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低压电网无功补偿分析论文
低压电网无功补偿分析论文 [论文关键词]低压电网无功补偿功率因数 [论文摘要]低压电网如何有效保持良好的工作状态，降低电能损失，与电 网稳定工作、电力设备安全运行、工农业安全生产及人民生活用电都有直接影响。分析无功补偿的作用和主要措施。
无功补偿是借助于无功补偿设备提供必要的无功功率，以提高系统的功率 因数，降低电能的损耗，改善电网电压质量。
从电网无功功率消耗的基本状况可以看出，各级网络和输配电设备都要消 耗一定数量的无功功率，尤其是以低压配电网所占比重最大。为了最大限度的减 少无功功率的传输损耗，提高输配电设备的效率，无功补偿设备的配 置，应按照“分级补偿，就地平衡”的原则，合理布局。
一、低压配电网无功补偿的方法 随机补偿：随机补偿就是将低压电容器组与电动机并接，通过控制、保护 装置与电机，同时投切。
随器补偿：随器补偿是指将低压电容器通过低压保险接在配电变压器二次 侧，以补偿配电变压器空载无功的补偿方式。
跟踪补偿：跟踪补偿是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置，将低压 电容器组补偿在大用户0.4kv母线上的补偿方式。适用于100kVA以上的专用配变 用户，可以替代随机、随器两种补偿方式，补偿效果好。
二、无功功率补偿容量的选择方法 无功补偿容量以提高功率因数为主要目的时，补偿容量的选择分两大类讨 论，即单负荷就地补偿容量的选择（主要指电动机）和多负荷补偿容量的选择（指 集中和局部分组补偿）。
（一）单负荷就地补偿容量的选择的几种方法 1．美国：Qc=（1/3）Pe2．日本：Qc=（1/4~1/2）Pe 3．瑞典：Qc≤√3UeIo×10-3(kvar)Io-空载电流=2Ie(1-COSφe) 若电动机带额定负载运行，即负载率β=1,则：Qo根据电机学知识可知，对 于Io/Ie较低的电动机（少极、大功率电动机），在较高的负载率β时吸收的无功 功率Qβ与激励容量Qo的比值较高，即两者相差较大，在考虑导线较长，无功经 济当量较高的大功率电动机以较高的负载率运行方式下，此式来选取是合理的。
4．按电动机额定数据计算：
Q=k(1-cos2φe)3UeIe×10-3(kvar) K为与电动机极数有关的一个系数 极数：246810 K值：0.70.750.80.850.9 考虑负载率及极对数等因素，按式（4）选取的补偿容量，在任何负载情 况下都不会出现过补偿，而且功率因数可以补偿到0.90以上。此法在节能技术上 广泛应用，特别适用于Io/Ie比值较高的电动机和负载率较低的电动机。但是对于 Io/Ie较低的电动机额定负载运行状态下，其补偿效果较差。
（二）多负荷补偿容量的选择 多负荷补偿容量的选择是根据补偿前后的功率因数来确定。
1．对已生产企业欲提高功率因数，其补偿容量Qc按下式选择：
Qc=KmKj(tgφ1-tgφ2)/Tm 式中：Km为最大负荷月时有功功率消耗量，由有功电能表读得；
Kj为补 偿容量计算系数，可取0.8～0.9;Tm为企业的月工作小时数；
tgφ1、tgφ2是指负载 阻抗角的正切，tgφ1=Q1/P，tgφ2=Q2/P；
tgφ（UI）可由有功和无功电能表读数 求得。
2．对处于设计阶段的企业，无功补偿容量Qc按下式选择：Qc=KnPn(tgφ1-tgφ2) 式中Kn为年平均有功负荷系数，一般取0.7～0.75;Pn为企业有功功率之 和；
tgφ1、tgφ2意义同前。tgφ1可根据企业负荷性质查手册近似取值，也可用加 权平均功率因数求得cosφ1。
多负荷的集中补偿电容器安装简单，运行可靠、利用率较高。
三、无功补偿的效益 在现代用电企业中，在数量众多、容量大小不等的感性设备连接于电力系 统中，以致电网传输功率除有功功率外，还需无功功率。如自然平均功率因数在 0.70～0.85之间。企业消耗电网的无功功率约占消耗有功功率的60%～90%,如果 把功率因数提高到0.95左右，则无功消耗只占有功消耗的30%左右。减少了电网 无功功率的输入，会给用电企业带来效益。
（一）节省企业电费开支。提高功率因数对企业的直接经济效益是明显的， 因为国家电价制度中，从合理利用有限电能出发，对不同企业的功率因数规定了 要求达到的不同数值，低于规定的数值，需要多收电费，高于规定数值，可相应 地减少电费。使用无功补偿不但减少初次投资费用，而且减少了运行后的基本电 费。
（二）降低系统的能耗。补偿前后线路传送的有功功率不变，P=IUCOSφ， 由于COSφ提高，补偿后的电压U2稍大于补偿前电压U1,为分析问题方便，可认 为U2≈U1从而导出I1COSφ1=I2COSφ2。即I1/I2=COSφ2/COSφ1,这样线损P减少的 百分数为：
ΔP%=(1-I2/I1)×100%=（1-COSφ1/COSφ2）×100% 当功率因数从0.70～0.85提高到0.95时，由上式可求得有功损耗将降低20% ～45%。
（三）改善电压质量。以线路末端只有一个集中负荷为例，假设线路电阻 和电抗为R、X,有功和无功为P、Q,则电压损失ΔU为：
△U=（PR+QX）/Ue×10-3(KV)两部分损失：PR/Ue→输送有功负荷P产生 的；
QX/Ue→输送无功负荷Q产生的；
配电线路：X=（2~4）R，△U大部分为输送无功负荷Q产生的 变压器：X=（5~10）RQX/Ue=(5~10)PR/Ue变压器△U几乎全为输送无功 负荷Q产生的。
可以看出，若减少无功功率Q,则有利于线路末端电压的稳定，有利于大电 动机的起动。
（四）三相异步电动机通过就地补偿后，由于电流的下降，功率因数的提 高，从而增加了变压器的容量，计算公式如下：
△S=P/COSφ1×[（COSφ2/COSφ1）-1] 如一台额定功率为155KW水泵的电机，补前功率因数为0.857，补偿后功 率因数为0.967，根据上面公式计算其增容量为：（155÷0.857）×[（0.967÷0.857） -1]=24KVA 四、结束语 在配电网中进行无功补偿、提高功率因数和做好无功优化，是一项建设性 的节能措施。本文简要分析了三种无功补偿的方法和两种无功功率补偿容量的选 择方法以及无功补偿后的良性影响。在实际设计中，要具体问题具体分析，使无 功补偿应用获得最大的效益。
