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1、- 1 -一、无功补偿原理一、无功补偿原理在大系统中，无功补偿用于调整电网的电压，提高电网的稳定性。 在小系统中，通过恰当的无功补偿方法还可以调整三相不平衡电流。按照 wangs 定理：在相与相之间跨接的电感或者电容可以在相间转移有功电流。因此，对于三相电流不平衡的系统，只要恰当地在各相与相之间以及各相与零线之间接入不同容量的电容器，不但可以将各相的功率因数均补偿至 1，而且可以使各相的有功电流达到平衡状态。无功补偿的基本原理：电网输出的功率包括两部分;一是有功功率;二是无功功率.直接消耗电能,把电能转变为机械能,热能,化学能或声能,利用这些能作功,这部分功率称为有功功率;不消耗电能;只是把电
2、能转换为另一种形式的能,这种能作为电气设备能够作功的必备条件,并且,这种能是在电网中与电能进行周期性转换,这部分功率称为无功功率,如电磁元件建立磁场占用的电能,电容器建立电场所占的电能.电流在电感元件中作功时,电流滞后于电压 90.而电流在电容元件中作功时,电流超前电压 90.在同一电路中,电感电流与电容电流方向相反,互差 180.如果在电磁元件电路中有比例地安装电容元件,使两者的电流相互抵消,使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小。 - 2 -无功补偿的具体实现方式：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输
3、出的无功功率补偿。电网中常用的无功补偿方式包括： 集中补偿：在高低压配电线路中安装并联电容器组； 分组补偿：在配电变压器低压侧和用户车间配电屏安装并联补偿电容器； 单台电动机就地补偿：在单台电动机处安装并联电容器等。 加装无功补偿设备，不仅可使功率消耗小，功率因数提高，还可以充分挖掘设备输送功率的潜力。 确定无功补偿容量时，应注意以下两点： 在轻负荷时要避免过补偿，倒送无功造成功率损耗增加，也是不经济的。 功率因数越高，每千伏补偿容量减少损耗的作用将变小，通常情况下，将功率因数提高到 0.95 就是合理补偿。 就三种补偿方式而言，无功就地补偿克服了集中补偿和分组补偿的缺点，是一种较为完善的补偿
4、方式： 因电容器与电动机直接并联，同时投入或停用，可使无功不倒流，保证用户功率因数始终处于滞后状态，既有利于用户，也有利于电网。 有利于降低电动机起动电流，减少接触器的火花，提高控制电器工作的可靠性，延长电动机与控制设备的使用寿命。 - 3 -无功就地补偿容量可以根据以下经验公式确定：QU0 式中：Q-无功补偿容量（kvar）；U-电动机的额定电压（V）；0-电动机空载电流（A）；但是无功就地补偿也有其缺点：不能全面取代高压集中补偿和低压分组补偿；众所周之，无功补偿按其安装位置和接线方法可分为：高压集中补偿、低压分组补偿和低压就地补偿。其中就地补偿区域最大，效果也好。但它总的电容器安装容量比其
5、它两种方式要大，电容器利用率也低。高压集中补偿和低压分组补偿的电容器容量相对较小，利用率也高，且能补偿变压器自身的无功损耗。为此，这三种补偿方式各有应用范围，应结合实际确定使用场合，各司其职。二、影响功率因数的主要因素二、影响功率因数的主要因素功率因数的产生主要是因为交流用电设备在其工作过程中，除消耗有功功率外，还需要无功功率。当有功功率 P 一定时，如减少无功功率 Q，则功率因数就能够提高。在极端情况下，当 Q=0 时，则其力率=1。因此提高功率因数问题的实质就是减少用电设备的无功功率需要量。1、异步电动机和电力变压器是耗用无功功率的主要设备 异步电动机的定子与转子间的气隙是决定异步电动机需
6、要较多无功的主要因素。而异步电动机所耗用的无功功率是由其空载时的无功功率和一定负载下无功功率增加值两部分所组成。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。变压器消耗无功的主要成份是它的空载无功功率，它和负载- 4 -率的大小无关。因而，为了改善电力系统和企业的功率因数，变压器不应空载运行或长期处于低负载运行状态。2、 供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响当供电电压高于额定值的 10%时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，根据查找有关资料，当供电电压为额定值的110%时，一般企业的无功将增加 35%左右。当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减
7、少而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。所以，应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。3、电网频率的波动也会对异步电机和变压器的磁化无功功率造成一定的影响以上分析了影响电力系统功率因数的一些主要因素，根据影响功率因数的主要因素，寻找一些行之有效的、能够使低压电力网功率因数提高的一些方法，使低压网能够实现无功的就地平衡，达到降损节能的效果。三、无功功率补偿容量的选择方法三、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）。1、
8、单负荷就地补偿容量的选择的几种方法（1）、Qc=(1/3)Pe 额定容量的 1/3（2）、1/41/2 容量计算- 5 -考虑负载率及极对数等因素，按式（5）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，对一般情况都可行，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。（3）、经验系数法：由于电机极数不同，按极数大小确定经验系数选择容量比较接近实际需要的电容器，采用这种方法一般在 70%负荷时，补后功率因数可在 0.950.97 之间经验系数表电
9、机类型 一般电机 起重电机 冶金电机极数 2 4 6 8 10 8 10补偿容量（kvar/kw） 0.2 0.20.25 0.250.3 0.350.4 0.5 0.6 0.75电机容量大时选下限，小时选上限 ；电压高时选下限，小时选上限4、Qc=P1/COS21-1-1/COS22-1实际测试比较准确方法此法适用于任何一般感性负荷需要精确补偿的就地补偿容量的计算。（4）、如果测试比较麻烦，可以按下式Qc 3UeIo10-3 (kvar)Io-空载电流=2Ie(1-COSe ) 公式 QoQC若电动机带额定负载运行，即负载率 =1,则：QoQC根据电机学知识可知，对于 Io/Ie 较低的电动
10、机（少极、大功率电- 6 -动机），在较高的负载率 时吸收的无功功率 Q 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。(5）、按电动机额定数据计算：Q= k(1- cos2e )3UeIe10-3 (kvar)K 为与电动机极数有关的一个系数极数： 2 4 6 8 10K 值： 0.7 0.8 0.85 0.9 2、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：Qe=KmKj(tg1-tg2)/Tm 式中：Km 为
11、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0.80.9;Tm 为企业的月工作小时数；tg1、tg2 意义同前，tg1 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(tg1-tg2) 式中 Kn 为年平均有功负荷系数，一般取0.70.75;Pn 为企业有功功率之和；tg1、tg2 意义同前。tg1 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 cos1。- 7 -多负荷的集中补偿电容器安装简单，运行可靠、利用率较高。但电气设备不连续运转或轻负荷运行时，会造成过补偿，使运行电压抬高，电压质量
12、变坏。因此这种方法选择的容量，对于低压来说最好采用电容器组自动控制补偿，即根据负荷大小自动投入无功补偿容量的多少，对高压来说应考虑采取防过补偿措施。四、无功补偿的效益四、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 0.700.85 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。由于减少了电网无功功率的输入，会给用电企业带来效益。1、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
13、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。可见，提高功率因数对企业有着重要的经济意义。2、提高设备的利用率。对于原有供电设备来讲，在同样有功功率下，因功率因数的提高，负荷电流减少，因此向负荷传送功率所经过的变压器、开关和导线等供配电设备都增加了功率储备，从而满足了负荷增长的需要；如果原网络已趋于过载，由于功率因数的提高，输送无功电流的减少，使系统不致于过载运行，从而发挥原有- 8 -设备的潜力；对尚处于设计阶段的新建企业来说则能降低设备容量，减少投资费用，在一定条件下，改善后的功率因数可以使所
14、选变压器容量降低。因此，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。3、降低系统的能耗补偿前后线路传送的有功功率不变，P= IUCOS，由于 COS 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 U2U1 从而导出 I1COS1=I2COS2。即 I1/I2= COS2/ COS1,这样线损 P 减少的百分数为：P%= (1-I2/I1)100%=（1- COS21/ COS22） 100%当功率因数从 0.600.75 提高到 0.95 时，由上式可求得有功损耗将降低 20%40%。4、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
15、电抗为 R、X,有功和无功为 P、Q,则电压损失 U 为：U=（PR+QX）/Ue10-3(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=（24）R，U 大部分为输送无功负荷 Q 产生的变压器：X=（510）R QX/Ue=(510) 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。因此，无功补偿能改善电压质量（一般电压稳定不宜超过 3%）。但是如果只追求改善电压质量来装设电容器是很不经济的，对于无功补偿应用的主要目的是改善功率因数，减少线- 9
16、 -损，调压只是一个辅助作用。5、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/ COS1（ COS 2/ COS1）-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：（1550.857）（0.967 0.857）-1=24KVA五、并联电容器过补偿的危害和预防五、并联电容器过补偿的危害和预防1、 过补偿的危害(1) 抬高网络电压。抬高网络电压主要发生在变压器。我们用变压器的等值电路图来说明。图 1 图 2变压器等值电路如图 1。r1,r2,x1,x2分别是原边，副边绕组的电阻和电抗，U1是原边电压，U2是换算到原
