电力系统为什么要进行无功功率补偿？如何补偿？

admin

1、什么是无功功率？对无功功率的认识。

答：无功功率是一交换功率的幅值，反映了内部与外部交换能量的能力大小，即电源与电感与电容之间能量交换的最大值。

（1） 电力网在运行时，电源供给的无功功率是用来在电气设备中建立和维持磁场，进行能量的交换的，它为能量的输送、转换创造了必须的条件。没有它，变压器就不能变压和输送电能，没有它，电动机的旋转磁场就建立不起来，电动机就旋转。

（2） 由于无功电力不直接做实际消耗之功，他仅完成电磁能量的相互转换，反映出交流电流电路中的电感、电容和电源之间进行能量交换的规模，因而也就不消耗燃料或水能。

（3） 无功功率和有功功率是密切相关的，输送有功电力时需要消耗无功功率，输送无功功率时需要消耗有功功率，无功功率和有功功率都是通过电流传输的，导体中的电流成分既包括无功成分，也包括有功成分。这个电流通过导体的电阻和电抗时，就会造成无功损耗和有功损耗，还会造成电压降落，直接影响电力网的经济安全运行。

（4） 电力系统中的无功损耗包括变压器的无功损耗：励磁损耗和绕组中的损耗，以及电力线路的无功损耗：并联电纳和串联电抗。

2、电力网中为什么要进行无功补偿？

答：在电力系统中，如变压器、电动机等许多工作时需要励磁的设备都需要从电力系统中吸收感性无功功率来励磁工作的，还有输电线路具有分布电容，在电压下将产生容性无功功率，也就是说线路要吸收感性无功。在电力系统中，发电机是唯一的有功电源，也是为基本的无功电源。如果我们只依靠发电机来提供无功功率的话，电力系统中之间由于无功功率不断地来回地交换会引起发电、输电及供配电设备上的电压损耗及功率损失，况且发电机发出的所有功率等于有功功率与无功功率的矢量和，提供的无功功率多时，提供的有功功率就少了，这种运行方式也是很不经济的。假如系统会用这种方式运行，由于各种变压器、电动机等感性无功负荷离发电机太远，无功功率不断地在这些点之间来回地进行流动，会导致线损增大此时还会增加发电机、变压器及其他电器设备和导线的容量，还会使用户选择控制、测量的规格加大。何况上述运行方式下，提供的无功功率是很有限的，对于整个电力系统来说，对我功功率的需求是很大的。当无功功率不足时，会使线路及变压器的压降增大，如果是冲击性无功功率负载，会产生电压剧烈波动，使供电质量严重降低。比如电弧炉、轧钢机等设备会频繁的无功功率冲击，会使电网电压剧烈波动，甚至是同一电网上的用户无法正常工作。当电压降落时，会对许多设备的使用产生不良影响。比如降落过多，电动机可能停止运转，或不能启动。电压降低，电动机电流将显著增大，绕组温度升高，严重情况下会使电动机烧毁。

3、如何进行无功补偿？

答：电容电路与电感电路相似，在电容元件与电源之间也有无功功率在进行交换，只是时间上差半个周期，即当电感电路从电源吸收能量的半个周期，恰为电容放电过程，另半个周期则是电感元件向电源送还能量，而电容电路恰为充电过程。将电容与电感并联起来，电容元件就可以取代电源，与电感进行这部分无功功率的交换。交流电源是必须有的，它是提供有功功率的。其实无功功率也是很难做到完全补偿的。

注释：绝大部分电气设备的等效电路可看作电阻R与电感L串联的电路。

4、电力网采取的无功补偿方式都有哪些？

答：电力网常用的无功补偿方式包括：集中补偿方式、分散就地补偿方式和单机就地补偿方式。

a) 将补偿电容器直接接在变电所的高压或低压母线上，对该变电所供电范围内的无功功率进行补偿，成为集中补偿方式。

电容器集中装设在企业或地方总降压变电所的6~10kV母线上，用来提高整个变电所的功率因数，使该变电所的供电范围内无功功率基本平衡。可以减少高压线路的无功损耗，而且能够提高本变电所的供电电压质量。

b) 将电容器接在车间动力箱母线上，对附近的电动机等无功负荷进行无功补偿，相对于在总配电房的集中补偿而言，称为分散就地补偿。

适用于高压配电装置或低压动力装置配电箱附近有比较密集的电动机群。特别适用于低压4kW及以下的电动机群或相互备用的高压电动机群。

c) 将电容器置于电动机附近，对其进行单独就地补偿，称为单机就地补偿方式。

单机就地补偿方式主要适用于年运行时间较长的电动机。

5、电力网采取的无功补偿方式都有哪些优缺点？

答：集中补偿方式的优点：

这种装设方式与分散补偿方式相比，具有以下优点：

（1） 能方便的同电容器组的自动投切装置配套，自动追踪无功功率变化而改变用户的补偿容量，避免在总的补偿水平上产生过补偿或欠补偿，从而使用户功率因数始终保持在规定范围之内。在这种意义上讲，可使用户达到最优补偿。

（2） 集中补偿有利于控制用户本身的无功潮流，避免受电力网的电压变化或负荷变化而产生过大的电压波动。当电压波动超过允许范围时，可借助自动投切装置调准母线电压水平，以改善电压质量。

（3） 电容器组的基本容量是根据用户正常负荷需要确定的，运行时间长，利用率高，补偿效益就高;而且集中补偿方式在运行维护上较为方便，事故率相对减少，相应的提高了补偿效益。

集中补偿方式的缺点：

这种方式只能减少装设点以上线路和变压器因输送无功功率所造成的损耗，而不能减少用户内部通过配电线路向用电设备输送无功功率所造成的损耗。其降损节电效益必然受到限制。这也就是说，集中补偿容量再多，起作用仅限于减少变压器本身及以上配电线路的无功损耗。

分组补偿的优点：

（1） 分组不常有利于对无功进行内部分区控制，实现无功负荷分区平衡，减少无功功率在变配电站以下配电线路中的流动，使内部线损显著降低。

（2） 对于实行分车间考核用电指标的用户，分组补偿有利于分车间加强无功电力管理，提高本车间的功率因数，降低产品单耗和生产成本。

（3） 分组电容器的投切随车间总的负荷水平而变化，其利用率较单台补偿高;分组补偿也比单台电动机易于控制和管理。

分组补偿的缺点：

d) 不如集中补偿便于管理。

e) 如果在车间装设电容器未能分组，则补偿容量无法调整，可能会出现过补偿或欠补偿。

f) 如果只进行分组补偿，则用户变压器消耗无功功率必须由车间电容器向上倒送，或由电网输送，显然效果不好。

g) 分组补偿的一次性投资大于集中补偿。

补偿方式的选择原则：以移相电容器为主，全面规划，合理布局，分散补偿，就地平衡，自动控制，集中调节。

集中调节与分散补偿相结合，以分散补偿为主;调节补偿与固定补偿相结合，以固定补偿为主;高压补偿和低压补偿相结合，以低压补偿为主。实现提高功率与降损并重为目的。

6、配电网的无功补偿方式有哪几种？

答：配电网无功补偿方式主要有五种：变电站补偿、配电线路补偿、随机补偿、随器补偿、跟踪补偿。

h) 变电站补偿

针对电网无功平衡，在变电站进行集中补偿，补偿装置包括并联电容器、同步调相机、静止补偿器等，主要目的是平衡电网的无功功率，改善电网的功率因数，提高系统终端变电所的母线电压，补偿变电站主变压器和高压输电线路的无功损耗。这些补偿装置一般集中接在变电站10kV母线上。

i) 配电线路补偿

线路无功补偿即通过在线路杆塔上安装电容器实现无功补偿。线路补偿方式主要提供线路和变压器需要的无功。线路补偿点不宜过多，控制从简，一般不采用分组投切控制，补偿容量不宜过大，避免出现过补偿现象；保护也要从简，可采用熔断器和避雷器作为过流和过压保护。

j) 随机补偿

随机补偿就是将低压电容器组与电动机并联，通过控制、保护装置与电动机同时投切的一种无功补偿方式。搞好电动机的无功补偿，使其无功就地补偿平衡，既减少了配电线路的损耗，同时还可以提高电动机的出力。

k) 随器补偿

随器补偿是指将将低压电容器通过低压熔断器接在配电变压器二次侧，以补偿变压器空载无功补偿方式。配电变压器在轻载或空载时的无功负荷主要是变压器的空载励磁无功，配电变压器空载无功是农网负荷的主要部分。

l) 跟踪补偿

跟踪补偿是指以无功补偿投切装置作为控制和保护装置，将低压电容器组补偿在用户配电变压器低压侧的补偿方式。这种补偿方式部分相当于随器补偿的作用，适用于100kVA及以上的专用配电变压器用户。

7． 各种补偿方式的优缺点?

(1)变电站的补偿

优点：管理容易，维护方便。

缺点：这种补偿对10KV配电网的降损不起作用。

（2）配电线路补偿

优点：投资小，回收快，与管理和维护，适用于功率因数低，负荷重的长线路。

缺点：存在适应能力差，重载情况下补偿不足。

（3）随机补偿

优点：用电设备运行时，无功装置投入；用电设备停用时，补偿装置退出。更具有投资少，占地小，安装容易，配置方便灵活，维护简单，事故率低的特点。适用于：补偿电动机无功消耗。以补励磁无功为主，可较好地限制配电网无功峰荷。年运行小时在1000h以上的电动机实用在随机补偿较其他补偿方式更经济。

（4）随器补偿

优点：接线简单，维护管理方便，能有效的补偿配电变压器的空载无功，限制农网的基荷，使该部分就地平衡，从而提高配电变压器的利用率，降低无功网损，提高用户的功率因数，改善用户的电压质量，具有较高的经济性，是目前无功补偿的最有效的手段之一。

缺点：由于配电变压器的数量多、安装地点分散，因此，补偿工作投资比较大，运行维护工作量大。

（5）跟踪补偿

优点：可较好的跟踪无功补偿的变化，运行方式灵活，补偿效果好，主要适用于大容量、大负荷的配变。

缺点：费用高，且自动投切装置较随机或随机补偿的保护装置复杂，如有任一元件损坏，则可导致电容器不能投切。

8、 补偿容量如何确定？优缺点进行对比。

答：（1）按功率因数标准确定补偿容量：Qc=P(tanΦ1-tanΦ2)

（2）按供电能力要求确定补偿容量

（3）高供高计的用户变压器无功补偿容量的确定

1250kVA的变压器的有功功率：P=S*cosΦ=1250*0.85=1062.5Kw

按功率因数标准确定的补偿容量：Qc=P(tanΦ1-tanΦ2)=1062.5*(0.6197-0.3287)=309.19 kvar

800kVA的变压器的有功功率：P=S*cosΦ=800*0.85=680kW

按功率因数标准确定的补偿容量：Qc=P(tanΦ1-tanΦ2)=197.88*((0.6197-0.3287)= 197.88kvar

所以，1250kVA的变压器的无功补偿容量确定为310kvar，800kVA的变压器的无功补偿容量确定为200kvar。

9、常见的10 kV 线路无功补偿接线方式

常规情况下， 电力电容器在线路上有4 种不同的接线方式：

一、三相电力电容器通过跌落式熔断器接入线路；

二、3 只单相电力电容器接成星形直接接入线路；

三、3 只单相电力电容器通过跌落式熔断器接入线路；

四、3 只单相电力电容器尾端接高压熔丝，套熔管100～150 mm 后接入线路。

（1）单相电力电容器如熔丝选择得当，则一相击穿时，并不影响其他二相。而三相电力电容器如一相击穿，则电力电容器就会报废，同时，第一种接线方式选用三相电力电容器还需安装1 组跌落式熔断器，增加投资的同时加大了工作量。

（2）第二种接线方式工作可靠性差，当一相电力电容器击穿后，另二相会因为承受线电压而烧坏，造成3 只电力电容器全部损坏。同时，电力电容器击穿也会造成三相短路，导致线路停电。

（3） 第三种接线在安装时也需增加1 组跌落式熔断器，安装工作量大，投资也大。

（4）第四种接线具有第三种接线工作稳定、投资小且安装工作量小的优点。当一相电力电容器击穿时该相熔丝已熔断，故障相与其他二相立即分离，同时熔管脱落，使巡视人员能及时发现故障，并得到妥善处理。另外，由于该种接线取消了跌落式熔断器，不仅节省了投资，还减少了工作量。

因此，安装电力电容器采取第四种接线方式较为恰当。