无功补偿容量的选择.doc

无功补偿容量的选择方法
无功补偿，就其概念而言早为人所知，它就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，降低能耗，改善电网电压质量。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）。
无功补偿补偿的效益
在现代工矿企业中，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。一般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。由于减少了电网无功功率的输入，会给企业带来下列好处。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。设R为系统总电阻，COSΦ1和COSΦ2为补偿前后功率因数，P1和P2为补偿前后线路损耗，则线损减少P为：
(1)
补偿前后线路传送的有功功率不变（即），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U2≈U1从而导出I1=I2。即=,这样线损P减少的百分数为：
（2）
当功率因数从0.70～0.85提高到0.95时，由(2)式可求得有功损耗将降低20%～45%。（4）改善电压质量。以线路末端只有一个集中负荷为例，假设线路电阻和电抗为R、X,有功和无功为P、Q,则电压损失U为：
ΔU=(PR+QX)/U(3)
从(3)式可以看出，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，减少线损，电压质量只是一个附带作用。电动机就地补偿容量的选择
1)按照补偿容量Qc不大于激励容量Qo的条件选择。
即选取补偿电容量Qc为：
（1）
K1为电容配比系数，一般取0.85<1;Qo为电动机空载激励无功功率；K2为电动机空载电流和额定电流之比，对多极小功率电动机取K2=0.40～0.45,对少极大功率电动机取K2=0.20～0.40。取0.9,则（1）式变为：
（2）
考虑负载率的因素，按式（2）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。若以额定负载下补偿到cosΦ=1,则空载或轻载时电动机必然要过补偿，这样既影响电压，又会使电动机在断电后，由于电容的放电供给电动机励磁电流，使仍在旋转着的电动机成为异步发电机，从而使电压超过额定电压，对电动机的绝缘和电容器都不利。2）根据选择（3）

若电动机带额定负载运行，即负载率=1,则：
Qo<Qc<Qe(4)
式中：、、tge分别表示电动机负载率为时吸收的无功功率，电动机的额定效率，电动机额定功率因数角对应的正切值。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），在较高的负载率时吸收的无功功率与激励容量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，采用（5）式选取其补偿效果是不够的，而采用（6）式来选取是合理的。但是采用此法，在电机一旦轻载或空载及电机脱离电网时，要在补偿电容和电机之间加装必要的分离措施，以防止电机过电压的产生及无功倒送现象的发生。
（3）按实际负荷选取补偿容量Qc。
Qc=P(tg1-tg2)(5)
式中P为电动机实测功率。tg1、tg2为补偿前后功率因数角对应的正切值。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。对必须作适应的要求，以补偿后=0.95为佳，太高的没有多大的经济意义。按此法计算的Qc亦可用于对变流装置的就地补偿，但考虑谐波影响时，一般要在补偿电容回路中加装适当的串联电抗器。另外，按此法取值要验算其是否超过Qo,以便必要