怎样进行无功自动补偿.docx

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怎样进行无功自动补偿

怎样进行无功自动补偿

一.我国电力工业向来重视有功负荷、有功电量，轻视无功负荷和无功电量

　　一方面是由于长期缺电，满足有功需要都来不及，顾不上无功问题；二是由于认识上的偏差，认为有功电量才是用能源换来的，而无功不是能源；三是认为无功数量

不大，或者说只有工业企业有无功，而居民生活用电没有无功问题。

无功被忘却，给电力部门造成多大的损失，造成多大的能源浪费，至今没有入确切地计算过。

最近的

一些信息表明，无功问题已经开始受到重视。

　　无功补偿有着巨大的效益

　　无功补偿技术适用于电力系统及各行业用电单位。

对于电力系统，通过采用无功补偿技术可以降低线损，提高末端电压，保证供电质量；对于用电企业，较大功率的

用电设备，采用就地补偿装置可以取得同样的节能效果。

电力部门在近年来进行的城市电网和农村电网改造中也强调无功的就地补偿。

　　无功补偿具有推广前途，我国电力系统每年线路损耗604万千瓦时，在1998年开始的城乡电网改造和建设中，要求降低线损10％，如果通过无功补偿技术使线损降低

2％，就可以节省电力12亿千瓦时。

而对于用电企业，据统计，全年电动机耗电量为2900亿千瓦时，线路损耗按10％计算，则由此产生的线损约为290亿千瓦时，如果全国

有20％的电动机采用无功补偿技术，使电动机的平均功率因数由0.85提高到0.95，则每年可以降低网损11.6亿千瓦时。

总之，无功补偿节能技术可以为企业带来良好的经

济效益和社会效益，电力系统和用电企业若采用此技术，将获得良好的收益。

　　研究实例说明，由于无功负荷大，功率因数偏低会造成大量有功电能损耗，多消耗无功就会相应地多消耗有功。

无功负荷大，功率因数偏低，如果不能就地补偿，就

使配电、输电和发电设施不能充分发挥作用，降低发、输电的能力，损失极大，值得注意。

　　居民生活和楼字无功负荷急剧增长

　　过去无功负荷主要在工业企业，所以只对大型工业企业在实行两部制电价的同时，实施功率因数奖惩办法，而对其他用户都没有功率因数考核。

对工业企业的功率因

数奖励办法长期以来没有修改，缺乏研究分析。

一些供电企业对无功电表不重视，长期不进行校验，有些用户在无功电表上做手脚，偷漏无功电，本应当被处罚的用户，

反而获得电费奖励。

工业用户对无功就地补偿缺乏积极性，致使功率因数偏低，发电、输电和配电设施不能获得充分利用，线路损失增加。

　　居民生活和楼字用电，在五、六十年代仅仅是指照明用电，而且照明灯具基本上都是白炽灯，功率因数接近1。

由于居民生活和楼宇的用电量很小，可以不考虑功率因

数奖惩。

但自改革开放以来，在照明用电上推广荧光灯和节能灯，这些灯具的功率因数仅0.6；特别严重的是家用电器迅速普及，绝大多数家用电器的功率因数一般在

0.7左右；只有电热水器属于电阻负荷，功率因数比较高。

节能灯虽然可以节约有功电力和电量，但节能灯消耗了大量无功电力和无功电量，在推广节能灯时，只讲节约有

功，不讲多消耗无功，不采取补偿措施是不妥当的。

由于居民生活和楼字用电中大量使用家用电器，用电量的比重急剧增长，仅居民生活用电占总用电量的比重已经达到

12％，如果包括商业、宾馆、写字楼等楼字用电，估计用电比重可达30％左右。

这么大的用电量的功率因数严重偏低，对电力部门的经济发供电的影响是很大的。

我国目

前农村居民的家用电器的普及率还不高，随着农村电气化水平的提高，居民生活和楼宇的用电量还会有所提高。

世界上工业发达国家居民生活用电的比重可达30％-40％，

加上楼宇用电可以超过50％，我国也必将朝着这个方向发展，我国应当重视居民生活和楼宇的无功用电问题。

　　重视无功负荷问题提倡无功就地补偿

　　国家经贸委节能信息中心节能最佳实践的案例告诉我们，无功也是一种资源，进行无功补偿可以达到节能，降低视在功率，提高电压合格率，获得巨大的经济效益。

我国电力工业正在由粗放的数量型向集约的质量型转变，重视无功负荷问题。

提倡无功就地补偿应当成为这个转变的重要内容之一来考虑。

　　l、要建立起无功也是资源，要像节约有功一样来节约无功的观念。

要向用户宣传节约无功的重要意义，自觉进行无功补偿；要提高供电企业职工对无功的认识，要像

节约有功一样来注意节约无功，要像重视有功电能表的校验一样来重视无功计量装置的校验工作。

电力部门要重新研究无功计价问题，是继续采用功率因数奖惩办法，还

是采取其他计价措施。

　　2、要修订家用电器的节能标准。

感性负荷的家用电器不仅要有节约有功的标准，也应当有节约无功的标准，或者对各类家用电器的功率因数作出规定，要求家用电器

制造商对各种家用电器的无功负荷进行补偿。

二.随着我国经济发展和人民生活水平的提高，各产业和民用用电量大幅度增加

　　新增用电负荷中，整流和变频设备所占的比例增加，无功负荷电流和

　　谐波电流增大供电系统损耗，谐波电流还可能引起通讯系统和计算机系统故障。

在供电系统中，装设动态无功补偿和适当的滤波装置，是减少系统损耗，提高电能质

量的有效措施。

　　传统的低压动态无功补偿装置（又称功率因数自动补偿装置）是采用模拟量或微电脑功率因数检测，通过中间继电器（或固态继电器）接通接触器、控制补偿电容器投入

或切除。

存在的主要问题：

（1）合闸涌流大，可达到100In（In为补偿电容器额定电流）；

（2）断开弧光大；

　　（3）补偿电容器及接触器易损坏；

　　（4）对供电系统及周围电气设备干扰大。

　　因此，传统的低压无功动态补偿装置，只适用于无功负荷较稳定的变电所使用。

经实际调查，无功负荷经常变化的各个产业及民用变电所，使用的传统的低压动态无

功补偿装置，一年后90％以上不好用，改为手动控制接触器固定补偿。

使供电系统损耗增加。

另外，传统的低压动态无功补偿装置，不能滤波，也不能分相补偿，不能适

应多种用电负荷对无功补偿的要求。

　　新型低压无功动态补偿装置，采用微电脑全数字控制，通过交流无触点电子开关投切补偿电容器，全部无触点化。

无合闸涌流、无断电弧光。

可实现低压滤波和分相

补偿。

电压、电流、功率因数数字显示，代替传统指针式仪表。

有通讯接口，与智能化低压电器设备配套，可实现远程监控或遥控。

有保护和报警功能，调试、维护更方

便。

　　新型的与传统的低压无功动态补偿装置性能与价格比较。

　　从以上比较表可知，新型低压无功动态补偿装置的各项技术性能，都优于传统的补偿装置。

相同的功能价格只差20％。

但使用寿命长、维护工作量小、长期节能效果

好。

因此，新型补偿装置是传统低压无功动态补偿装置的更新换代产品。

而且技术上已经成熟，有5年以上的实际运行经验。

　　在高压（10KV、6KV）无功补偿方面，我国目前普遍采用高压电容器固定补偿。

很多变电所，为了解决无功负荷变化时，补偿容量也能变化的问题，将高压补偿电容器

分为2－3组，用真空断路器人工控制。

原来设想：

重负荷时，补偿电容器全部投入；轻负荷时，切除1－2组补偿电容器。

实际使用证明，用人工控制真空断路器，投切高

压补偿电容器，会产生很大的合闸涌流和电压闪变，甚至引起系统振荡。

不敢经常操作。

实际还是固定补偿，常出现重负荷时欠补偿，轻负荷时过补偿，增加了供电系统

损耗，增大了电压波动范围。

　　新型高压无功动态补偿装置，采用微电脑全数字控制，全部无接点化，不产生谐波，无合闸涌流，可有效减小电压闪变和防止系统振荡，并可实现分相补偿。

可与高

压滤波装置组成滤波和动态补偿成套装置。

有通讯接口，便于实现远程监控或遥控。

可靠性高、维护工作量小，适合中、小型变电所使用（补偿容量数百至数万kvar）。

能

减少电网电能损耗，提高供电质量。

1.配电线路进行无功补偿的效果

（1）减少线路的有功损失：

当电流通过线路时，其有功功率损耗为：

　　△P=3IR2×10-3或△P=3×（P/UcosΦ）×R2×10-3　

　　式中△P--线路的有功功率损耗kW

　　　　　I--线路通过的电流A

　　　　　R--线路每相电阻Ω

　　　　　P--线路输送的有功功kW

　　　　　Q--线路输送的无功功率kvar

　　　cosΦ--线路负荷的功率因数；

　　由上式可知，有功功率损失和功率因数的平方成反比。

提高功率因数可以大量降低线损。

当功率因数由0.6提高到0.8时，铜损下降将近一半。

（2）改善用户电压质量：

　　线路电压损失的公式为：

　　△U=（PR+QX）/U×10-3

　　式中△U--线路电压损失kV

　　　　　U--线路电压kV

　　　　　P--线路有功负荷kW

　　　　　Q--线路无功负荷kvar

　　　　　X--线路感抗Ω

　　　　　R--线路电阻Ω

　　由上式可以看出，提高系统功率因数，减少线路输送的无功负荷，则电压损失莫玌将下降。

（3）减小系统元件的容量，提高电网的输送能力：

　　视在功率S=P/cosΦ，由此可以看出，提高功率因数在输送同样的有功功率情况下，设备安装容量可以减少，节约了投资。

如设备安装容量不变则可增大有功功率输

送量。

安装电容器提高输送有功功率所得的效益，可按下式确定：

　　△P/Q=（cosΦ2-cosΦ1）/cosΦ2（tgΦ1-tgΦ2）

　　式中△P--有功功率的增加量

　　　　Q--达到△P所需要的无功功率

　　　　cosΦ1、cosΦ2--补偿前、后的功率因数

　　如果cosΦ由0.8提高到0.95，每kvar电容器节约配电线路上的变压器及其它设备安装容量约为0.38kVA。

而网络上每kVA安装容量的造价为每kvar电容器价格的几十倍

以上。

2配电线路无功补偿的做法及分配方案

（1）无功补偿的做法：

　　将低压自愈式电容器装设在配电变压器低压出口处，随变压器同时投切，直接补偿变压器本身消耗的无功及补偿部分感性负载所需的无功。

（2）分配方案：

①补偿容量的选择：

　　补偿容量由电力负荷及补偿前和要求补偿提高后的功率因数值决定。

计算公式如下：

　　Qbch=Ppj（tgΦ1-tgΦ2）或Qbch=Ppj（1-tgΦ2/tgΦ1）

　　式中Qbch--所需的补偿容量kvar

　　　　Ppj--最大负荷月的平均有功负荷kW

　　　　Qpj--最大负荷月的平均无功负荷kvar

　　　　tgΦ1--补偿前的功率因数cosΦ1的正切值

　　　　tgΦ2--补偿后要求达到的功数因数cosΦ2的正切值

　　另外，我们必须注意cosΦ2值的确定必须适当。

当功率因数由0.95提高到1时所需的补偿容量增加得很多，得不偿失。

因此将功率因数提高到1是不合理的。

②配电线路各支线电容器的合理分配：

　　辐射状的配电网络中，设Q1、Q2、Q3……Qn为补偿前各条支线的平均无功负荷；Qbc1、Qbc2……Qbcn为各条支线上要安装电容器的无功功率；R1、R2、

R3……Rn为各条支线的计算电组（其数值为每一支线的电阻值乘以系数α而得，一般α取0.55）。

　　装设电容器的所有各条线路的等值电阻Rd为：

　　Rd=1/（1/R1+1/R2+1/R3+……+1/Rn）

　　计算结果表明，符合下式的条件时，电容器的无功补偿效果最好，即：

（Q1-Qbc1）R1=（Q2-Qbc2）R2=……=（Q-Qbc）Rd

　　因此，安装于各条支线上电容器无功功率的最合理分配为：

　　Qbc1=Q1-（Q-Qbc）Rd/R1

　　　…………………

　　Qbcn=Qn-（Q-Qbc）Rd/Rn

　　式中Q-整条线路补偿前的无功负荷

　　Qbc-整条线路补偿后的无功负荷

　　另外，配电网中电容器的合理分配，还可以用作图法求得。

以各条线路的QnRn为纵坐标、Qn为横坐标以相同比例画出直角三角形，如图1（a）、（b）、（c）所示；

然后绘出一条综合折线，其横坐标在给定的纵坐标下，应等于各分量的横坐标之和，如图1（d）所示。

如果在这一横坐标上绘出Qbc值，并做一直线与折线相交于D点，通过

D点，做平行于横坐标的直线，于各直角三角形的斜边相交于A、B、C各点，则A、B、C各点的横坐标分别为Qbc1、Qbc2、Qbc3的合理分配数值。

图1配电网中电容器合理分配图

　　（a）图为以Q1R1为纵坐标，Q1为横坐标的直角三角形；（b）图为以Q2R2为纵坐标，Q2为横坐标的直角三角形；（c）图为以Q3R3为纵坐标，Q3为横坐标的直

角三角形；（d）图为在给定纵坐标下，以（a）、（b）、（c）图中各横坐标之和为横坐标的综合折线。

3配电线路上装设电容器后的效果实例

　　以怀柔供电局黄坎农田线路为例，该线路总长76.264km（线号为LGJ-70导线17.30km，LGJ-50导线3.538km，LGJ-25导线22.432km），配电变压器105台合计7100kVA（各

厂矿专用变压器没有统计在内）有两个乡用电。

1996年4月份该线路的有功电量为45.41万kW·h，无功电量为74.44万kvar·h。

功率因数为：

　　cosΦ=45.41/45.412+74.442=0.61

　　配电变压器无功消耗计算值：

　　Qtr=7100×0.08×720=40.896万kvar·h

　　由此看出配电变压器的无功损耗占该线路总无功电量的55%。

　　线路传输的无功电量理论值为：

Qx1=22.305万kvar·h，占该线路总无功电量的29.6%，剩下的11.239万kvar·h（15.4%）是其它感性无功损失。

由此说明配电变压器

的固定无功损耗所占比重大，是整个配电网功率因数偏低的主要原因。

1996年6月份根据理论计算在黄坎农田线路分散装设了800kvar低压自愈式电容器后，通过实测，该

线路功率因数从0.61提高到0.90左右，用户电压提高了10～15V，线损率由补偿前的21%下降到14%左右。

由此可见，分散装设电容器效果显著。

　　低压无功就地补偿总体效益的初步分析：

（1）农村用电的特点是分散性和季节性，功率因数和负载率都很低，无功损耗十分严重。

对此，采用低压无功就地补偿，把补偿范围延伸到低压侧的做法，从整体节能

来考虑是比较彻底的，其经济效果显著。

（2）采用低压电容器就地补偿无功，减少了无功功率传输过程中的有功及无功损耗，提高了有功输送能力。

　　（3）和集中补偿比较：

从理论计算和实际效果看，在减少配电线路线损、降低电压损失，增加设备出力方面都优于集中补偿。

从运行及投资方面看，分散补偿的电容器

利用率低，但使用灵活、设备简单，不需要维护。

通过几年时间的运行，国产低压电容器运行状况是良好的。

由于分散方式减少了传输无功损耗，所以较集中补偿，电容

器总容量小，总体造价较低。

　　（4）低压电容器装设在配电变压器或其它设备（感性负载）低压出口处，随同设备一起投切，直接补偿电气设备本身的无功损耗，避免了空负载或轻负载时电压过高及电

容器投入率低的矛盾。

　　（5）在配电网中，集中补偿、分散补偿的最佳联合配置方式还有待今后试验研究。

　　随着我国经济发展和人民生活水平的提高，各产业和民用用电量大幅度增加，新增用电负荷中，整流和变频设备所占的比例增加，无功负荷电流和谐波电流增大供电

系统损耗，谐波电流还可能引起通讯系统和计算机系统故障。

在供电系统中，装设动态无功补偿和适当的滤波装置，是减少系统损耗，提高电能质量的有效措施。

三.怎样进行无功补偿

　　应采取就地平衡的原则，使电网任一时刻无功总出力（含无功补偿）与无功总负荷（含无功总损耗）保持平衡。

望奎局已实现了变电所的集中补偿，本文不再涉及，仅就

10kV线路，配变与电动机的补偿加以讨论。

（1）10kV配电线路的无功补偿：

　　望奎局在每条10kV配电线路上安装1～2处高压无功自动补偿装置，补偿容量按线路配变总容量的10%掌握。

望奎局公用配变容量为40500kVA，需补偿无功容量约为

4000kvar，约资金55万元。

经计算，安装一处时，宜将无功自动补偿装置安装在距线路首端的2/3线路长度处。

安装两处时，第一处安装在距线路首端的2/5线路长度处，

另一处安装在距线路首端的4/5线路长度处，各处容量为线路总补偿容量的一半。

具体安装时，还应考虑便于操作、维护和检修工作等。

（2）配电变压器的无功补偿：

　　农网的大部分配电变压器昼夜负荷变化较大，许多村屯用电多为居民生活用电，白天及后半夜多数变压器处于轻载或空载状态。

我们知道变压器的损耗包括有功损耗

和无功损耗，无功损耗包括空载励磁损耗及漏磁无功损耗。

从配电网线损理论计算可知，配电变压器的无功损耗约占配电网总损耗的60%左右。

为有效补偿配电变压器本身

的无功功率，避免轻载时功率因数超前，电压升高及节约资金，对容量在200kVA以下的配电变压器按配变容量的5%左右掌握实行静态无功补偿。

将补偿装置装设在配变低

压出口处，随配变同时投切。

对200kVA及以上的配变安装自动跟踪补偿装置。

　　（3）电动机的无功补偿：

　　7.5kW及以上投运率高的电动机最好进行无功补偿，为防止出现因过补而产生的谐振过电压，烧毁电动机，应将电动机空载时的功率因数补偿到接近1。

因为电动机空

载时的无功负荷最小，补偿后满载的电动机功率因数仍为滞后，这样就避免过补偿现象的发生。

将低压电容器同设备一起投切，直接补偿设备本身的无功损耗。

　　①机械负荷惯性较小的电动机（如风机等）：

　　　Qc≈0.9Qo　　　　　

（1）

　　式中Qc--补偿容量，kvar

　　　　Qo--电动机空载无功功率，kvar

　　电动机空载电流可由厂家提供，如无，可参照

（2）式确定：

　　　　Io=2Ie（1-cosφ）A

（2）

　　式中Io--电动机空载电流（A）

　　　　Ie--电动机额定电流（A）

　　　cosφ--电动机额定负荷时功率因数

　　②机械负荷惯性较大的电动机（如水泵等）：

　　Qc=（1.3～1.5）Qo　　　　（3）

　　③车间、工厂集中补偿容量可按（4）式确定：

　　Qc=Pm（tgφ1-tgφ2）　　　　（4）

　　式中Pm--最高负荷时平均有功功率

　　　tgφ1--补偿前功率因数角的正切值

　　　tgφ2--补偿后功率因数角的正切值

　　电动机的无功补偿，由于受益方主要是客户本身，因此投资应由客户自己承担。

　　2经济效益分析

（1）配电变压器无功补偿经济效益分析：

　　电网实现无功补偿后，不仅降低配变用电设备的损耗，而且使高低压配电电流减少，导致线损率的降低，同时主变铜损及上一级输电线路的导线损失降低。

全部考虑

将使计算复杂。

为简化计算程序，可以采用无功补偿经济当量来计算无功补偿后的经济效益。

它的物理意义是每安装1kvar的补偿电容器，相当于有功损耗降低多少千瓦。

补偿装置于配电变压器低压母线侧，无功经济当量值查有关手册可取0.15。

为使计算更具科学性，根据望奎县实际情况，计算时取0.1。

望奎县供电区需安装无功补偿容量

为2500kvar，经计算，每年可减少电量损失170万kW·h，每kW·h购电单价按0.3元计算，每年可有50万元的收益。

（2）10kV配电线路无功补偿经济效益分析：

　　10kV配电线路共需无功补偿容量约为4000kvar，无功经济当量查有关手册可取0.06，补偿设备每天投运按6小时左右，经计算，每年可减少电量损失节约50万kW·h，

每kW·h按0.3元购电单价计算，每年可有15万元的收益。

　　（3）无功补偿设备本身的经济效益分析：

　　安装无功补偿设备后，设备本身损耗的电量可按下式计算：

　　A=Qc·tgφ　　　　　（5）

　　式中Qc--投运电容器容量，kvar

　　　　tgφ--电容器介质损失角的正切值

　　　　　T--电容器投运时间

　　经计算，无功补偿设备年消耗电量为16万kW·h，每年有5万元的负收益。

　　通过以上分析表明，无功补偿总投资约为100万元，设备投运后每年可有60万元的收益，两年即可收回全部投资。

　　3　结论

　　进行合理的无功补偿的确是一条投资小、见效快、收益高、切实可行的、能较大幅度降低线损，提高电能质量的有效途径。

四.10kV线路无功补偿容量的确定

　　我县为全国第二批“两改一同价”县，在技术降损中，线路主要采取缩短供电半径，加大导线截面，杜绝迂回供电，以及在线路上采取电容器分散补偿等措施。

现就

我县10kV泉水线路无功功率补偿容量的确定举例说明。

（1）基本情况：

　　泉水线路为我县城关变电所的主要干线之一，全长25km，导线型号为LGJ一120，配变总台数108台，容量为7085kVA。

　　在2000年上半年运行中，1月份该线路输送有功电量为480000kW·h，无功电量为430000kvar·h。

经查变电所运行记录，该线最大有功功率为2700kw，最小有功功率为

500kW，经常运行有功功率为1200kW，母线功率因数为0．78。

（2）情况分析：

　　鉴于线路配变无功损耗为固定损耗，损耗因素主要为配变的励磁电流，故此无功损耗最轻可达280kvar（配变的励磁电流为4％一5％）。

　　根据该线路的有功电量、无功电量，确定其功率因数在0．78—0．81间，与母线功率因数基本相符。

从中我们可以确定其最大无功功率为2100kvar，经常负荷时无功

功率为960kvar，最小负荷时无功功率为400kvar。

　　cosφ=[

]1/2

（3）补偿方式的确定：

　　因线路较长，负荷较大，实施固定补偿与自动补偿相结合、在线路上3处进行分散补偿。

（4）补偿容量的确定和比较：

　　根据线路无功功率固定损耗为280kvar，选用2×100kvar固定补偿在线路两处进行补偿。

　　自动补偿容量的选择：

按经常运行负荷状态下的无功功率减去固定补偿后的一半，确定为300kvar。