淺析低壓電網(wǎng)中無功補償
摘要：低壓電網(wǎng)如何有效保持良好的工作狀態(tài)，降低電能損失，與電網(wǎng)穩(wěn)定工作、設備安全運行、工安全生產(chǎn)及人民生活用電都有直接影響。分析無功補償?shù)淖饔煤椭饕胧?/p>
無功補償是借助于無功補償設備提供必要的無功功率，以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低電能的損耗，改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量。
從電網(wǎng)無功功率消耗的基本狀況可以看出，各級網(wǎng)絡和輸配電設備都要消耗一定數(shù)量的無功功率，尤其是以低壓配電網(wǎng)所占比重最大。為了最大限度的減少無功功率的傳輸損耗，提高輸配電設備的效率，無功補償設備的配置，應按照“分級補償，就地平衡”的原則，合理布局。
一、低壓配電網(wǎng)無功補償?shù)姆椒?/strong>
隨機補償：隨機補償就是將低壓電容器組與電動機并接，通過控制、保護裝置與電機，同時投切。
隨器補償：隨器補償是指將低壓電容器通過低壓接在配電變壓器二次側(cè)，以補償配電變壓器空載無功的補償方式。
跟蹤補償：跟蹤補償是指以無功補償投切裝置作為控制保護裝置，將低壓電容器組補償在大用戶0.4kv母線上的補償方式。適用于100kVA以上的專用配變用戶，可以替代隨機、隨器兩種補償方式，補償效果好。
二、無功功率補償容量的選擇方法
無功補償容量以提高功率因數(shù)為主要目的時，補償容量的選擇分兩大類討論，即單負荷就地補償容量的選擇(主要指電動機)和多負荷補償容量的選擇(指集中和局部分組補償)。
(一)單負荷就地補償容量的選擇的幾種方法
1.美國：Qc=(1/3)Pe
2.日本：Qc=(1/4~1/2)Pe
3.瑞典：Qc≤√3UeIo×10-3 (kvar)Io-空載電流=2Ie(1-COSφe )
若電動機帶額定負載運行，即負載率β=1,則：Qo根據(jù)電機學知識可知，對于Io/Ie較低的電動機(少極、大功率電動機)，在較高的負載率β時吸收的無功功率Qβ與激勵容量Qo的比值較高，即兩者相差較大，在考慮導線較長，無功當量較高的大功率電動機以較高的負載率運行方式下，此式來選取是合理的。
4.按電動機額定數(shù)據(jù)計算：
Q= k(1- cos2φe )3UeIe×10-3 (kvar)
K為與電動機極數(shù)有關(guān)的一個系數(shù)
極數(shù)：2 4 6 8 10
K值： 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9
考慮負載率及極對數(shù)等因素，按式(4)選取的補償容量，在任何負載情況下都不會出現(xiàn)過補償，而且功率因數(shù)可以補償?shù)?.90以上。此法在節(jié)能技術(shù)上廣泛應用，特別適用于Io/Ie比值較高的電動機和負載率較低的電動機。但是對于Io/Ie較低的電動機額定負載運行狀態(tài)下，其補償效果較差。
(二)多負荷補償容量的選擇
多負荷補償容量的選擇是根據(jù)補償前后的功率因數(shù)來確定。
1.對已生產(chǎn)企業(yè)欲提高功率因數(shù)，其補償容量Qc按下式選擇：
Qc=KmKj(tgφ1-tgφ2)/Tm
式中：Km為最大負荷月時有功功率消耗量，由有功電能表讀得;Kj為補償容量計算系數(shù)，可取0.8～0.9;Tm為企業(yè)的月工作小時數(shù);tgφ1、 tgφ2是指負載阻抗角的正切，tgφ1=Q1/P，tgφ2= Q2/P;tgφ(UI)可由有功和無功電能表讀數(shù)求得。
2.對處于設計階段的企業(yè)，無功補償容量Qc按下式選擇：
Qc=KnPn(tgφ1-tgφ2)
式中Kn為年平均有功負荷系數(shù)，一般取0.7～0.75;Pn為企業(yè)有功功率之和;tgφ1、tgφ2意義同前。tgφ1可根據(jù)企業(yè)負荷性質(zhì)查手冊近似取值，也可用加權(quán)平均功率因數(shù)求得cosφ1。
多負荷的集中補償電容器安裝簡單，運行可靠、利用率較高。
三、無功補償?shù)男б?/strong>
在現(xiàn)代用電企業(yè)中，在數(shù)量眾多、容量大小不等的感性設備連接于系統(tǒng)中，以致電網(wǎng)傳輸功率除有功功率外，還需無功功率。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，則無功消耗只占有功消耗的30%左右。減少了電網(wǎng)無功功率的輸入，會給用電企業(yè)帶來效益。
(一)節(jié)省企業(yè)電費開支。提高功率因數(shù)對企業(yè)的直接效益是明顯的，因為國家電價制度中，從合理利用有限電能出發(fā)，對不同企業(yè)的功率因數(shù)規(guī)定了要求達到的不同數(shù)值，低于規(guī)定的數(shù)值，需要多收電費，高于規(guī)定數(shù)值，可相應地減少電費。使用無功補償不但減少初次費用，而且減少了運行后的基本電費。
(二)降低系統(tǒng)的能耗。補償前后線路傳送的有功功率不變，P= IUCOSφ，由于COSφ提高，補償后的電壓U2稍大于補償前電壓U1,為分析問題方便，可認為U2≈U1從而導出I1COSφ1=I2COSφ2。即 I1/I2= COSφ2/ COSφ1,這樣線損 P減少的百分數(shù)為：
ΔP%= (1-I2/I1)×100%=(1- COSφ1/ COSφ2)× 100%
當功率因數(shù)從0.70～0.85提高到0.95時，由上式可求得有功損耗將降低20%～45%。
(三)改善電壓質(zhì)量。以線路末端只有一個集中負荷為例，假設線路電阻和電抗為R、X,有功和無功為P、Q,則電壓損失ΔU為：
△U=(PR+QX)/Ue×10-3(KV) 兩部分損失：PR/ Ue→輸送有功負荷P產(chǎn)生的;QX/Ue→輸送無功負荷Q產(chǎn)生的;
配電線路：X=(2~4)R，△U大部分為輸送無功負荷Q產(chǎn)生的
變壓器：X=(5~10)R QX/Ue=(5~10) PR/ Ue 變壓器△U幾乎全為輸送無功負荷Q產(chǎn)生的。
可以看出，若減少無功功率Q,則有利于線路末端電壓的穩(wěn)定，有利于大電動機的起動。
(四)三相異步電動機通過就地補償后，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，計算公式如下：
△S=P/ COSφ1×[( COSφ2/ COSφ1)-1]
如一臺額定功率為155KW水泵的電機，補前功率因數(shù)為0.857，補償后功率因數(shù)為0.967，根據(jù)上面公式計算其增容量為：(155÷0.857) ×[(0.967 ÷0.857)-1]=24KVA
四、結(jié)束語
在配電網(wǎng)中進行無功補償、提高功率因數(shù)和做好無功優(yōu)化，是一項建設性的節(jié)能措施。本文簡要分析了三種無功補償?shù)姆椒ê蛢煞N無功功率補償容量的選擇方法以及無功補償后的良性影響。在實際設計中，要具體問題具體分析，使無功補償應用獲得最大的效益。
參考文獻：
[1]戴曉亮，無功補償技術(shù)在配電網(wǎng)中的應用.電網(wǎng)技術(shù).1999.23(6).
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