无功功率补偿技术经济性探讨.doc

无功功率补偿技术经济性探讨无功功率补偿技术经济性探讨摘要：交流异步电机广泛用于工业与民用系统但不少电机负荷率低，常处于轻载或空 我状态，无功功率消耗比有功功率大，电能浪费严重因此采用无功补偿，提高功率因 数、节约电能、减少运行费用是很有效的措施木文对无功补偿的种类、特点、作用、经 济效益等进行了论述关键词：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 图阮为经常操作者，采用接触器；为非经常操作者，采用空气断路器；为高压电容器宜 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⑵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，API为原线路损耗，AP2为功率因数提高后线路损耗，则线损减少△ P=△ P1 — △ P2=3R(112 —122)⑴比原来损失减少的百分数为(AP/AP1) X100%=l-(I2/Il)2 - 100% (2)式中,Il=P/( 3 Ulcos4)l), I2=P/( 3 U2cos4>2)补偿后，由于功率因数提高,U2 >U1,为分析方便,可认为U2MJ1,则0=[l-(cos

在输送功率P= 3lJIcos(1)不变情况下，cos2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I上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，COS6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 木电费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 3U10(2) 防I上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. ISs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(DGB12497—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也容补偿方式的选择采用并联电容器作为人工无功补偿，为了尽量减少线损利电压损失，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cos 4>1, 要补偿到的功率因数为cos62则QC=u P30（tg4）l-tg4>2）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妫磁电流，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kl中能源中心为例，该项bl设备装机容量约为21000多千瓦，其中高压电动 机设备容量为5100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 10kVo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日中，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泉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 环泉单机亦有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白耦降压起动方式，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1 OOOkVA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卷组集中自动补偿虽然-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7总结对无功功率进行补偿的节能效果是有1=1共睹的，在应用的过程中，还应该在技术经济上 综合考虑，根据具体情况进行分析，来决定是采用集中补偿还是就地补偿，还是两者综合 采用，从而达到使电气设备经济运行的日的。