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無功功率補(bǔ)償基礎(chǔ)知識
無功功率補(bǔ)償基礎(chǔ)知識
1.什么是無功功率
電網(wǎng)中電力設(shè)備大多是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的，他們在能量轉(zhuǎn)換過程中建立交變的磁場，在一個周期內(nèi)吸收的功率和釋放的功率相等。電源能量在通過純電感或純電容電路時并沒有能量損耗，僅在負(fù)荷與電源之間往復(fù)交換，在三相之間流動，由于這種交換功率不對外做功，因此稱為無功功率。
無功功率分為：
感性無功：電流矢量滯后于電壓矢量90度，如電動機(jī)、變壓器、晶閘管變流設(shè)備等；
容性無功：電流矢量超前于電壓矢量90度，如電容器、電纜輸配電線路等；
基波無功：與電源頻率相等的無功（50Hz）；
諧波無功：與電源頻率不相等的無功。
從物理概念來解釋感性無功功率：由于電感線圈是貯藏磁場能量的元件，當(dāng)線圈加上交流電壓后，電壓交變時，相應(yīng)的磁場能量也隨著變化。當(dāng)電壓增大，電流及磁場能量也就相應(yīng)加強(qiáng)，此時線圈的磁場能量就將外電源供給的能量以磁場能量形式貯藏起來；當(dāng)電流減小和磁場能量減弱時，線圈把磁場能量釋放并輸回到外面電路中。交流電感電路不消耗功率，電路中僅是電源能量與磁場能量之間的往復(fù)轉(zhuǎn)換。
從物理概念來解釋容性無功功率：由于電容器是貯藏電場能量的元件，當(dāng)電容器加上交流電壓后，電壓交變時，相應(yīng)的電場能量也隨著變化。當(dāng)電壓增大，電流及電場能量也就相應(yīng)加強(qiáng)，此時電容器的電場能量就將外電源供給的能量以電場能量形式貯藏起來；當(dāng)電壓減小和電場能量減弱時，電容器把電場能量釋放并輸回到外面電路中。交流電容電路不消耗功率，電路中僅是電源能量與電場能量之間的往復(fù)轉(zhuǎn)換。
2.功率因數(shù)
實(shí)際供用電系統(tǒng)中的電力負(fù)荷并不是純感性或純?nèi)菪缘模羌扔须姼谢螂娙荩钟须娮璧呢?fù)載。這種負(fù)載的電壓和電流的相量之間存在著一定的相位差，相位角的余弦稱為功率因數(shù)，又稱力率，它是有功功率與視在功率之比。
三相功率因數(shù)的計算公式為：
式中：cosΦ——功率因數(shù)；P——有功功率，kW；Q——無功功率，kvar；S——視在功率，kVA
功率因數(shù)通常分為自然功率因數(shù)、瞬時功率因數(shù)和加權(quán)平均功率因數(shù)三種。在三相對稱電路中，各相電壓、電流為對稱，功率因數(shù)也相同。那么三相電路總的功率因數(shù)就等于各相的功率因數(shù)。
我國對功率因數(shù)有一定要求，對供電公司的要求是110kV站，功率因數(shù)在0.95~0.98之間；220kV站，功率因數(shù)在0.95以上。對用戶的要求是100kVA以上的變壓器，功率因數(shù)大于0.9。對農(nóng)灌的要求是100kVA以上的變壓器，功率因數(shù)大于0.8。
3.無功補(bǔ)償
電力系統(tǒng)中，不但有功功率要平衡，無功功率也要平衡。有功功率、無功功率、視在功率之間的相量關(guān)系如圖所示。
由式cosΦ=P/S可知，在一定的有功功率下，功率因數(shù)cosΦ越小，所需的無功功率越大。為滿足用電的需求，供電線路和變壓器的容量就需要增加，這樣不僅要增加供電投資、降低設(shè)備利用率，也將增加線路損耗。為了提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效率，根據(jù)電網(wǎng)中的無功類型，人為的補(bǔ)償容性無功或感性無功來抵消線路的無功功率。
無功補(bǔ)償?shù)闹饕饔镁褪翘岣吖β室驍?shù)以減少設(shè)備容量和功率損耗、穩(wěn)定電壓和提高供電質(zhì)量，在長距離輸電中提高輸電穩(wěn)定性和輸電能力以及平衡三相負(fù)載的有功和無功功率。安裝并聯(lián)電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償，可限制無功功率在電網(wǎng)中的傳輸，相應(yīng)減少了線路的電壓損耗，提高了配電網(wǎng)的電壓質(zhì)量。無功補(bǔ)償主要有以下幾方面的作用。
1）提高電壓質(zhì)量
把線路中電流分為有功電流Ia和無功電流Ir，則線路中的電壓損失：
式中：P——有功功率，kW；Q——無功功率，kvar；U——額定電壓，kV；R——線路總電阻，Ω；XI——線路感抗，Ω
因此，提高功率因數(shù)后可減少線路上傳輸?shù)臒o功功率Q，若保持有功功率不變，而R、XI均為定值，無功功率Q越小，電壓損失越小，從而提高了電壓質(zhì)量。
2）提高變壓器的利用率，減少投資
功率因數(shù)由cosΦ1提高到cosΦ2提高變壓器利用率為：
由此可見，補(bǔ)償后變壓器的利用率比補(bǔ)償前提高ΔS%，可以帶更多的負(fù)荷，減少了輸變電設(shè)備的投資。
3）減少用戶電費(fèi)支出
a．可避免因功率因數(shù)低于規(guī)定值而受罰；
b．可減少用戶內(nèi)部因傳輸和分配無功功率造成的有功功率損耗，電費(fèi)可相應(yīng)降低。
4）提高電力網(wǎng)傳輸能力
有功功率與視在功率的關(guān)系式為：P=ScosΦ，可見在傳輸一定有功功率的條件下，功率因數(shù)越高，需要電網(wǎng)傳輸?shù)墓β试叫 ?/span>
4.無功補(bǔ)償?shù)陌才欧绞?/span>
集中補(bǔ)償：裝設(shè)在企業(yè)或地方總變電所6~35kV母線上，可減少高壓線路的無功損耗，而且能提高本變電所的供電電壓質(zhì)量。
分散補(bǔ)償：裝設(shè)在功率因數(shù)較低的車間或村鎮(zhèn)終端變、配電所的高壓或低壓母線上。這種方式與集中補(bǔ)償有相同的優(yōu)點(diǎn)，但無功容量較小，效果較明顯。
就地補(bǔ)償：裝設(shè)在異步電動機(jī)或電感性用電設(shè)備附近，就地進(jìn)行補(bǔ)償。這種方式既能提高用電設(shè)備供電回路的功率因數(shù)，又能改變用電設(shè)備的電壓質(zhì)量。
無功補(bǔ)償?shù)墓?jié)能只是降低了補(bǔ)償點(diǎn)至發(fā)電機(jī)之間的供電損耗，所以高壓側(cè)的無功補(bǔ)償不能減少低壓網(wǎng)側(cè)的損耗，也不能使低壓供電變壓器的利用率提高。根據(jù)補(bǔ)償理論，就地補(bǔ)償?shù)墓?jié)能效果為顯著。集中補(bǔ)償與分散補(bǔ)償相結(jié)合，以分散補(bǔ)償為主；調(diào)節(jié)補(bǔ)償與固定補(bǔ)償相結(jié)合，以固定補(bǔ)償為主；高壓補(bǔ)償與低壓補(bǔ)償相結(jié)合，以低壓補(bǔ)償為主。