2005（04）.

[2] 于士国，电气自动化中的无功补偿技术分析[j]，硅谷，2011（13）.

无功功率篇5

[关键词]电压质量 无功功率 减少损耗

前言

新兴县位于广东省中部偏西、珠江三角洲西北端、云浮市东南部的山区县。全县面积1520.7平方公里。县内有110KV电站3座、35KV电站7座。小火电装机容量为12.7MW、小水电装机容量约为30MW。由于历史原因县网特点是：电网结构不合理、供电可靠性不高；输电线路分支多且长、残旧、多小水电没有装设继电保护装置上网。因此每年电网就会出现这样的情况：枯水期时，电网电压过低；丰水期时，电网电压过高，带有小水电的边远山区有时会出现烧坏电器的现象。针对这些现象我对保证电压质量、提高经济效益、减少电网损耗有一些看法。

1、电压与无功功率的重要作用

电力系统的经济、安全、稳定运行，与控制电压技术及调节无功功率分不开的。电压是电能质量的重要标志。供给用户的电压与额定电压值的偏移不超过规定的数值，是电力系统运行调整的基本任务之一。各种用电设备是按照额定电压来设计制造的，只有在额定电压下运行才能取得最佳的工作效率。电压质量对电力系统本身有影响。当电压过高时：会对负荷的运行带来不良影响；影响产品的质量和产量，损坏设备；各种电气设备绝缘会损坏，在超高压输电线路中还将增加电晕损耗；甚至会引起电力系统电压崩溃，造成大面积停电。电压降低时：会使电网中的有功功率损耗和能量损耗增加，过低还会危及电力系统运行的稳定性。无论是作为负荷用电设备还是电力系统本身，都要求能在一定的额定电压水平下工作。从技术和经济上综合考虑，规定各类用户的允许电压偏移是完全必要的。我国规定在正常运行情况下各类用户允许电压偏移为：

35KV及以上电压供电的负荷

±5％

10KV及以下电压供电的负荷

±7％

低压照明负荷

＋5％

－10％

农村电网（正常）

＋7.5％ －10％

（事故）

＋10％

－15％

电力系统中无功功率平衡是保证电力系统电压质量的基本前提。对于运行中的所有设备，要求系统无功功率电源所发出的无功功率(∑QG)与无功功率负荷(∑QD)及无功功率损耗(∑QL)相平衡，即

∑QG=∑QD+∑QL

而无功功率电源在电力系统中的合理分布是充分利用无功电源、改善电压质量和减少网络有功损耗的重要条件。无功功率的产生基本上是不消耗能源的，但无功功率沿输电线路上传送却要引起无功功率的损耗和电压的损耗。无功功率电源的最优控制目的在于控制各无功电源之间的分配，合理的配置无功功率补偿设备和容量以改变电力网络中的无功功率分布，可以减少网络中的有功功率损耗和电压损耗，从而改善负荷用户的电压质量。

2、电力系统的无功功率电源有：

2.1、同步发电机

同步发电机目前是电力系统唯一的有功功率电源，它又是基本的无功功率电源。它只有在额定电压、额定电流、额定功率因数下运行时，视在功率才能到达额定值，发电机容量才能得到最充分的利用。当电力系统中有一定备用有功电源时，可以将离负荷中心近的发电机低于额定功率因数运行，适当降低有功功率输出而多发一些无功功率，这样有利于提高电力系统电压水平。

转贴于 2.2、同步调相机及同步电动机

同步调相机是特殊运行状态下的同步电动机，可视为不带有功负荷的同步发电机或是不带机械负荷的同步电动机。因此充分利用用户所拥有的同步电动机的作用，使其过激运行，对提高电力系统的电压水平也是有利的。

2.3、静电电容器

静电电容器从电力系统吸收容性的无功功率，也就是说可以向电力系统提供感性的无功功率，因此可视为无功功率电源。电容器的容量可大可小，既可集中使用，又可分散使用，并且可以分相补偿，随时投入、切除部分或全部电容器组，运行灵活。电容器的有功损耗小（约占额定容量的0.3％～0.5％），投资也节省。

2.4、静止无功功率补偿器

静止无功功率补偿器是一种发展很快的无功功率补偿装置。它可以根据负荷的变化，自动调整所吸收的电流，使端电压维持不变，并能快速、平滑的调节无功功率的大小和方向，以满足动态无功功率补偿要求，尤其对冲击性适应性较好。与同步调相机相比较，运行维护简单，功率损耗较小，能够做到分相补偿以适应不平衡的负荷变化。其缺点是最大无功补偿量正比于端电压的平方，在电压很低时，无功补偿量将大大降低。

3、电力系统电压控制的方式

在电力系统无功功率平衡中，为了保证系统有较高的电压水平，必须要有充足的无功功率电源。但是要使所有用户处的电压质量都符合要求，还必须采用各种调压控制手段。

3.1、发电机控制调压

控制发电机的励磁电流，可以改变发电机的端电压。发电机允许在端电压偏移额定值不超过±5%的范围内运行。对于由发电机直接供电的小系统，供电线路不长，输电线路上的电压损耗不大时，可以采用发电机直接控制电压方式，以满足负荷电压要求。它不需要增加额外的设备，因此是最经济合理的控制电压措施，应优先考虑。但是输电线路较长、多电压等级的网络并且有地方负荷的情况下，仅仅依靠发电机控制调压已不能满足负荷电压质量的要求，且在大型电力系统中仅仅作为一种辅助性的控制措施。

3.2、控制变压器变比调压

一般电力变压器都有可以控制调整的分接抽头，调整分接抽头的位置可以控制变压器的变比。在高压电网中，各个节点的电压与无功功率的分布有着密切的关系，通过控制变压器变化来改变负荷节点电压，实质上是改变了无功功率的分布。变压器本身并不是无功功率电源，因此，从整个电力系统来看，控制变压器变比调压是以全电力系统无功功率电源充足为基本条件的，当电力系统无功功率电源不足时，仅仅依靠改变变压器变比是不能到达控制电压效果的。

3.3、利用无功功率补偿设备调压

并联补偿设备有调相机、静止补偿器、电容器，它们的作用都是在重负荷时发出感性无功功率，补偿负荷的需要，减少由于输送这些感性无功功率而在输电线路上产生的电压降落，提高负荷端的输出电压

3.4、利用串联电容器控制调压

一般用于供电电压为35KV或10KV、负荷波动大而频繁、功率因数又很低的输配电线路。它是在输电线路上串联接入电容器，利用电容器上容抗补偿输电线路中的感抗，使电压损耗后的分量减少，从而提高输电线路末端的电压。如图：

无功功率负荷增大时所抬高的末端电压将增大，无功功率负荷减小时所抬高的末端电压将减小。而无功功率负荷增大将导致末端电压下降，此时也正是需要升高末端电压。但是对于负荷功率因数高或者输电线路导线截面小的线路，线路电抗对电压损耗影响较小，故串联电容补偿控制调压效果小。因此利用串联电容补偿调压一般用于供电电压为35KV或10KV，负荷波动大而频繁，功率因数又很低的输配电线路。

4、结束语

无功功率篇6

当前，我国的电力事业突飞猛进的发展，电网的扩张速度越来越快，扩张的范围也越来越广，因此电力系统的负荷也成几何倍数的增长，电网的等级也越来越高，发电厂、用电设备的单机容量也越来越大。由于电网容量的逐渐增加，对于电网的无功要求也在逐渐的增多，如果网络的功率因数和电压的降低会使得电气设备不能够很好的得到利用，降低了网络的传输能力。从而就会引起系统的不必要的损耗。因此如何解决好电网中的无功功率的补偿技术问题，提高系统的功率因数来减少设备容量和功率的损耗，对于稳定电压和提高供电质量具有非常重要的意义。

1功率因数

电网中的电动机、变压器等电气设备的电气模型中既有电感又有电阻的感性负载，而感性负载的电压和电流之间存在一个相位差，相位差的余弦值就是功率因数，它在数值上就是有功功率和视在功率之比，即。电网的功率因数可以反映电网中用电设备的使用情况是否合理，是一个重要的电能利用程度和用电管理水平的技术指标。

2无功补偿

无功补偿就是利用无功功率补偿设备发出无功功率，避免电网输电系统传输的无功功率，从而可以降低系统的无功功率损耗，从而提高系统传输的无功功率，从而可以改善系统的供电质量。所以在电力系统的设备中按照比例安装电容元件，从而可以让两者的电流相互抵消，从而减小系统中电压向量和电流向量的夹角减小，从而可以提高系统能够提供的有功功率，这就是无功补偿的原理。

因此无功功率补偿主要是为了提高系统的功率因数，从而减少设备容量和功率的损耗，进而达到稳定电压，提高电网的供电质量的效果。

3影响功率因数的主要因数

功率因数的产生主要是因为用电设备在交流电网的工作环境中，除了消耗有功功率以外还会消耗系统的无功功率，在系统的有功功率一定的情况下，如果减少系统的无功功率Q，就可以提高系统的功率因数。在某种极端的情况下，当无功功率为零的情况下，系统的功率因数就是1。因此提高系统的功率因数的问题实质就是减少系统设备的无功功率的使用量。

3.1在电网系统中，异步电动机和变压器是消耗系统无功功率最大的设备。在异步电动机中，定子和转子之间的气隙决定了异步电动机需要较多的无功功率。而异步电动机所消耗的无功功率主要是它在空载时的无功功率和在一定负载下的无功功率增加值两个部分构成的。所以如果要想改善异步电动机的功率因数就要防止电机空载运行，并且需要尽可能的提高系统的负载率。变压器所消耗的无功功率主要是在它在空载时的无功功率，他和变压器的负载率没有关系。因此要想改变电力系统和企业的功率因数，变压器就不能空载运行，或者长期的运行在低负载的情况。

3.2供电电压超过规定的范围也会对电网的功率因数造成影响。

当供电电压高于额定值的10%时，无功功率的增长就会很快。根据资料显示，如果供电电压高过额定的10%，工厂的无功功率就会增加35%。当供电电压低于额定值的时候，无功功率就会相应的减少，这样也会提高系统的功率因数。但是较低的工作电压就会影响用电设备的正常工作。因此应该尽可能的保证系统的供电电压稳定在额定电压内。同时对于电网频率的波动还会对异步电动机和变压器的磁化无功功率造成影响。

3.3电网的频率波动会给异步电动机的正常工作造成影响。当异步电动机在低频的工作情况下，相应的转速就会下降，而火电厂的泵和风机等辅助设备的力矩也会有所下降，从而影响电厂的正常运行。

3.4提高功率因数的主要方式

3.4.1根据变压器补偿，把低压电容器通过低压保险接在配电柜的二次侧，用来补偿配电变压器空载无功功率和漏磁无功功率。随着变压器的无功功率补偿有以下优点：管理方式方便可靠，同时利于系统接线，能够有效的补偿空载时候的无功功率，这样就使得无功平衡，从而提高了配变的利用率，降低了无功的损耗，是目前情况下补偿系统无功的最常使用方法。

3.4.2根据异步电动机进行补偿。把低压的电容器和电动机并联，通过控制保护装置和电机同时投切，来保证补偿电机的无功损耗。这种方法可以有效的限制用电设备的无功功率。这种根据电机进行补偿的优点在于用电设备在运行的过程中就可以进行无功补偿，当用电设备不运行的时候，补偿设备就不工作。而且不用频繁的调整电机的补偿容量。具有投资小、安装方便等特点。

3.4.3跟踪补偿。指的是把无功功率补偿投切装置做为控制保护装置，把低压电容器组补偿在大用户0.4KV母线上，进行补偿。这种方式适合在100KVA以上的专用配电用户，可以代替以上的两种补偿方式，并且这种补偿方式的补偿效果也比较好。这种补偿方式的优点是运行方式灵活，运行的维护工作量小，比前两种补偿方式的寿命长，并且系统的可靠性增强。但是它的缺点是补偿装置的结构复杂，并且对于初期的投资成本比较高。

参考文献：

[1]唐艳群，高久国，陈晨.浅谈电网无功补偿[J].湖州师范学院学报，2009（S1）.

[2].配网无功补偿分析[J].硅谷，2009（17）.

[3]靳龙章，丁敏山.电网无功补偿实用技术.北京：中国水利水电出版社，1999.

无功功率篇7

关键词: 节电技术  功率因数  无功补偿

        0 引言

        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：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。

        1 影响功率因数的主要因素

        1.1 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功率，它和负载率的大小无关。因而，为了改善电力系统和 企业 的功率因数，变压器不应空载运行或长其处于低负载运行状态。

        1.2 供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响 当供电电压高于额定值的10%时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，据有关资料统计，当供电电压为额定值的110%时，一般工厂的无功将增加35%左右。当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。所以，应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。

        1.3 电网频率的波动也会对异步电机和变压器的磁化无功功率造成一定的影响

        1.4 以上论述了影响电力系统功率因数的一些主要因素，因此必须要寻求一些行之有效的、能够使低压电力网功率因数提高的一些实用方法，使低压网能够实现无功的就地平衡，达到降损节能的效果。

        2 低压配电网无功补偿的方法

        提高功率因数的主要方法是采用低压无功补偿技术，我们通常采用的方法主要有三种：随机补偿、随器补偿、跟踪补偿。

        2.1 随机补偿 随机补偿就是将低压电容器组与电动机并接，通过控制、保护装置与电机，同时投切。随机补偿适用于补偿电动机的无功消耗，以补励磁无功为主，此种方式可较好地限制用电单位无功负荷。随机补偿的优点是：用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停运时，补偿设备也退出，而且不需频繁调整补偿容量。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活，维护简单、事故率低等。

        2.2 随器补偿 随器补偿是指将低压电容器通过低压保险接在配电变压器二次侧，以补偿配电变压器空载无功的补偿方式。配变在轻载或空载时的无功负荷主要是变压器的空载励磁无功，配变空载无功是用电单位无功负荷的主要部分，对于轻负载的配变而言，这部分损耗占供电量的比例很大，从而导致电费单价的增加。随器补偿的优点：接线简单、维护管理方便、能有效地补偿配变空载无功，限制农网无功基荷，使该部分无功就地平衡，从而提高配变利用率，降低无功网损，具有较高的 经济 性，是目前补偿无功最有效的手段之一。

        2.3 跟踪补偿 跟踪补偿是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置，将低压电容器组补偿在大用户0.4kv母线上的补偿方式。适用于100kva以上的专用配变用户，可以替代随机、随器两种补偿方式，补偿效果好。跟踪补偿的优点是运行方式灵活，运行维护工作量小，比前两种补偿方式寿命相对延长、运行更可靠。但缺点是控制保护装置复杂、首期投资相对较大。但当这三种补偿方式的经济性接近时，应优先选用跟踪补偿方式。

        3 无功功率补偿容量的选择方法

        无功补偿容量以提高功率因数为主要目的时，补偿容量的选择分两大类讨论，即单负荷就地补偿容量的选择（主要指电动机）和多负荷补偿容量的选择（指集中和局部分组补偿）。

        3.1 单负荷就地补偿容量的选择的几种方法

        3.1.1 美国资料推荐：qc=(1/3)pe

        3.1.2 日本方法：从电气 计算 日文杂志中查到：1/4~1/2容量计算 考虑负载率及极对数等因素，按此法选取的补偿容量，在任何负载情况下都不会出现过补偿，而且功率因数可以补偿到0.90以上。此法在节能技术上广泛应用，对一般情况都可行，特别适用于io/ie比值较高的电动机和负载率较低的电动机。但是对于io/ie较低的电动机额定负载运行状态下，其补偿效果较差。

        3.1.3 经验系数法：由于电机极数不同，按极数大小确定经验系数选择容量 比较接近实际需要的电容器，采用这种方法一般在70%负荷时，补后功率因数可在0.95~0.97之间

        电机容量大时选下限，小时选上限；电压高时选下限，小时选上限4、qc=p实际测试比较准确方法此法适用于任何一般感性负荷需要精确补偿的就地补偿容量的 计算 。

        3.1.4 如果测试比较麻烦，可以按下式：qc≤ √3ueio×10-3 (kvar)

        io-空载电流=2ie(1-cosφe ) 瑞典电气公司推荐公式：qo<qc

        若电动机带额定负载运行，即负载率β=1，则：qo<qc

        根据电机学知识可知，对于io/ie较低的电动机（少极、大功率电动机），在较高的负载率β时吸收的无功功率qβ与激励容量qo的比值较高，即两者相差较大，在考虑导线较长，无功 经济 当量较高的大功率电动机以较高的负载率运行方式下，此式来选取是合理的。

        3.1.5 按电动机额定数据计算：q=k(1-cos2φe )3ueie×10-3(kvar)

        k为与电动机极数有关的一个系数

        极数： 2 4 6 8 10

        k值： 0.7 0.8 0.85 0.9

        3.2 多负荷补偿容量的选择 多负荷补偿容量的选择是根据补偿前后的功率因数来确定。

        3.2.1 对已生产 企业 欲提高功率因数，其补偿容量qc按下式选择：qe=kmkj(tgφ1-tgφ2)/tm　。式中：km为最大负荷月时有功功率消耗量，由有功电能表读得；kj为补偿容量计算系数，可取0.8～0.9;tm为企业的月工作小时数；tgφ1、tgφ2意义同前，tgφ1由有功和无功电能表读数求得。

        3.2.2 对处于设计阶段的企业，无功补偿容量qc按下式选择：

        qc=knpn(tgφ1-tgφ2)。式中kn为年平均有功负荷系数，一般取0.7～0.75;pn为企业有功功率之和；tgφ1、tgφ2意义同前。tgφ1可根据企业负荷性质查手册近似取值，也可用加权平均功率因数求得cosφ1。多负荷的集中补偿电容器安装简单，运行可靠、利用率较高。但电气设备不连续运转或轻负荷运行时，会造成过补偿，使运行电压抬高，电压质量变坏。因此这种方法选择的容量，对于低压来说最好采用电容器组自动控制补偿，即根据负荷大小自动投入无功补偿容量的多少，对高压来说应考虑采取防过补偿措施。

        4 无功补偿的效益

        在 现代 用电企业中，在数量众多、容量大小不等的感性设备连接于电力系统中，以致电网传输功率除有功功率外，还需无功功率。如 自然 平均功率因数在0.70～0.85之间。企业消耗电网的无功功率约占消耗有功功率的60%～90%,如果把功率因数提高到0.95左右，则无功消耗只占有功消耗的30%左右。由于减少了电网无功功率的输入，会给用电企业带来效益。

        5 结论

无功功率篇8

关键词：盾构机；功率因数；无功功率；调谐补偿

引言

在盾构机电网系统中存在大量的感性负载，感性负载消耗着大量的无功功率，无功功率的存在对电网的影响主要有以下几个方面：无功功率增加，导致电流增大和视在功率增加，从而使变压器、控制设备和导线等电器设备容量增加；供电设备及线路损耗增加；变压器及线路的电压降增大，使电网电压产生波动。

1 盾构施工现场存在的问题

在现场运行过程中，几乎所有设备上的无功功率补偿系统都存在以下的问题：现场检测功率因数值偏低；始发不久就会出现补偿回路的熔断器烧坏，甚至有的工地电容器烧坏。针对此现象，对此问题做了以下分析。

1.1 项目分析

以直径6.28m土压盾构机项目为例，数据如表1所示。

表1 满载运行功率参数

按照如上计算结果，除拼装模式功率因数低于0.9外。整个电网系统无需补偿就可以达到用电标准。但现场会发现实际检测功率因数值有时候会低至0.6。出现这种现象是因为在计算过程中忽略了一个很重要的因素：电机负载。上述计算结果是在电机满载运行时候的功率因数计算出来的。实际上，在掘进模式还是拼装模式下，不是所有运行中的电机都能在额定功率下运行。电机在额定功率下的功率因数在0.9左右。小于额定功率运行时的功率因数为额定运行条件下的50%左右。空载运行则更低只有20%左右。所以，如果按此情况根据现场实际电机使用率做个估算，其结果如下表2所示：（下列结果都以满载功率因数的50%计算）

表2 50%负载运行功率参数

由表2可以看出，计算结果中功率因数已经小于0.9。这就说明，现场设备运行时，所有参与工作的电机都不在满负载状态工作，甚至有些电机长时间处于空载。所以导致现场检测功率因数值比估算结果还要低。这就说明了前面提到的现场检测功率因数偏低的现象。

2 补偿原则

2.1 盾构机电网无功补偿原则

盾构机上存在着非线性负载如刀盘主驱动变频器。非线性负载产生大量谐波电流并注入到系统电网中。当电网存在谐波时，单纯并联电容器组的无功补偿方式有如下弊端：并联电容对谐波有放大作用，易发生串联谐振或并联谐振，使系统电压及电流的畸变更加严重；由于谐波电流叠加在电容器基波电流上，使电容器的电流有效值增大，造成温度升高，烧坏回路熔丝甚至烧坏电容器。

从表1可知，整个系统在掘进模式下的谐波污染大约为57%。无功功率补偿原则为，当谐波污染大于25%时，就应该采取调谐型补偿。调谐型补偿即在补偿回路中串联电抗器。它可以有效抑制谐波，防止发生谐振。而盾构机的电网系统全部采用标准补偿，这种补偿方式在谐波污染如此严重的系统中无疑会出现谐振，放大谐波。导致电容器过载，产生发热或烧坏。

2.2 调谐型补偿算法

盾构机电网系统的谐波次数一般为5次。根据并联电容装置设计规范对调谐补偿装置的电抗率规定。背景谐波为5次及以上时，电抗率K取4.4%～6%。

3 结束语

与纯电容补偿回路相比，串联电抗器后，电容器端电压会升高，高于电网电压，并使无功功率补偿容量增加。所有选取电容器的设计电压需要高于电网电压，选择与之匹配的电抗器。同时电抗率是该装置的重要参数，这一参数需根据电网频谱特性选择。此种补偿方式能使回路的调谐频率低于网络中产生的最低次谐波频率。这样，该装置在工频时呈容性，改善功率因数；在谐波频率时呈感性，防止谐波放大，防止产生过大的冲击电流。烧坏回路的元器件。所以，串联进电抗器后的补偿回路不会出现上面所说的烧坏回路断路器或者电容器的现象。

提高整个系统的功率因数，有利于充分利用电源设备容量，改善供电质量，同时也是响应国家节能环保号召的实际体现。

参考文献

[1]李申山，许鸣珠，马立明，等.盾构机电气系统总体设计分析[J].筑路机械与施工机械化.

[2]刘宣宇，邵诚.盾构机自动控制技术现状与展望[J].机械工程学报.

[3]王晋萍.浅谈提高功率因数的好处和方法[J].

[4]李凤祥，赵不贿.谐波抑制和无功功率补偿技术的研究与应用[J].电力系统及其自动化学报.