无功功率补偿
无功功率补偿范文第1篇
关键词：功率因数 无功功率 有功功率
0 引言
功率因数是衡量企业供电系统电能利用程度及电气设备使用状况的一个具有代表性的重要指标之一，通常使用cosφ表示，我们可以用以下几项来介绍功率因数的重要性，及提高功率因数的方法。
1 有功功率和无功功率
企业的用电设备大部分都用电磁感应原理来工作的，比如：变压器、电焊机、电磁感应式电动机等等，它们都是靠电能转化成电磁能再转化为电能或机械能来实现的能量转换，这样，用电设备就必须从电网上吸收两种能量，一部分能量用于做功，即前边提到得机械能或热能，这部分能量大部分是为了满足生产和生活的需要，称为有功功率。另一部分能量用来产生交变磁场，它是变压器、电焊机或电感线圈形成能量转换和传输的介质，没有了磁场，就没有了传输能量的介质，从而使能量只能在电源或用电设备内部消耗，而不能对外传输，不能对外做功，这部分功率叫做无功功率。无功，顾名思义就是无用功，其实它并不是没有用，没有它，任何能量都只能自己消耗，不能传输，然而它确实在能量转换的过程中没有转换成其它能量，所以叫作无功功率。有功功率和无功功率都是电能运用所必须的，若有功功率不足，就不能满足用电负荷的需要，会将电网电压拉低，系统发电机的转速变慢，发电频率降低，影响用电质量，威胁发电厂和各用电设备的安全。若无功功率不足，系统电压也会降低，电流将会升高，电机过流过热，会导致用电设备绝缘破坏，甚至烧毁。
2 功率因数
功率因数是衡量企业供电系统电能利用程度及电气设备使用状况的一个具有代表性的重要指标之一，通常使用cosφ表示。一个供电设备的供电容量通常是用视在功率表示，字面意思就是我们所能看到的功率，即表见功率，但不是真实功率，它的真实功率是由视在功率和功率因数的乘积决定的。所以说功率因数是一个非常重要的供电指标，而视在功率是由有功功率的平方与无功功率的平方和，开跟号得到的。视在功率确定后，有功功率分量高就称为功率因数高，有功功率分量低就称为功率因数低，有功功率和无功功率都是靠发电机发出的，然而用电设备所需要的功率会因设备的感性和容性不同而不同，当用电设备是感性时，用电设备的电压会超前电流90°；当用电设备是容性时，电流超前电压90°，两个分量将在一条直线上，但方向相反，用电设备中感性的居多，所以这就需要一个容性的负荷进行无功补偿了。
3 有功功率和无功功率的三角关系
上述讲的有功功率和无功功率可以用直角三角形的关系来描述：三角形的两条直角边，一个表示有功功率，一个表示无功功率，它们的斜边就是视在功率，有功功率和视在功率之间的夹角就是功率因数角，功率因数角的余弦值就是功率因数。无功功率越少，功率因数角就越小，它的余弦值就越大，有功功率和视在功率就越接近，也就是说，能量的转换效率也就越高。这就提出了一个问题，怎样减少发电机的无功输出？或者说怎样减少感性负何的无功吸收？
4 提高功率因数的意义
由上述3可以看出，要使发电厂和供电所更有效利用资源进行电能的转换和传输，就必须合理的进行有功功率和无功功率的分配，在无功功率配置合理的情况下，尽量的多发有功，减少无功功率的输出。那就要提高用电设备的功率因数。当供电系统中输送的有功功率维持恒定的情况下，无功功率增大即功率因数的降低，就会引起：①系统中输送的总电流增大，使电气元件，如变压器、电抗器、导线等容量增大，从而扩大了企业投资；②由于无功功率增大，造成输电电流增大，从而也会增大供电设备的有功损耗；③因为系统中的总电流增大，所以电压损失增大，造成调压困难；④对发电机来说，转子温度升高，发电机达不到预期出力；⑤由于系统电流增大，系统电压降低，会造成其他设备不能正常出力。所以，我们必须提高供电系统的功率因数。
5 提高功率因数和无功补偿
企业的感性负荷大部分是异步电动机，运行时要消耗一定的无功功率，使得电动机和输电线路的电流增大，如果给电动机增加就地补偿电容，不但可以使线路及配电装置的输送电流减小，而且还可以减少有功损耗，减少初期的投资容量。下面给出异步电动机的无功补偿计算公式，以供大家参考：
设补偿前电动机的无功功率为Q1，补偿电容器后的无功功率为Q2，则补偿电容器的无功功率为:
Qc=Q1-Q2=P1(tanφ1-tanφ2)=
式中：P1、P2为电动机运行时输入/输出的有功功率，η为电动机运行时的效率，φ1、φ2为电容器补偿前后的功率因数角。
补偿前的功率因数：cosφ1=(cosφe)1/k ，式中：cosφe为电动机额定负载时的功率因数，可从产品目录中查得，k为电机定子电流负载率，k=I1/Ie，其中I1为电机运行时的实测定子电流（A），Ie为电机的额定电流（A）。
补偿后的功率因数一般是0.95左右，如果再高，投入的成本太大，不经济，确定了所需补偿的无功功率Qc之后，那么补偿电容量C=
式中：f为电源频率（Hz），Ue为电机额定电压（V），Qc为电容补偿的无功功率（Var）。
注意：个别补偿的电容容量应根据电动机的功率、负载率及电网情况适当考虑，避免过补偿或欠补偿状态的出现。
6 补偿方式
工业企业中常用的电容器补偿方式大概有三种：集中补偿、分组补偿和单个补偿。企业电力系统的补偿方式的选择，要视企业的具体情况而定。比如：从无功就地平衡来说，单个补偿的效果最好（单个补偿应用于大容量、长期运行、无功功率需要较大的设备，或者输电线路较长的设备，不便于实现分组补偿的场合，这种方式可以减少配线电流，导线截面，配电设备的容量），不论采取什么样的补偿方式，补偿电容必须选择适当，而这一切都是为了提高电力系统的功率因数。
7结束语
根据功率因数进行的无功补偿可以有效的提高设备的利用效率，减小了企业的初期投资，对企业供用电的稳定性有着深远的意义。
参考文献：
无功功率补偿范文第2篇
【关键词】无功补偿；功率因数；容量
目前，我国电力工业发展迅猛，电网快速扩张，电力负荷飞快增长，电压等级越来越高，电网、发电厂以及单机容量也越来越大，电网覆盖的地理面积在不断扩大。由于电网容量的增加，对电网无功要求也与日俱增，此外，网络的功率因数和电压的降低将使电气设备得不到充分利用，降低了网络传输能力，并引起损耗增加。因此，解决好配电网络无功补偿技术的问题，提高功率因数以减少设备容量和功率损耗，稳定电压和提高供电质量具有重要意义。
2.无功补偿
无功补偿，就是借助于无功补偿设备提供必要的无功功率，避免由输电系统传输无功功率，从而降低无功损耗，提高系统的传输功率，改善电网供电质量。所以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，从而有效提高电能做功的能力，这就是无功补偿的原理。
3.无功补偿与功率因数的关系
无功补偿的主要作用是提高电网功率因数以减少设备容量和功率损耗，稳定电压和提高供电质量。
（3）提高功率因数，当线路或变压器输送的有功功率和电压不变时，线损与功率因数的平方成反比。所以功率因数越低，电网所需无功越多，线损越大。因此，在受电端安装无功补偿装置，可以减少负荷的无功功率损耗，提高功率因数，降低线路损耗。
4.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，还需消耗无功功率，当有功功率P一定时，如减少无功功率Q，则功率因数便能够提高。在极端情况下，当Q=0时，则功率因数=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部份是它的空载无功功率，它和负载率的大小无关。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其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，据有关资料统计，当供电电压为额定值的110%时，一般工厂的无功将增加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。同时，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。
（3）电网频率的波动对异步电动机正常工作造成影响。当低频运行时，所有厂用交流电动机的转速都相应的下降，因而火电厂的给水泵、风机、磨煤机等辅助设备的出力也将下降，从而影响电厂的出力。其中影响最大的是高压给水泵和磨煤机，由于出力的下降，使电网有功电源更加缺乏，致使频率进一步下降，造成恶性循环。
5.提高功率因数的主要方法
（1）随变压器补偿。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功率和漏磁无功功率。随变压器补偿的优点：接线简单、维护管理方便、能有效地补偿配变空载无功，限制农网无功负荷，使该部分无功就地平衡，从而提高配变利用率，降低无功网损，具有较高的经济性，是目前补偿无功最有效的手段之一。
（2）随电动机补偿。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，用于补偿电动机的无功消耗，以补励磁无功为主，此种方式可较好地限制用电单位无功负荷。随机补偿的优点是：用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停运时，补偿设备也退出，而且不需频繁调整补偿容量。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活，维护简单、事故率低等。
（3）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。跟踪补偿的优点是运行方式灵活，运行维护工作量小，比前两种补偿方式寿命相对延长、运行更可靠。缺点是控制保护装置复杂、首期投资相对较大。但当这三种补偿方式的经济性接近时，应优先选用跟踪补偿方式。
6.确定无功功率补偿容量配置
补偿容量的配置，应优先在低压配网和就地进行补偿，并按基本无功负荷进行全补偿。35kV及以上电压等级的配变尽量采用集中式的动态无功补偿装置。补偿容量应优先控制长距离输电线路的功率因数，避免无功穿越补偿，减少无功功率在配网中流动。
（1）对330～500kV电网，应按无功电力分层就地平衡的基本要求配置高、低压并联电抗器，以补偿超高压线路的充电功率。一般情况下，高、低压并联电抗器的总容量不宜低于线路充电功率的90%，高、低压并联电容器的容量分配应按系统的条件和各自的特点全面研究决定。
（2）对330～500kV电网的受端系统，应按输入有功容量相应配套安装无功补偿设备。其容量（kvar）宜按输入容量（kvar）的40%～50%计算，主要考虑电压稳定并配置一定储备容量的动态无功补偿，以防电压崩溃。
目前，采用的无功配置方式一般按变电站等级进行配置，对220kV电压等级的变电站按主变容量的0.1～0.3进行补偿，35kV与110kV电压等级的变电站一般按变压器容量的0.1～0.15进行补偿，10kV电压等级的电容器安装容量一般按配电变压器总容量的0.05～0.10。
在实际应用中，由于考虑到不使电压在最小负荷时不过高，还作了一些规定。如在最大负荷时，一次侧功率因数不低于0.95；在最小负荷时，一次侧功率因数不高于0.95（110kV以下变电站，不高于0.98）。
无功功率补偿范文第3篇
Abstract: Reasonable onset of reactive power compensation devices plays a very important role to adjust and improve the quality of power supply voltage, restrain harmonics disturbance, guarantee the safe operation of the power grid.
关键词:无功补偿;电容补偿;低压电容柜;选择合理容量。
Key words: reactive power compensation;capacitor compensation;low voltage capacitor;choose reasonable capacitry
中图分类号:TM7 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)13-0124-01
1无功补偿的概念
交流电在通过纯电阻的时候,电能都转成了热能,而在通过纯容性或者纯感性负载的时候,并不做功。也就是说没消耗电能,即为无功功率。当然实际负载,不可能为纯容性负载或者纯感性负载,一般都是混合性负载这样电流在通过它们时,就有部分电能不做功,就是无功功率,此时的功率因数小于1,为了提高电能的利用率,就要进行无功补偿。电网中的电力负荷如电动机、变压器等,大部分属于感性电抗,在运行过程中需要向这些设备提供相应的无功功率。减少无功功率在电网中的流动,降低输电线路因输送无功功率造成的电能损耗,改善电网的运行条件,这种做法称为无功补偿。
2无功补偿在电力系统中的作用
电力系统中无功补偿对电力系统的重要性越来越受到重视,合理地投用无功补偿设备,对调整电网电压、提高供电质量、抑制谐波干扰、保证电网安全运行都有着十分重要的作用。如果系统中无功电源不足,则会使电网处于低电压水平上的无功功率平衡,即靠电压降低、负荷吸收无功功率的减少来弥补无功电源的不足。同样,如果由于电网缺乏调节手段或无功补偿元件的不合理运行使某段时间无功功率过剩,也会造成整个电网的运行电压过高。因此,搞好电力系统的无功平衡,提高负荷的功率因数,可以减少线路和变压器中的有功功率损耗和其他电能损耗,从而提高电能质量,降低电能损耗,并保证了电力系统的稳定运行和用户的供电质量。10kV配电线路普通存在电压过低或偏高问题,其原因除了电网结构不合理和导线过细外,主要是无功功率不足或过剩。系统的无功功率对电压影响极大,无功功率不足,将引起电网电压下降,而无功过剩将引起电网电压偏高。无功功率平衡是维持及保证电网电压质量的基础,必须采取有效的调压措施,以提高电压水平。要维持整个系统的电压水平,就必须有足够的无功补偿容量,实行无功分区分压就地平衡,同时要求有足够的无功调节能力,实现高峰负荷时较高电压运行和低谷负荷时较低电压运行的逆调压要求。
3无功功率补偿的方式
近年来,随着国民经济的跨越式发展,电力行业也得到了快速发展,特别是电网建设,负荷的快速增长对无功的需求也大幅上升,也使电网中无功功率不平衡,导致无功功率大量的存在。目前,我国电力系统无功功率补偿主要采用以下几种方式:①同步调相机:同步调相机属于早期无功补偿装置的典型代表,它虽能进行动态补偿,但响应慢,运行维护复杂,多为高压侧集中补偿,目前很少使用;②并联电抗器:目前所用电抗器的容量是固定的,除吸收系统容性负荷外,用以抑制过电压;③并补装置:并联电容器是无功补偿领域中应用最广泛的无功补偿装置,电容补偿主要补偿固定的无功,采用电容分组投切能更有效适应负载无功的动态变化,属于一种有级的无功调节。作为无功补偿设备,电容器有以下显著优点:电容器的损耗低,效率高。目前国内外电力系统中90%的无功补偿设备是并联电容器。电容器是由间隔以不同介质(如云母、绝缘纸、空气等)的两块金属组成。当在两极板上加上电压后,两板板上分别聚集起等量的正、负电荷,并在介质中建立电场而具有电场能量。将电源移去后,电荷可继续聚集在极板上,电场继续存在。所以电容器是一种能储存电荷或者说储存电场能量的部件。在电网中,最常用的无功补偿设备是电容补偿柜。电容柜的主要作用是向电力系统提供无功功率,提高功率因数。采用就地无功补偿,可以减少输电线路输送电流,起到减少线路能量损耗和压降,改善电能质量和提高设备利用率的重要作用。一般来说,低压电容补偿柜由柜壳、母线、断路器、隔离开关,热继电器、接触器、避雷器、电容器、电抗器、一、二次导线、端子排、功率因数自动补偿控制装置、盘面仪表等组成。其中,电容柜中电容器的好环对电能质量与效益起着至关重要的作用,因此电容器组应采用适当保护措施,如采用平衡或差动继电保护或采用瞬时作用过电流继电保护,对于3.15kV及以上的电容器,必须在每个电容器上装置单独的熔断器,熔断器的额定电流应按熔丝的特性和接通时的涌流来选定,一般为1.5倍电容器的额定电流为宜,以防止电容器油箱爆炸。电容器的运行环境也尤其重要:①电容器周围的环境温度不能太高或太低。如果环境温度太高,电容工作时所产生的热就散不出去;而如果环境温度太低,电容器内的油就可能会并冻结,容易电击穿。②电容器工作时,其内部介质的温度应低于650℃,最高不得超过700℃,否则会引起热击穿,或引起鼓肚现象。③电容器对电压十分敏感,因为电容器的损耗与电压平方成正比,过电压会使电容器发热严重,电容器绝缘会加速老化,寿命缩短,甚至电击穿。为了使电网中的无功补偿设备得到最大的效益,应选择合理的无功补偿容量。计算电容柜容量前先进行负荷计算,确定有功功率P和无功功率Q,补偿前自然功率因数为cos?准1,要补偿到的功率因数为cos?准2,则Qc=P(tg?准1-tg?准2)。式中:Qc为补偿电容器容量;P为负荷有功功率;COS?准1为补偿前负荷功率因数;COS?准2为补偿后负荷功率因数。如容量为800KW的负荷,可以先测量一下其自然功率因数值,就是全部负荷起动情况下,不带电容器时的功率因数值。若没有办法精确测量,估计大部分负荷都是电机,以功率因数COS?准1=0.70估算,若要在额定状态下,将其功率因数提高到0.90,则需要补偿电容器容量为:
COS?准1=0.70,?准1=0.7953,tg?准1=1.020
COS?准2=0.90,?准2=0.451,tg?准2=0.483
Qc=P(tg?准1-tg?准2)=800*(1.020-0.483)=429.6(Kvar)
取整,约需要补偿429Kvar的电容器,若选择单台30Kvar的电容器组,则需要14块。
无功功率补偿范文第4篇
关键词：无功功率补偿 的技术经济 特点
交流异步电机在工业与民用建筑系统中应用广泛。在民用范围中运行机械多为连续运行，不调速，操作不频繁的场合，如风机、水泵、冷冻机多为结构简单，易维护的异步电动机。在工矿企业中，不少电动机负荷率低，经常处于轻载或空载状态，功率因数普遍不高。负荷率低，则功率因数愈低，无功功率相对于有功功率的百分比更大，显著地浪费电能。因此对异步电动机采用无功功率补偿以提高功率因数，节约电能，减少运行费用，提高电能质量，符合我国节约能源的国策，同时亦给企业带来经济效益。
1 无功功率补偿的种类和特点
1.1 集中补偿
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，补偿供电范围内的无功功率，如图1所示。1.2 组合就地补偿(分散就地补偿)电容器接在高压配电装置或动力箱的母线上，对附近的电动机进行无功补偿，如图2所示。
1.3 单独就地补偿
将电容器装于箱内，放置在电动机附近，对其单独补偿。图3为电容器直接接在电动机端子上或保护设备末端，一般不需要电容器用的操作保护设备，称为直接单独就地补偿。图3a为经常操作者，采用接触器；为非经常操作者，采用空气断路器；为高压电容器直接单独就地补偿，宜采用真空开关。图4为不采用控制设备，由电动机控制开关操作，但电容器必须采用内装熔丝或另装熔断器。如采用控制设备，如图5所示，为控制式单独就地补偿，多用于降压起动或有可逆运行等有特殊操作要求的电动机。
2 无功功率补偿的作用
2.1 改善功率因数及相应地减少电费
根据国家水电部，物价局颁布的“功率因数调整电费办法”规定三种功率因数标准值，相应减少电费：
(1)高压供电的用电单位，功率因数为0.9以上。
(2)低压供电的用电单位，功率因数为0.85以上。
(3)低压供电的农业用户，功率因数为0.8以上。
根据“办法”，补偿后的功率因数以分别不超出0.95、0.94、0.92为宜，因为超过此值，电费并没有减少，相反初次设备增加，是不经济的。
2.2 降低系统的能耗
功率因数的提高，能减少线路损耗及变压器的铜耗。
设R为线路电阻，ΔP1为原线路损耗，ΔP2为功率因数提高后线路损耗，则线损减少
ΔP=ΔP1－ΔP2=3R(I12－I22)(1)
比原来损失减少的百分数为
(ΔP/ΔP1)×100％=1－(I2/I1)2·100％(2)
式中，I1=P/( 3 U1cosφ1)，I2=P/( 3 U2cosφ2)补偿后，由于功率因数提高，U2 >U1，为分析方便，可认为U2≈U1，则
θ=[1－(cosφ1/cosφ2)2]·100％(3)
当功率因数从0.8提高至0.9时，通过上式计算，可求得有功损耗降低21％左右。
在输送功率P= 3UIcosφ不变情况下，cosφ提高，I相对降低，设I1为补偿前变压器的电流，I2为补偿后变压器的电流，铜耗分别为ΔP1，ΔP2；铜耗与电流的平方成正比，即
ΔP1/ΔP2=I22/I12
由于P1=P2，认为U2≈U1时，即
I2/I1=cosφ1/cosφ2
可知，功率因数从0.8提高至0.9时，铜耗相当于原来的80％。
2.3 减少了线路的压降
由于线路传送电流小了，系统的线路电压损失相应减小，有利于系统电压的稳定(轻载时要防止超前电流使电压上升过高)，有利于大电机起动。
2.4 增加了供电功率，减少了用电贴费
对于原有供电设备来讲，同样的有功功率下，cosφ提高，负荷电流减小，因此向负荷传输功率所经过的变压器、开关、导线等配电设备都增加了功率储备，发挥了设备的潜力。对于新建项目来说，降低了变压器容量，减少了投资费用，同时也减少了运行后的基本电费。
3 就地补偿与集中补偿的技术经济分析
3.1 电容补偿在技术上应注意的问题
(1)防止产生自励。
采用电容器就地补偿电动机，切断电源后，电动机在惯性作用下继续运行，此时电容器的放电电流成为励磁电流，如果电容过补偿，就可使电动机的磁场得到自励而产生电压，如图6所示。因此，为防止产生自励，可按下式选用电容
QC=0.9 3UI0
(2)防止过电压。
当电容器补偿容量过大，会引起电网电压升高并会导致电容器损坏。我国并联电容器国标规定：“工频长期过电压值最多不超过1.1倍额定电压。”因此必须符合QC< 0.1Ss的条件。
(3)防止产生谐振。
(4)防止受到系统谐波影响。
对于有谐波源的供电线路，应增设电抗器等措施，使谐波影响不致造成电容器损坏。
3.2 两者比较
就地补偿较集中补偿，更具节能效果。
4 电容补偿控制及安装方式的选择
4.1 就地补偿与集中补偿的有关规定
(1)GB12497—90《三相异步电动机经济运行》第7.6条规定：50kW以上的电动机应进行功率因数就地补偿。
(2)GB3485—83《评估企业合理用电技术导则》第2.9条规定：100kW以上的电动机就地补偿无功功率。
(3)GB50052—95《供配电设计规范》第5.03及5.0.10规定。
(4)国外用电委员会法规与专业学报均有类似规定与刊载。
4.2 电容补偿方式的选择
采用并联电容器作为人工无功补偿，为了尽量减少线损和电压损失，宜就地平衡，即低压部分的无功宜由低压电容器补偿，高压部分的无功宜由高压电容器补偿。对于容量较大，负荷平稳且经常使用的用电设备的无功功率，宜就地补偿。补偿基本无功的电容器组宜在配变电所内集中补偿，在有工业生产机械化自动化程度高的流水线、大容量机组的场所，宜分散补偿。
4.3 电容器组投切方式的选择
电容器组投切方式分手动和自动两种。
对于补偿低压基本无功及常年稳定和投切次数少的高压电容器组，宜采用手动投切；为避免过补偿或轻载时电压过高，易造成设备损坏的，宜采用自动投切。高、低压补偿效果相同时，宜采用低压自动补偿装置。
4.4 无功自动补偿的调节方式
以节能为主者，采用无功功率参数调节；当三相平衡时，也可采用功率因数参数调节；为改善电压偏差为主者，应按电压参数调节；无功功率随时间稳定变化者，按时间参数调节。
5 电容补偿容量的选定
5.1 集中补偿容量确定
先进行负荷计算，确定有功功率P30和无功功率Q30，补偿前自然功率因数为cosφ1，要补偿到的功率因数为cosφ2。则
QC=αP30(tgφ1－tgφ2)
α为平均负荷因数。
5.2 电动机就地补偿电容器容量确定
就地补偿电容器容量选择的主要参数是励磁电流，因为不使电容器造成自励是选用电容器容量的必要条件。负载率越低，功率因数越低；极数愈多，功率因数越低；容量愈小，功率因数越低。但由于无功功率主要消耗在励磁电流上，随负载率变化不大，因此应主要考虑电动机容量和极数这两个参数，才能得到最佳补偿效果。可用式(4)计算。
6 结合工程实例谈电容补偿的应用
以某大型项目中能源中心为例，该项目设备装机容量约为21000多千瓦，其中高压电动机设备容量为5400多千瓦，其他低压设备容量为5000多千瓦。供电电源的电压等级为10kV。本着“节能、高效”的方针，初次尝试了采用燃汽轮机发电机组自发电，冷、热、电三联供，做到汽电共生，实现能源综合利用。经过经济分析，采用10kV作为高压电动机的供电电压等级，投资较省，同时亦减少变电环节，也就减少了故障点。根据负荷计算，共采用六路10kV电源，分别对高压电动机直配。
在这个项目中，高压电动机主要用于空调系统中的中央空调机组，以及主机的外部设备——冷冻水循环泵和冷却水循环泵多台设备。这些设备单机容量很大，离心机组单机最大达2810kW(共5台)，小的870kW(共4台)，冷冻水循环泵单机560kW(共9台)，冷冻水循环泵单机亦有380kW(共3台)，自然功率因数在0.8左右。如果在10kV配电室集中补偿电容，不采用高压无功自动补偿的话，如此大容量的电动机起、停会使10kV侧功率因数不稳定，有可能造成过补偿，引起系统电压升高。同时，从配电室至冷冻机房高压电动机的线路最近50m，最远140m，线路损耗相当可观，综合考虑到高压自动补偿元件、技术、价格均要求高，因此采用高压电容器就地补偿，与电动机同时投切。高压电容器组放置在电动机附近。这些电动机采用自耦降压起动方式，高压就地补偿装置以并联电容器为主体，采用熔断器做保护，装设避雷器用于过电压保护，串联电抗器抑制涌流和谐波。这样做，不仅提高了电动机的功率因数，降低了线路损耗，同时释放了系统容量，缩小了馈电电缆的截面，节约了投资。
对于低压设备，由二台1000kVA及二台1600kVA变压器配出，低压电机布置较分散，因此，在变电所变压器低压侧采用电容器组集中自动补偿。虽然一些低压电动机的容量也不小，就地补偿的经济效益亦有，但这些设备主要用于锅炉房和给排水设备，锅炉房的设备不如冷冻机房集中，环境较差，管理不便，因此，在低压配电室采用按功率因数大小自补偿是较合适的。
无功功率补偿范文第5篇
关键词：盾构机；功率因数；无功功率；调谐补偿
引言
在盾构机电网系统中存在大量的感性负载，感性负载消耗着大量的无功功率，无功功率的存在对电网的影响主要有以下几个方面：无功功率增加，导致电流增大和视在功率增加，从而使变压器、控制设备和导线等电器设备容量增加；供电设备及线路损耗增加；变压器及线路的电压降增大，使电网电压产生波动。
1 盾构施工现场存在的问题
在现场运行过程中，几乎所有设备上的无功功率补偿系统都存在以下的问题：现场检测功率因数值偏低；始发不久就会出现补偿回路的熔断器烧坏，甚至有的工地电容器烧坏。针对此现象，对此问题做了以下分析。
1.1 项目分析
以直径6.28m土压盾构机项目为例，数据如表1所示。
表1 满载运行功率参数
按照如上计算结果，除拼装模式功率因数低于0.9外。整个电网系统无需补偿就可以达到用电标准。但现场会发现实际检测功率因数值有时候会低至0.6。出现这种现象是因为在计算过程中忽略了一个很重要的因素：电机负载。上述计算结果是在电机满载运行时候的功率因数计算出来的。实际上，在掘进模式还是拼装模式下，不是所有运行中的电机都能在额定功率下运行。电机在额定功率下的功率因数在0.9左右。小于额定功率运行时的功率因数为额定运行条件下的50%左右。空载运行则更低只有20%左右。所以，如果按此情况根据现场实际电机使用率做个估算，其结果如下表2所示：（下列结果都以满载功率因数的50%计算）
表2 50%负载运行功率参数
由表2可以看出，计算结果中功率因数已经小于0.9。这就说明，现场设备运行时，所有参与工作的电机都不在满负载状态工作，甚至有些电机长时间处于空载。所以导致现场检测功率因数值比估算结果还要低。这就说明了前面提到的现场检测功率因数偏低的现象。
2 补偿原则
2.1 盾构机电网无功补偿原则
盾构机上存在着非线性负载如刀盘主驱动变频器。非线性负载产生大量谐波电流并注入到系统电网中。当电网存在谐波时，单纯并联电容器组的无功补偿方式有如下弊端：并联电容对谐波有放大作用，易发生串联谐振或并联谐振，使系统电压及电流的畸变更加严重；由于谐波电流叠加在电容器基波电流上，使电容器的电流有效值增大，造成温度升高，烧坏回路熔丝甚至烧坏电容器。
从表1可知，整个系统在掘进模式下的谐波污染大约为57%。无功功率补偿原则为，当谐波污染大于25%时，就应该采取调谐型补偿。调谐型补偿即在补偿回路中串联电抗器。它可以有效抑制谐波，防止发生谐振。而盾构机的电网系统全部采用标准补偿，这种补偿方式在谐波污染如此严重的系统中无疑会出现谐振，放大谐波。导致电容器过载，产生发热或烧坏。
2.2 调谐型补偿算法
盾构机电网系统的谐波次数一般为5次。根据并联电容装置设计规范对调谐补偿装置的电抗率规定。背景谐波为5次及以上时，电抗率K取4.4%～6%。
3 结束语
与纯电容补偿回路相比，串联电抗器后，电容器端电压会升高，高于电网电压，并使无功功率补偿容量增加。所有选取电容器的设计电压需要高于电网电压，选择与之匹配的电抗器。同时电抗率是该装置的重要参数，这一参数需根据电网频谱特性选择。此种补偿方式能使回路的调谐频率低于网络中产生的最低次谐波频率。这样，该装置在工频时呈容性，改善功率因数；在谐波频率时呈感性，防止谐波放大，防止产生过大的冲击电流。烧坏回路的元器件。所以，串联进电抗器后的补偿回路不会出现上面所说的烧坏回路断路器或者电容器的现象。
提高整个系统的功率因数，有利于充分利用电源设备容量，改善供电质量，同时也是响应国家节能环保号召的实际体现。
参考文献
[1]李申山，许鸣珠，马立明，等.盾构机电气系统总体设计分析[J].筑路机械与施工机械化.
[2]刘宣宇，邵诚.盾构机自动控制技术现状与展望[J].机械工程学报.
[3]王晋萍.浅谈提高功率因数的好处和方法[J].
