無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)對(duì)低壓電網(wǎng)功率因數(shù)的影響要點(diǎn)

1、無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)對(duì)低壓電網(wǎng)功率因數(shù)的影響依據(jù)用電設(shè)備的功率因數(shù)，可測(cè)算輸電線路的電能損失。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)改造， 可使低于標(biāo)準(zhǔn)要求的功率因數(shù)達(dá)標(biāo)，實(shí)現(xiàn)節(jié)電目的。本文分析了無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖?用和補(bǔ)償容量的選擇方法，著重論述了低壓電網(wǎng)和異步電動(dòng)機(jī)無(wú)功補(bǔ)償容量的 配置。結(jié)合應(yīng)用實(shí)例說(shuō)明采用無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)，提高低壓電網(wǎng)和用電設(shè)備的功率 因數(shù)，已成為節(jié)電工作的一項(xiàng)重要措施。1、前言無(wú)功補(bǔ)償，就其概念而言早為人所知，它就是借助于無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備提供必 要的無(wú)功功率，以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低能耗，改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量。無(wú)功補(bǔ)償?shù)暮侠砼渲迷瓌t從電力網(wǎng)無(wú)功功率消耗的基本狀況可以看出，各級(jí)網(wǎng)絡(luò)和輸配電設(shè)備都要 消耗一定數(shù)量的無(wú)功功率

2、，尤以低壓配電網(wǎng)所占比重最大。為了最大限度地減 少無(wú)功功率的傳輸損耗，提高輸配電設(shè)備的效率，無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的配置，應(yīng)按 照“分級(jí)補(bǔ)償，就地平衡”的原則，合理布局。總體平衡與局部平衡相結(jié)合，以局部為主。電力部門補(bǔ)償與用戶補(bǔ)償相結(jié)合。在配電網(wǎng)絡(luò)中，用戶消耗的無(wú)功功率約占 50%-60%其余的無(wú)功功率消耗 在配電網(wǎng)中。因此，為了減少無(wú)功功率在網(wǎng)絡(luò)中的輸送，要盡可能地實(shí)現(xiàn)就地 補(bǔ)償，就地平衡，所以必須由電力部門和用戶共同進(jìn)行補(bǔ)償。分散補(bǔ)償與集中補(bǔ)償相結(jié)合，以分散為主。集中補(bǔ)償，是在變電所集中裝設(shè)較大容量的補(bǔ)償電容器。分散補(bǔ)償，指在 配電網(wǎng)絡(luò)中分散的負(fù)荷區(qū)，如配電線路，配電變壓器和用戶的用電設(shè)備等進(jìn)行 的

3、無(wú)功補(bǔ)償。集中補(bǔ)償，主要是補(bǔ)償主變壓器本身的無(wú)功損耗，以及減少變電 所以上輸電線路的無(wú)功電力，從而降低供電網(wǎng)絡(luò)的無(wú)功損耗。但不能降低配電 網(wǎng)絡(luò)的無(wú)功損耗。因?yàn)橛脩粜枰臒o(wú)功通過(guò)變電所以下的配電線路向負(fù)荷端輸 送。所以為了有效地降低線損，必須做到無(wú)功功率在哪里發(fā)生，就應(yīng)在哪里補(bǔ) 償。所以，中、低壓配電網(wǎng)應(yīng)以分散補(bǔ)償為主。降損與調(diào)壓相結(jié)合，以降損為主。2、影響功率因數(shù)的主要因素功率因數(shù)的產(chǎn)生主要是因?yàn)榻涣饔秒娫O(shè)備在其工作過(guò)程中，除消耗有功功 率外，還需要無(wú)功功率。當(dāng)有功功率 P 一定時(shí)，如減少無(wú)功功率 Q,則功率因 數(shù)便能夠提高。在極端情況下，當(dāng) Q=0時(shí)，則其力率=1。因此提高功率因數(shù)問 題的實(shí)

4、質(zhì)就是減少用電設(shè)備的無(wú)功功率需要量。、異步電動(dòng)機(jī)和電力變壓器是耗用無(wú)功功率的主要設(shè)備異步電動(dòng)機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子間的氣隙是決定異步電動(dòng)機(jī)需要較多無(wú)功的主要 因素。而異步電動(dòng)機(jī)所耗用的無(wú)功功率是由其空載時(shí)的無(wú)功功率和一定負(fù)載下 無(wú)功功率增加值兩部分所組成。所以要改善異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)就要防止電 動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行并盡可能提高負(fù)載率。變壓器消耗無(wú)功的主要成份是它的空載 無(wú)功功率，它和負(fù)載率的大小無(wú)關(guān)。因而，為了改善電力系統(tǒng)和企業(yè)的功率因 數(shù)，變壓器不應(yīng)空載運(yùn)行或長(zhǎng)其處于低負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)。2.2、 供電電壓超出規(guī)定范圍也會(huì)對(duì)功率因數(shù)造成很大的影響當(dāng)供電電壓高于額定值的 10%時(shí)，由于磁路飽和的影響，無(wú)功功率將

5、增長(zhǎng) 得很快，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，當(dāng)供電電壓為額定值的 110%時(shí)，一般工廠的無(wú)功將 增加 35%左右。當(dāng)供電電壓低于額定值時(shí)，無(wú)功功率也相應(yīng)減少而使它們的功 率因數(shù)有所提高。但供電電壓降低會(huì)影響電氣設(shè)備的正常工作。所以，應(yīng)當(dāng)采 取措施使電力系統(tǒng)的供電電壓盡可能保持穩(wěn)定。2.3 、電網(wǎng)頻率的波動(dòng)也會(huì)對(duì)異步電機(jī)和變壓器的磁化無(wú)功功率造成一定的 影響2.4、以上論述了影響電力系統(tǒng)功率因數(shù)的一些主要因素，因此必須要尋求 一些行之有效的、能夠使低壓電力網(wǎng)功率因數(shù)提高的一些實(shí)用方法，使低壓網(wǎng) 能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)功的就地平衡，達(dá)到降損節(jié)能的效果。3、低壓配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆椒ㄌ岣吖β室驍?shù)的主要方法是采用低壓無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)

6、，我們通常采用的方法 主要有三種：隨機(jī)補(bǔ)償、隨器補(bǔ)償、跟蹤補(bǔ)償。、隨機(jī)補(bǔ)償隨機(jī)補(bǔ)償就是將低壓電容器組與電動(dòng)機(jī)并接，通過(guò)控制、保護(hù)裝置與電 機(jī)，同時(shí)投切。隨機(jī)補(bǔ)償適用于補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)的無(wú)功消耗，以補(bǔ)勵(lì)磁無(wú)功為主， 此種方式可較好地限制用電單位無(wú)功負(fù)荷。隨機(jī)補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是：用電設(shè)備運(yùn)行 時(shí)，無(wú)功補(bǔ)償投入，用電設(shè)備停運(yùn)時(shí)，補(bǔ)償設(shè)備也退出，而且不需頻繁調(diào)整補(bǔ) 償容量。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活，維護(hù)簡(jiǎn)單、事故率 低等。、隨器補(bǔ)償隨器補(bǔ)償是指將低壓電容器通過(guò)低壓保險(xiǎn)接在配電變壓器二次側(cè)，以補(bǔ)償 配電變壓器空載無(wú)功的補(bǔ)償方式。配變?cè)谳p載或空載時(shí)的無(wú)功負(fù)荷主要是變壓 器的空載勵(lì)磁無(wú)功，配變空載無(wú)功

7、是用電單位無(wú)功負(fù)荷的主要部分，對(duì)于輕負(fù) 載的配變而言，這部分損耗占供電量的比例很大，從而導(dǎo)致電費(fèi)單價(jià)的增加。隨器補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)：接線簡(jiǎn)單、維護(hù)管理方便、能有效地補(bǔ)償配變空載無(wú) 功，限制農(nóng)網(wǎng)無(wú)功基荷，使該部分無(wú)功就地平衡，從而提高配變利用率，降低 無(wú)功網(wǎng)損，具有較高的經(jīng)濟(jì)性，是目前補(bǔ)償無(wú)功最有效的手段之一。、 跟蹤補(bǔ)償跟蹤補(bǔ)償是指以無(wú)功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，將低壓電容器組補(bǔ) 償在大用戶0.4kv母線上的補(bǔ)償方式。適用于100kVA以上的專用配變用戶，可 以替代隨機(jī)、隨器兩種補(bǔ)償方式，補(bǔ)償效果好。跟蹤補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是運(yùn)行方式靈 活，運(yùn)行維護(hù)工作量小，比前兩種補(bǔ)償方式壽命相對(duì)延長(zhǎng)、運(yùn)行更可靠。但缺

8、點(diǎn)是控制保護(hù)裝置復(fù)雜、首期投資相對(duì)較大。但當(dāng)這三種補(bǔ)償方式的經(jīng)濟(jì)性接 近時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用跟蹤補(bǔ)償方式。4、無(wú)功功率補(bǔ)償容量的選擇方法無(wú)功補(bǔ)償容量以提高功率因數(shù)為主要目的時(shí)，補(bǔ)償容量的選擇分兩大類討 論，即單負(fù)荷就地補(bǔ)償容量的選擇 ( 主要指電動(dòng)機(jī) )和多負(fù)荷補(bǔ)償容量的選擇 (指 集中和局部分組補(bǔ)償 ) 。、單負(fù)荷就地補(bǔ)償容量的選擇的幾種方法、美國(guó)資料推薦： Qc=(1/3)Pe 額定容量的 1/3、日本方法：從電氣計(jì)算日文雜志中查到： 1/41/2 容量計(jì)算考慮負(fù)載 率及極對(duì)數(shù)等因素，按式 (5) 選取的補(bǔ)償容量，在任何負(fù)載情況下都不會(huì)出現(xiàn)過(guò) 補(bǔ)償，而且功率因數(shù)可以補(bǔ)償?shù)?0.90 以上。此法在

9、節(jié)能技術(shù)上廣泛應(yīng)用，對(duì)一 般情況都可行，特別適用于 Io/Ie 比值較高的電動(dòng)機(jī)和負(fù)載率較低的電動(dòng)機(jī)。 但是對(duì)于 Io/Ie 較低的電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)下，其補(bǔ)償效果較差。、經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法：由于電機(jī)極數(shù)不同，按極數(shù)大小確定經(jīng)驗(yàn)系數(shù)選擇容量 比較接近實(shí)際需要的電容器，采用這種方法一般在70%負(fù)荷時(shí)，補(bǔ)后功率因數(shù)可在 0.950.97 之間經(jīng)驗(yàn)系數(shù)表電機(jī)類型 一般電機(jī) 起重電機(jī) 冶金電機(jī)極數(shù) 2 4 6 8 10 8 10補(bǔ)償容量（kvar/kw） 0.2 0.20.25 0.250.3 0.350.4 0.5 0.6 0.75電機(jī)容量大時(shí)選下限，小時(shí)選上限；電壓高時(shí)選下限，小時(shí)選上限4、Qc=P/

10、 1/C0S2 1-1- V1/C0S2 2-1實(shí)際測(cè)試比較準(zhǔn)確方法此法適用于任何一般感性負(fù)荷需要精確補(bǔ)償?shù)木偷?補(bǔ)償容量的計(jì)算。、如果測(cè)試比較麻煩，可以按下式Qc V 3UeloX 10-3 (kvar)Io-空載電流=2Ie(1-COS e )瑞典電氣公司推薦公式若電動(dòng)機(jī)帶額定負(fù)載運(yùn)行，即負(fù)載率B =1,則：Qo根據(jù)電機(jī)學(xué)知識(shí)可知，對(duì)于Io/Ie較低的電動(dòng)機(jī)(少極、大功率電動(dòng)機(jī))，在較高的負(fù)載率B時(shí)吸收的 無(wú)功功率QB與激勵(lì)容量Qo的比值較高，即兩者相差較大，在考慮導(dǎo)線較長(zhǎng)， 無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量較高的大功率電動(dòng)機(jī)以較高的負(fù)載率運(yùn)行方式下，此式來(lái)選取是 合理的。、按電動(dòng)機(jī)額定數(shù)據(jù)計(jì)算：Q= k(1

11、- cos2 e )3UeIe x 10-3 (kvar)K為與電動(dòng)機(jī)極數(shù)有關(guān)的一個(gè)系數(shù)極數(shù)： 2 4 6 8 10K 值： 0.7 0.8 0.85 0.9、多負(fù)荷補(bǔ)償容量的選擇多負(fù)荷補(bǔ)償容量的選擇是根據(jù)補(bǔ)償前后的功率因數(shù)來(lái)確定。對(duì)已生產(chǎn)企業(yè)欲提高功率因數(shù)，其補(bǔ)償容量Qc按下式選擇：Qe=KmKj(tg 1-tg 2)/Tm式中：Km為最大負(fù)荷月時(shí)有功功率消耗量，由有功電能表讀得 ；Kj為補(bǔ)償 容量計(jì)算系數(shù)，可取0.80.9;Tm為企業(yè)的月工作小時(shí)數(shù);tg 1、tg 2意義 同前， tg 1 由有功和無(wú)功電能表讀數(shù)求得。對(duì)處于設(shè)計(jì)階段的企業(yè)，無(wú)功補(bǔ)償容量 Qc按下式選擇：Qc=KnPn(tg

12、 1-tg 2)式中Kn為年平均有功負(fù)荷系數(shù)，一般取 0.70.75 ; Pn為企業(yè)有功功率之 和；tg 1、tg 2意義同前。tg 1可根據(jù)企業(yè)負(fù)荷性質(zhì)查手冊(cè)近似取值，也 可用加權(quán)平均功率因數(shù)求得cos 1。多負(fù)荷的集中補(bǔ)償電容器安裝簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠、利用率較高。但電氣設(shè)備 不連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)或輕負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，會(huì)造成過(guò)補(bǔ)償，使運(yùn)行電壓抬高，電壓質(zhì)量變 壞。因此這種方法選擇的容量，對(duì)于低壓來(lái)說(shuō)最好采用電容器組自動(dòng)控制補(bǔ) 償，即根據(jù)負(fù)荷大小自動(dòng)投入無(wú)功補(bǔ)償容量的多少，對(duì)高壓來(lái)說(shuō)應(yīng)考慮采取防 過(guò)補(bǔ)償措施。5、無(wú)功補(bǔ)償?shù)男б嬖诂F(xiàn)代用電企業(yè)中，在數(shù)量眾多、容量大小不等的感性設(shè)備連接于電力系 統(tǒng)中，以致電網(wǎng)傳輸功率

13、除有功功率外，還需無(wú)功功率。如自然平均功率因數(shù) 在 0.70 0.85 之間。企業(yè)消耗電網(wǎng)的無(wú)功功率約占消耗有功功率的60%90%,如果把功率因數(shù)提高到 0.95 左右，則無(wú)功消耗只占有功消耗的 30%左右。由于 減少了電網(wǎng)無(wú)功功率的輸入，會(huì)給用電企業(yè)帶來(lái)效益。、節(jié)省企業(yè)電費(fèi)開支。提高功率因數(shù)對(duì)企業(yè)的直接經(jīng)濟(jì)效益是明顯的，因?yàn)閲?guó)家電價(jià)制度中，從 合理利用有限電能出發(fā)，對(duì)不同企業(yè)的功率因數(shù)規(guī)定了要求達(dá)到的不同數(shù)值， 低于規(guī)定的數(shù)值，需要多收電費(fèi)，高于規(guī)定數(shù)值，可相應(yīng)地減少電費(fèi)?？梢?， 提高功率因數(shù)對(duì)企業(yè)有著重要的經(jīng)濟(jì)意義。、提高設(shè)備的利用率。對(duì)于原有供電設(shè)備來(lái)講，在同樣有功功率下，因功率因數(shù)的提

14、高，負(fù)荷電 流減少，因此向負(fù)荷傳送功率所經(jīng)過(guò)的變壓器、開關(guān)和導(dǎo)線等供配電設(shè)備都增 加了功率儲(chǔ)備，從而滿足了負(fù)荷增長(zhǎng)的需要 ; 如果原網(wǎng)絡(luò)已趨于過(guò)載，由于功率 因數(shù)的提高，輸送無(wú)功電流的減少，使系統(tǒng)不致于過(guò)載運(yùn)行，從而發(fā)揮原有設(shè) 備的潛力 ; 對(duì)尚處于設(shè)計(jì)階段的新建企業(yè)來(lái)說(shuō)則能降低設(shè)備容量，減少投資費(fèi) 用，在一定條件下，改善后的功率因數(shù)可以使所選變壓器容量降低。因此，使 用無(wú)功補(bǔ)償不但減少初次投資費(fèi)用，而且減少了運(yùn)行后的基本電費(fèi)。、降低系統(tǒng)的能耗。補(bǔ)償前后線路傳送的有功功率不變，P= IUCOS ，由于 COS 提高，補(bǔ)償后的電壓U2稍大于補(bǔ)償前電壓U1,為分析問題方便，可認(rèn)為 U2-U1從而導(dǎo)

15、出 I1COS 1=I2COS 2。即 I1/I2= COS 2/ COS 1, 這樣線損 P 減少的百分?jǐn)?shù) 為： P%= (1-122/112) X 100%=(t COS2 1/ COS2 2) X 100%當(dāng)功率因數(shù)從0.700.85提高到0.95時(shí)，由 式可求得有功損耗將降低20%- 45%、改善電壓質(zhì)量。以線路末端只有一個(gè)集中負(fù)荷為例，假設(shè)線路電阻和電抗為R、X, 有功和無(wú)功為P、Q,則電壓損失 U為：U=(PR+QX)/U* 10-3(KV)兩部分損失：PR/ Ue輸送有功負(fù)荷 P產(chǎn)生 的;QX/U輸送無(wú)功負(fù)荷Q產(chǎn)生的；配電線路：X=(24)R,AU大部分為輸送無(wú)功負(fù)荷 Q產(chǎn)生的變

16、壓器：X=(510)R QX/Ue=(510) PR/ Ue 變壓器AU幾乎全為輸送無(wú)功 負(fù)荷Q產(chǎn)生的可以看出，若減少無(wú)功功率 Q,則有利于線路末端電壓的穩(wěn)定，有利于大電 動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。因此，無(wú)功補(bǔ)償能改善電壓質(zhì)量 (一般電壓穩(wěn)定不宜超過(guò) 3%)。但 是如果只追求改善電壓質(zhì)量來(lái)裝設(shè)電容器是很不經(jīng)濟(jì)的，對(duì)于無(wú)功補(bǔ)償應(yīng)用的 主要目的是改善功率因數(shù)，減少線損，調(diào)壓只是一個(gè)輔助作用。5.5、三相異步電動(dòng)機(jī)通過(guò)就地補(bǔ)償后，由于電流的下降，功率因數(shù)的提 高，從而增加了變壓器的容量，計(jì)算公式如下：S=P/ COS 1 x ( COS 2/ COS 1)-1如一臺(tái)額定功率為155KW水泵的電機(jī)，補(bǔ)前功率因數(shù)為

17、0.857 ,補(bǔ)償后功率因數(shù)為0.967，根據(jù)上面公式計(jì)算其增容量為：(155 - 0.857) x (0.967-0.857) -1=24KVA6、應(yīng)用實(shí)例：煙臺(tái)市能源監(jiān)測(cè)中心于 2003年 4月 24、 29、 30日對(duì)煙臺(tái)氨綸股份有限公 司B區(qū)制冷機(jī)、空壓機(jī)電機(jī)進(jìn)行了電機(jī)補(bǔ)償裝置的安裝調(diào)試，從安裝后測(cè)試結(jié) 果看，平均降低電流 22-51(A) ，電機(jī)功率因數(shù)提高到 0.98， (見測(cè)試結(jié)果對(duì)比 表)，減少了公司內(nèi)部低壓電網(wǎng)的消耗，從而達(dá)到了節(jié)電的目的。測(cè)試結(jié)果對(duì)比表設(shè)備名稱 設(shè)備容量 (kW) 補(bǔ)前功率因數(shù) COS 1 補(bǔ)后功率因數(shù) COS 2 電流 下降 (A)制冷壓縮機(jī) LM1-11

18、0M、 B4 110 0.84 0.98 22制冷壓縮機(jī) LM1-200M、 B2 220 0.89 0.98 41制冷壓縮機(jī) LM1-250MA、1 C1 250 0.86 0.98 51制冷壓縮機(jī) 2DLGS-K2、D2 250 0.89 0.986 49制冷壓縮機(jī) 2DLGS-K2、D5 250 0.89 0.98 48空氣壓縮機(jī) 20S-200A、D1 150 0.87 0.98 38空氣壓縮機(jī) 20S-200A、D2 150 0.86 0.978 36空氣壓縮機(jī) 20S-200A、D3 150 0.87 0.982 40空氣壓縮機(jī) 60A-160、B1 160 0.88 0.98 46空氣壓縮機(jī) 60A-160、B2 160 0.89 0.973 481、由于電流減少，變壓器的銅損及公司內(nèi)部的低壓損耗都降低。配電系統(tǒng)電流下降率 1%=(1-0.87/0.98) X 100%=11%配電系統(tǒng)損耗下降率 P%=(1- 0.872/0.982) X 100%=21%2.該公司B區(qū)制冷機(jī)、空壓機(jī)電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償?shù)?/p>