第10章供配電系統(tǒng)的無功功率補(bǔ)償

第十章供配電系統(tǒng)的無功功率補(bǔ)償?shù)谝还?jié)節(jié)約用電的意義第二節(jié)

功率因數(shù)和無功功率補(bǔ)償（重點(diǎn)）

第三節(jié)

并聯(lián)電容器的設(shè)置第一節(jié)節(jié)約用電的意義一、節(jié)約電能的意義

電力是我國現(xiàn)代化建設(shè)的重要?jiǎng)恿Y源，是國民經(jīng)濟(jì)的命脈，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。電力緊張是我國面臨的一個(gè)嚴(yán)重問題，供需矛盾較為突出。從我國電能消耗的情況來看，70%以上消耗在工業(yè)部門，所以工廠節(jié)能是個(gè)重點(diǎn)。節(jié)約電能，不只是減少工廠的電費(fèi)開支，降低工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，可以為工廠積累更多的資金，更重要的是，由于電能能創(chuàng)造更多、更大的工業(yè)產(chǎn)值，因此多節(jié)約一度電，就能為國家創(chuàng)造若干財(cái)富，有力地促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。所以節(jié)約電能具有十分重要的意義。（一）節(jié)約用電的科學(xué)管理方法加強(qiáng)電能管理，建立和健全合理的管理機(jī)構(gòu)和制度。實(shí)行統(tǒng)籌兼顧、適當(dāng)安排、確保重點(diǎn)、兼顧一般、擇優(yōu)供應(yīng)的原則。實(shí)行計(jì)劃供用電，提高電能利用率

實(shí)行“削峰填谷”的負(fù)荷調(diào)整。就是供電部門根據(jù)用戶的不同用電規(guī)律，合理地、有計(jì)劃地安排各用戶的用電時(shí)間，以降低負(fù)荷高峰，填補(bǔ)負(fù)荷低谷（即“削峰填谷”）?？刹扇「鞴S錯(cuò)開雙休日，工廠里各車間可錯(cuò)開工作時(shí)間等措施。提高供電能力，節(jié)約用電。加強(qiáng)電力設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)和管理。二、節(jié)約用電的一般措施（二）降低供電系統(tǒng)中的電能損耗正確選擇變壓器的型號(hào)、容量、數(shù)量，采取合理的運(yùn)行方式，以及正確地確定變配電所的位置，必須合理選擇電壓等級(jí)，正確選擇導(dǎo)線截面。對(duì)不合理的供電系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，合理地選擇變配電所址，使變配電所盡量靠近負(fù)荷中心，減少線路電能損耗。合理地布線、選擇導(dǎo)線截面，有效的降低線損。提高線路運(yùn)行電壓，是降低線路中電能損耗的有效措施。（三）合理選擇和使用用電設(shè)備合理選擇設(shè)備容量和使用設(shè)備，發(fā)揮設(shè)備潛力，提高設(shè)備的負(fù)荷率和使用效率。合理使用電動(dòng)機(jī)和變壓器，提高自然功率因數(shù)。（四）采用人工補(bǔ)償裝置，提高功率因數(shù)第二節(jié)功率因數(shù)和無功功率補(bǔ)償一、功率因數(shù)的定義

瞬時(shí)功率因數(shù)平均功率因數(shù)最大負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)自然功率因數(shù)總功率因數(shù)指運(yùn)行中的工廠供用電系統(tǒng)在某一時(shí)刻的功率因數(shù)值

P——功率表測(cè)出的三相有功功率讀數(shù)；U——電壓表測(cè)出的線電壓讀數(shù)；I——電流表測(cè)出的線電流讀數(shù)。指某一規(guī)定時(shí)間段內(nèi)功率因數(shù)的平均值指配電系統(tǒng)運(yùn)行在年最大負(fù)荷時(shí)（計(jì)算負(fù)荷）的功率因數(shù)WP——有功電度表讀數(shù)；Wq——無功電度表讀數(shù)。

Pc——工廠的有功計(jì)算負(fù)荷；Sc——工廠的視在計(jì)算負(fù)荷。

指用電設(shè)備或工廠在沒有安裝人工補(bǔ)償裝置時(shí)的功率因數(shù)指用電設(shè)備或工廠設(shè)置了人工補(bǔ)償后的功率因數(shù)

二、無功功率補(bǔ)償（一）無功補(bǔ)償?shù)谋匾?.無功功率在通過電網(wǎng)時(shí)，會(huì)引起線路及設(shè)備的有功損耗?！鱌=3I2R

2.電網(wǎng)的電壓損失將會(huì)隨著無功功率的增加而增加。3.在電網(wǎng)輸送有功不變下，無功增加而使總電流增加，會(huì)使供電系統(tǒng)中的一次、二次設(shè)備的容量、規(guī)格尺寸增大，使投資費(fèi)用增加。

功率因數(shù)的高低是衡量系統(tǒng)供電狀況的一項(xiàng)重要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

（二）提高自然功率因數(shù)1.正確選擇異步電動(dòng)機(jī)的容量異步電動(dòng)機(jī)的額定功率應(yīng)當(dāng)盡量接近于所拖動(dòng)的機(jī)械負(fù)荷2.將輕負(fù)荷電動(dòng)機(jī)改變接線改變電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部接線，使異步電動(dòng)機(jī)各繞組所承受的電壓降低，從而減少異步電動(dòng)機(jī)所取用的無功功率3.限制異步電動(dòng)機(jī)的空載將空載運(yùn)行的異步電動(dòng)機(jī)從供電線路上切除，就可以減小無功功率，提高功率因數(shù)4.提高異步電動(dòng)機(jī)的檢修質(zhì)量防止空氣間隙增加，以免增大激磁電流，降低功率因數(shù)和效率5.變壓器的合理使用更換輕負(fù)荷的變壓器，提高功率因數(shù)

（三）采用人工補(bǔ)償裝置提高功率因數(shù)人工補(bǔ)償裝置，主要有同步補(bǔ)償機(jī)和移相電容器。同步補(bǔ)償機(jī)是一種專門用來改善功率因數(shù)的同步電動(dòng)機(jī)，通過調(diào)節(jié)其勵(lì)磁電流，可以起到補(bǔ)償無功功率的作用。移相電容器是一種專門用來改善功率因數(shù)的電力電容器。由于移相電容器是一種靜電電容器，消耗容性無功功率，當(dāng)它與電網(wǎng)并聯(lián)時(shí)，可以減少電網(wǎng)供給的無功功率，提高功率因數(shù)。移相電容器與同步補(bǔ)償機(jī)相比，由于它無旋轉(zhuǎn)部分，且具有安裝簡單、運(yùn)行維護(hù)方便及有功損耗小等優(yōu)點(diǎn)，所以移相電容器在工廠供電系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。

（四）移相電容器并聯(lián)補(bǔ)償?shù)墓ぷ髟?/p>

在交流電流電路中，純電阻負(fù)荷中的電流與電壓同相；純電感負(fù)荷中的電流滯后與電壓90o；而純電容負(fù)荷的電流則超前于電壓90o；可見，電容中的電流與電感中的電流相差180o，它們能夠互相抵消。電力系統(tǒng)的負(fù)荷大部分是電感性和電阻性的，因此總電流將滯后于電壓一個(gè)角度φ（功率因素角）如果將移相電容器與負(fù)荷并聯(lián)，則移相電容器的電流將抵消一部分電感電流，這樣使電感電流減少，總電流也減少，功率因數(shù)將得到提高。第三節(jié)并聯(lián)電容器的設(shè)置一、并聯(lián)電容器的型號(hào)并聯(lián)電容器的型號(hào)由文字和數(shù)字兩部分組成，型號(hào)各部分所表示的意義如下：

例如：BW0.4-12-1型即為單相戶內(nèi)型十二烷基苯浸漬的并聯(lián)電容器，額定電壓為0.4kV、容量為12kvar。

二、無功補(bǔ)償容量的確定

1、采用固定補(bǔ)償

QNC=Pav（tgφav1－tgφav2）

式中，Qcc為補(bǔ)償容量；Pav為平均有功負(fù)荷，Pav=αPc或Wa/t，Pc為負(fù)荷計(jì)算得到的有功計(jì)算負(fù)荷，α為有功負(fù)荷系數(shù)，Wa為時(shí)間t內(nèi)消耗的電能；tgφav1為補(bǔ)償前平均功率因數(shù)角的正切值；tgφav2為補(bǔ)償后平均功率因數(shù)角的正切值；

2、采用自動(dòng)補(bǔ)償QNC=Qc－Qc’＝Pc(tanφ-tanφ’)式中，tgφ為補(bǔ)償前功率因數(shù)角的正切值tgφ’為補(bǔ)償前功率因數(shù)角的正切值QcN為單個(gè)電容器的額定容量（kvar）

三、無功補(bǔ)償裝置的裝設(shè)位置在用戶供電系統(tǒng)中，有三種方式：高壓集中補(bǔ)償、低壓集中補(bǔ)償和分散就地補(bǔ)償（個(gè)別補(bǔ)償）。[例1]某用戶10kV變電所低壓計(jì)算負(fù)荷為800kW＋580kvar。若欲使低壓側(cè)功率因數(shù)達(dá)到0.92，則需在低壓側(cè)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)牟⒙?lián)電容器無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置容量是多少？并選擇電容器組數(shù)及每組容量。解：（1）求補(bǔ)償前的視在計(jì)算負(fù)荷及功率因數(shù)

（2）確定無功補(bǔ)償容量＝800×(tanarccos0.810－tanarccos0.92)＝238.4kvar續(xù)上頁（3）選擇電容器組數(shù)及每組容量初選BSMJ0.4-20-3型自愈式并聯(lián)電容器，每組容量qN.C=20kvar。取12組補(bǔ)償后的視在計(jì)算負(fù)荷減少118.8kVA。[例2]有一工廠修建10/0.4kV的車間變電所，已知車間變電所低壓側(cè)的視在功率Sc1為800kVA，無功計(jì)算負(fù)荷Qc1為540kvar，現(xiàn)要求車間變電所高壓側(cè)功率因數(shù)不低于0.9，如果在低壓側(cè)裝設(shè)自動(dòng)補(bǔ)償電容器，問補(bǔ)償容量需多少？補(bǔ)償后車間總的視在計(jì)算負(fù)荷（高壓側(cè)）降低了多少？[解](1)補(bǔ)償前的計(jì)算負(fù)荷和功率因數(shù)低壓側(cè)的有功計(jì)算負(fù)荷為低壓側(cè)的功率因數(shù)cosφ1=590.25/800=0.74變壓器的功率損耗（設(shè)選低損耗變壓器）△PT=0.02Sc=0.02×800=16kW△QT=0.08Sc=0.08×800=64kvar

變電所高壓側(cè)總的計(jì)算負(fù)荷為Pc2=Pc1+△PT=590.25+16=606.25kW

Qc2=Qc1+△QT=540+64=604kvar變電所高壓側(cè)的功率因數(shù)為cosφ=606.25/855.78=0.708(2)確定補(bǔ)償容量現(xiàn)要求在高壓側(cè)不低于0.9，而補(bǔ)償在低壓側(cè)進(jìn)行，所以我們考慮到變壓器損耗，可設(shè)低壓側(cè)補(bǔ)償后的功率因數(shù)為0.92，來計(jì)算需補(bǔ)償?shù)娜萘縌NC=Pc1（tgφ1–tgφ2）=590.25×（tgarccos0.74－tgarccos0.92）=285.03kvar查附錄表2選BW0.4–14–1型電容器，需要的個(gè)數(shù)為n=285.03/14=21個(gè)實(shí)際補(bǔ)償容量為QNC=21×14=294kvar(3)補(bǔ)償后的計(jì)算負(fù)荷和功率因數(shù)變電所低壓側(cè)視在計(jì)算負(fù)荷此時(shí)變壓器的功率損耗△PT，=0.02Sc，=0.02×639.5=12.79kW△QT’=0.08Sc’=0.08×639.5=51.16kvar變電所高壓側(cè)總的計(jì)算負(fù)荷Pc2’=Pc1’+△PT’=590.25+12.79=603.04kW

Qc2’=Qc1’+△QT’=(540-294)+51.16=297.16kvar

△S=85