淺析低壓電網(wǎng)中無功補(bǔ)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(shè)備安全運(yùn)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(bǔ)償的作用和主要措施。

無功補(bǔ)償是借助于無功補(bǔ)償設(shè)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(jí)網(wǎng)絡(luò)和輸配電設(shè)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(shè)備的效率，無功補(bǔ)償設(shè)備的配置，應(yīng)按照“分級(jí)補(bǔ)償，就地平衡”的原則，合理布局。

一、低壓配電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)姆椒?/strong>

隨機(jī)補(bǔ)償：隨機(jī)補(bǔ)償就是將低壓電容器組與電動(dòng)機(jī)并接，通過控制、保護(hù)裝置與電機(jī)，同時(shí)投切。

隨器補(bǔ)償：隨器補(bǔ)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(bǔ)償配電變壓器空載無功的補(bǔ)償方式。

跟蹤補(bǔ)償：跟蹤補(bǔ)償是指以無功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，將低壓電容器組補(bǔ)償在大用戶0.4kv母線上的補(bǔ)償方式。適用于100kVA以上的專用配變用戶，可以替代隨機(jī)、隨器兩種補(bǔ)償方式，補(bǔ)償效果好。

二、無功功率補(bǔ)償容量的選擇方法

無功補(bǔ)償容量以提高功率因數(shù)為主要目的時(shí)，補(bǔ)償容量的選擇分兩大類討論，即單負(fù)荷就地補(bǔ)償容量的選擇(主要指電動(dòng)機(jī))和多負(fù)荷補(bǔ)償容量的選擇(指集中和局部分組補(bǔ)償)。

(一)單負(fù)荷就地補(bǔ)償容量的選擇的幾種方法

1.美國(guó)：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(dòng)機(jī)帶額定負(fù)載運(yùn)行，即負(fù)載率β=1,則：Qo根據(jù)電機(jī)學(xué)知識(shí)可知，對(duì)于Io/Ie較低的電動(dòng)機(jī)(少極、大功率電動(dòng)機(jī))，在較高的負(fù)載率β時(shí)吸收的無功功率Qβ與激勵(lì)容量Qo的比值較高，即兩者相差較大，在考慮導(dǎo)線較長(zhǎng)，無功當(dāng)量較高的大功率電動(dòng)機(jī)以較高的負(fù)載率運(yùn)行方式下，此式來選取是合理的。

4.按電動(dòng)機(jī)額定數(shù)據(jù)計(jì)算：

Q= k(1- cos2φe )3UeIe×10-3 (kvar)

K為與電動(dòng)機(jī)極數(shù)有關(guān)的一個(gè)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(fù)載率及極對(duì)數(shù)等因素，按式(4)選取的補(bǔ)償容量，在任何負(fù)載情況下都不會(huì)出現(xiàn)過補(bǔ)償，而且功率因數(shù)可以補(bǔ)償?shù)?.90以上。此法在節(jié)能技術(shù)上廣泛應(yīng)用，特別適用于Io/Ie比值較高的電動(dòng)機(jī)和負(fù)載率較低的電動(dòng)機(jī)。但是對(duì)于Io/Ie較低的電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)下，其補(bǔ)償效果較差。

(二)多負(fù)荷補(bǔ)償容量的選擇

多負(fù)荷補(bǔ)償容量的選擇是根據(jù)補(bǔ)償前后的功率因數(shù)來確定。

1.對(duì)已生產(chǎn)企業(yè)欲提高功率因數(shù)，其補(bǔ)償容量Qc按下式選擇：

Qc=KmKj(tgφ1-tgφ2)/Tm

式中：Km為最大負(fù)荷月時(shí)有功功率消耗量，由有功電能表讀得;Kj為補(bǔ)償容量計(jì)算系數(shù)，可取0.8～0.9;Tm為企業(yè)的月工作小時(shí)數(shù);tgφ1、 tgφ2是指負(fù)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(duì)處于設(shè)計(jì)階段的企業(yè)，無功補(bǔ)償容量Qc按下式選擇：

Qc=KnPn(tgφ1-tgφ2)

式中Kn為年平均有功負(fù)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(fù)荷性質(zhì)查手冊(cè)近似取值，也可用加權(quán)平均功率因數(shù)求得cosφ1。

多負(fù)荷的集中補(bǔ)償電容器安裝簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠、利用率較高。

三、無功補(bǔ)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(shè)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(huì)給用電企業(yè)帶來效益。

(一)節(jié)省企業(yè)電費(fèi)開支。提高功率因數(shù)對(duì)企業(yè)的直接效益是明顯的，因?yàn)閲?guó)家電價(jià)制度中，從合理利用有限電能出發(fā)，對(duì)不同企業(yè)的功率因數(shù)規(guī)定了要求達(dá)到的不同數(shù)值，低于規(guī)定的數(shù)值，需要多收電費(fèi)，高于規(guī)定數(shù)值，可相應(yīng)地減少電費(fèi)。使用無功補(bǔ)償不但減少初次費(fèi)用，而且減少了運(yùn)行后的基本電費(fèi)。

(二)降低系統(tǒng)的能耗。補(bǔ)償前后線路傳送的有功功率不變，P= IUCOSφ，由于COSφ提高，補(bǔ)償后的電壓U2稍大于補(bǔ)償前電壓U1,為分析問題方便，可認(rèn)為U2≈U1從而導(dǎo)出I1COSφ1=I2COSφ2。即 I1/I2= COSφ2/ COSφ1,這樣線損 P減少的百分?jǐn)?shù)為：

ΔP%= (1-I2/I1)×100%=(1- COSφ1/ COSφ2)× 100%

當(dāng)功率因數(shù)從0.70～0.85提高到0.95時(shí)，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(gè)集中負(fù)荷為例，假設(shè)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(fù)荷P產(chǎn)生的;QX/Ue→輸送無功負(fù)荷Q產(chǎn)生的;

配電線路：X=(2~4)R，△U大部分為輸送無功負(fù)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(fù)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(dòng)機(jī)的起動(dòng)。

(四)三相異步電動(dòng)機(jī)通過就地補(bǔ)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(jì)算公式如下：

△S=P/ COSφ1×[( COSφ2/ COSφ1)-1]

如一臺(tái)額定功率為155KW水泵的電機(jī)，補(bǔ)前功率因數(shù)為0.857，補(bǔ)償后功率因數(shù)為0.967，根據(jù)上面公式計(jì)算其增容量為：(155÷0.857) ×[(0.967 ÷0.857)-1]=24KVA

四、結(jié)束語(yǔ)

在配電網(wǎng)中進(jìn)行無功補(bǔ)償、提高功率因數(shù)和做好無功優(yōu)化，是一項(xiàng)建設(shè)性的節(jié)能措施。本文簡(jiǎn)要分析了三種無功補(bǔ)償?shù)姆椒ê蛢煞N無功功率補(bǔ)償容量的選擇方法以及無功補(bǔ)償后的良性影響。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，要具體問題具體分析，使無功補(bǔ)償應(yīng)用獲得最大的效益。

參考文獻(xiàn)：

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