-
w
10kv
无功补偿
< br>摘自——《
电力系统分析和设计
》
摘要
改善工业企业用电的功率因数是提高用电效率、节约
电能的重要手段。本文通
过理论分析和应用实例说明了工业企业无功补偿的意义和作用，
并针对目前工业企
业供用电系统存在的问题，提出了改进意见和措施。
< br>
1
引言
在工业企业中，绝大多数的用电设备属于感性负荷，这些设备在运行中要吸收
大
量的无功功率。无功功率的增加使供电系统的功率因数降低，从而出现系统电压
下降、电
气设备得不到充分利用、增加线路损耗以及降低供电设备的供电能力等情
况。因而就地进
行无功补偿、提高功率因数对降损节能有着极为重要的意义。
2
补偿方式的选择
无功补偿分为集中补偿、分散补偿和就地补偿三种。集中补偿，即在高、低压
配电所内设置若干组电容器，电容器接在配电母线上，补偿该配电所供电范围内的
无功功
率，并使总功率因数达到规定值以上。这种补偿方式只能补偿高、低压母线
之前线路上的
无功功率，它们相当于把无功功率源移到用电企业的配电所，使用户
对供电系统要求的无
功功率有所减少，达到供电部门所要求的功率因数。而它们对
配电母线以下的企业内部的
变压器和线路的无功功率不能起到补偿作用，仍有大量
的无功功率在企业内部线路上流动
并产生损耗。分散补偿是将电容器组分别安装在
各个车间的配电盘处，这种安装方式可以
使配电变压器以及变电所至车间的线路都
可以由于无功负荷的减少而获得补偿效果。就地
补偿是把无功补偿器直接接在异步
电动机旁或进线端子上。集中补偿方式所用电容器组的
容量较分组补偿或就地补偿
要小，它的利用率则更高，缺点是对变、配电所各馈线并未得
到补偿，仅减轻了电
网的无功负荷。分散补偿方式中的电容器组的利用率比就地补偿高，
因此总需要量
较就地补偿要小，是一种经济合理的补偿方式。无功补偿应遵循“全面规划
，合理
w
布局，分级补偿，就地平衡
;
集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为主；高压补
偿与低
压补偿相结合，以低压补偿为主；调压与降损相结合，以降损为主”的原则。
3
补偿容量的确定
在电力网中无功功率的消耗是很大的，大约
50 %
的无功功率消耗在输、变、设
备上，
50 %
消耗在电力用户上。为了减少无功功率消耗，就必须减少无功功率在电
网里的流动。最好的办法从用户开始增加无功补偿，提高用户负荷的功率因数，这
样可
以减少发电机无功出力和减少输、变、配电设备中的无功电力消耗，从而达到
降低损耗的
目的。补偿的无功功率容量
Q
c
为
?
?
1
1
Q
c
?
P
av
?
?
1
?
?
1
?
2
2
cos
?
2
?
?
cos
?
1
式中
P
av
—最大负荷日平均有功功率
；
cos
?
1
—未装设补偿装置前的功率因数实
测值；
cos
?
2
—装设补偿装置后所达到的功率因数值。
4
无功补偿装置的作用
可以根据负荷变
化情况决定采用静态还是动态补偿方式。当负荷变化较为平稳
时，应采用静态补偿方式，
这不仅能较好地降低线路损耗，而且投资少
;
当负荷变化
较大时，应采用动态补偿方式，稳定电压。
4.1
降低线损
设在某一额定电压下，有功功率恒定不变，由于功率因数变化，其线路损耗变
化
率
Δ
P
%
为
?
cos
?
1
2
?
P
%
?
?
1
?
(
)
?
?
100%
cos
?
?
2
?
从表
4.1
中可以看出提高功率因数对于降低电能损耗，
提高经济效益具有十分重
要的作用。
w
表
4.1
功率因数与有功损耗百分率的对应数据
若在恒
定有功功率条件下，原有的功率因数
cos
?
< br>1
为
0.60
，补偿后的功率因
数
cos
?
2
为
1
，
0
时，
其线损率降低
Δ
Ρ
%
< br>为
64 %
。采用动态补偿装置，将电力电容器分
组跟踪补偿，则可由原来不同的功率因数稳定在所规定的功率因数范围内，达到充
分补偿的目的。
4.2
线路、变压器的增容
线路、变压器的增容量
Δ
S
为
?
cos
?
1
?
S
?
S
?
?
1
?
?
cos
?
?
2
?
加设补偿装置后，可提高功率因数，对企业的直接功率因数经济效益是明显
的。
因为国家电价制度中，从合理利用能源出发，依据企业的功率因数值来调整电价高<
/p>
低。这种补偿装置对企业和整个电力系统的经济运行都有着重大的经济效。
4.3
改善电压质量
改善电压质量是指装设动态无功补偿装置前后，作用在补偿地点的线路电压稍
有提高
。
U
?
U
1
?
U
2
tg
?
< br>2
x
?
100%
?
Q
1
R
?
tg
?
1
x
式中
tg
?
1
—未装设补偿装置前
?
1
角的正切；
tg<
/p>
?
2
—装设补偿装置后
< br>?
2
角的正切；
R
、
x
—线路的电阻、电抗。
w
5
工业企业供用电系统存在的问题与解决措施
< br>图
1
为某重型机床厂供电系统示意图。目前，该厂变压器
总容量为
17660
kVA
，
共有
20
台变压器
(
1 #
～
20 #
变压器
)
，每台变压器的容量范围为
50
～
1250
kVA
，
变比为
10kV/ 0
14kV
。变压器低压侧负载主要为电动机，如图中
M
1
、
M
2
??
Mn
所示。
一般情况变压器负载率基本上维持在
28
%
～
29 %
之间，最大负载时为
7000
kW
。
5.1
采用高、低压相结合的补偿方式取代高压集中补偿
从图中可以看到该厂供电网络的功率因数补偿是高压集中补偿，即只在变电所
10kV
的高压母线上接电容器组，而低压却没有采取任何补偿措施。这种固定电容
器
补偿的方法会出现过补偿或欠补偿的情况，并且对二次母线以下的供电线路的功率
因数补偿不起作用。
由于功率因数低而造成的线路损失和变电设备的
损失是很大的，
所以补偿时要尽量做到分级，靠近负载处安装电容器。因而提出高压侧集
中补偿和
低压侧分散补偿相结合的补偿方式。
图
5.1
某重型机床厂供电系统示意图
5.2
改变供电方式，尽可能避免“大马拉小车”的现象
在设备选型时，要考虑留有一定的容量，防止重载时损坏设备，这样大部分时
间都造成设备欠载和严重欠载形成“大马拉小车”运行。由于该厂变压器的负载率
基本
上在
28 %
～
29 %
之间，
说明变压器的装机容量过大，
变压器容量不能
充分利用，
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既浪费了设备投资又增加了电能损耗。可以通过
合理选择变压器的容量以及减少或
限制用电设备轻载或空载的时间来防止“大马拉小车”
现象。
5.3
避免设备的空载运行
目前，该厂某些
设备的空载运行严重。在提高功率因数时，首先应考虑使设备
合理运行，提高耗电设备本
身的功率因数。该厂主要负荷是交流电动机，其功率因
数随它的负载而改变，电动机在空
转时，功率因数约在
0.1
～
0.3<
/p>
之间，额定负载时
在
< br>0.8
～
0.85
之间，因而应使电动机接近额定负荷状态下运行。要把电动机功率因数
提高
，最简单的办法是用电容器和电动机并联，所以避免设备的空载运行是提高设
备功率因数
的重要途径。
5.4
建议完善配电设备或对其进行重新改造
在现场测量数据的过程中，我们发现很多配电设备老化现象严重，没有电流表、
电压表
或者读数不准确，如镗床车间的配电房内完全没有电流表和电压表。
6
经济效益分析
以该厂供电系统中的
2 #
变压器为
例，在低压侧加装电容器，使该厂采取高压
侧集中补偿和低压侧分散补偿相结合的补偿方
式，如图
6.1
。图中
2
#
变压器容量为
800k
VA
，型号为
S9 - 800/ 10
，额定铜损耗为
P
cun
=
715kW
，输电线路型号为
YJV22
< br>。
取电价为
0.55
元
/
kW.h
。
将功
率因数由补偿前的
0.59
提高到补偿后的
0.98
，
表
6.1
是利用测量仪器在现场测得的变压器运行时二次侧数据，
现通过计算分析无
功
补偿降损节能效益。
图
6.1
铸造车间供电图
w
表
6.1
变压器运行时二次侧数据表
6.1
高压供电线路节电
全年节约电能
Δ
W
=
P
1
h
式
中
P
1
—增加的线路电功率，
?
?
cos
?
?
2
?
2
1
P
?
< br>3
I
R
?
1
?
?
?
?
1
cos
?
2
?
?
?
?
?
?
h
—年运行小时数，
取
5000h
。
经计算全年节约电能
162217kW<
/p>
.
h
，
一年内降低
的电能损耗费
8192
万元。
6.2
变压器节电
变压器的损耗主要有铁损
和铜损。提高变压器二次侧的功率因数，可使总的负
荷电流减少，从而减少铜损。全年节
约变压器铜损耗电能
W
?
(
P
cu
1
?
P
cu
2
)
h
式中
P
< br>1
—补偿前变压器实际运行时的铜损耗电功率
?
I
?
P
cu
1
?
P
cun
?
1
?
?
I
2
?
2
w
Δ
P
Cu2
—补偿后变压器的铜损耗电功率
P<
/p>
cu
2
?
cos
?
1
?
?
P
cun
1
?
?
?
cos
?
2
?
2
经计算全年节约电能
3150kW.h
，一年
内节约变压器铜损耗电费
173518
元。
6.3
功率因数调整电费
用户一年内减少因功率因数偏低多支出的罚金
:
800 ×
0. 589×
5000
×
0.55
×
17.22
%(
增收率
)
=22131
万元补偿后用户一年内得到的功率因数奖金
:800
×
0.
589
×
5000
×
0.55
×
2.7
%(
减收率
) =315
万元两项总计
为
25181
万元由上述计算可知一
年
内合计增加纯收入
34173
万元，根据补偿容量需设备投资<
/p>
2715
万元，
9
个月就能收
回投资。这说明针对该厂铸造车间的具体情况在变压器二次侧采用分散补偿
的方式
进行无功补偿是可行的，并且能取得长期且明显的经济效果。
w
Industrial
enterprises of reactive power compensation
From:Power System Analysis and Design
Abstract
The improvement
of industrial enterprises is to improve the power
factor of electric
power
efficiency
，
an
important
means
of
saving
energy.
In
this
paper
，
theoretical
analysis
and
application
examples
of
the
industrial
enterprises
，
the
significance
of
reactive
power
compensation
and
the
role
and
view
of
the
current
power
system
，
industrial
enterprises
，
the
problems for the proposed improvements and
measures.
Introduction
In
industrial
enterprises
，
the
vast
majority
of
electrical
equipment
belongs
to
perceptual
load
，
these
devices in operation to absorb a large number of
reactive power.
An increase in reactive
power supply system power factor to lower system
voltage drop to
occur
，
electrical equipment not fully
utilized
，
increasing line losses and lower-
powered
equipment
，
power supply capacity and so on. In
situ reactive power compensation and
thus
improve
the
power
factor
of
the
Energy
Conservation
has
extremely
important
significance.
The choice of method of
compensation
Compensation
for
reactive
power
compensation
is
divided
into
centralized
and
decentralized
compensation
for
three
kinds
of
compensation
and
in
situ.
Focus
on
compensation
，
that is
，
high and low voltage power distribution
set up by several groups
within
the
capacitor
，
capacitor
connected
to
the
power
distribution
bus
，
the
compensation for the
distribution of power within the reactive
power
，
and to
reach the
required
value
of
the
total
power
factor
above.
This
method
of
compensation
can
compensate for high and low voltage bus
routes
prior to the reactive
power
，
which is
equivalent to the reactive power source
to move the electricity distribution
companies
，
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