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無(wú)功功率補(bǔ)償基礎(chǔ)知識(shí)

1.什么是無(wú)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?cè)谀芰哭D(zhuǎn)換過(guò)程中建立交變的磁場(chǎng),，在一個(gè)周期內(nèi)吸收的功率和釋放的功率相等,。電源能量在通過(guò)純電感或純電容電路時(shí)并沒(méi)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(dòng),，由于這種交換功率不對(duì)外做功,，因此稱為無(wú)功功率,。

無(wú)功功率分為：

    感性無(wú)功：電流矢量滯后于電壓矢量90度,，如電動(dòng)機(jī),、變壓器、晶閘管變流設(shè)備等,；

    容性無(wú)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(wú)功：與電源頻率相等的無(wú)功（50Hz）；

    諧波無(wú)功：與電源頻率不相等的無(wú)功,。

        從物理概念來(lái)解釋感性無(wú)功功率：由于電感線圈是貯藏磁場(chǎng)能量的元件,，當(dāng)線圈加上交流電壓后，電壓交變時(shí),，相應(yīng)的磁場(chǎng)能量也隨著變化,。當(dāng)電壓增大，電流及磁場(chǎng)能量也就相應(yīng)加強(qiáng),，此時(shí)線圈的磁場(chǎng)能量就將外電源供給的能量以磁場(chǎng)能量形式貯藏起來(lái),；當(dāng)電流減小和磁場(chǎng)能量減弱時(shí),，線圈把磁場(chǎng)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(chǎng)能量之間的往復(fù)轉(zhuǎn)換,。

        從物理概念來(lái)解釋容性無(wú)功功率：由于電容器是貯藏電場(chǎng)能量的元件，當(dāng)電容器加上交流電壓后,，電壓交變時(shí),，相應(yīng)的電場(chǎng)能量也隨著變化。當(dāng)電壓增大,，電流及電場(chǎng)能量也就相應(yīng)加強(qiáng),，此時(shí)電容器的電場(chǎng)能量就將外電源供給的能量以電場(chǎng)能量形式貯藏起來(lái)；當(dāng)電壓減小和電場(chǎng)能量減弱時(shí),，電容器把電場(chǎng)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(chǎng)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?，是既有電感或電容，又有電阻的?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(jì)算公式為：

式中：cosΦ——功率因數(shù)；P——有功功率,，kW,；Q——無(wú)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(shí)功率因數(shù)和加權(quán)平均功率因數(shù)三種,。在三相對(duì)稱電路中,，各相電壓、電流為對(duì)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(guó)對(duì)功率因數(shù)有一定要求,，對(duì)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(duì)用戶的要求是100kVA以上的變壓器,，功率因數(shù)大于0.9。對(duì)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(wú)功補(bǔ)償

        電力系統(tǒng)中，不但有功功率要平衡,，無(wú)功功率也要平衡,。有功功率、無(wú)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(wú)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(wú)功類型,，人為的補(bǔ)償容性無(wú)功或感性無(wú)功來(lái)抵消線路的無(wú)功功率,。

        無(wú)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(zhǎng)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(wú)功功率,。安裝并聯(lián)電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，可限制無(wú)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(wú)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(wú)功電流Ir,，則線路中的電壓損失：

式中：P——有功功率，kW,；Q——無(wú)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(wú)功功率Q,，若保持有功功率不變,，而R、XI均為定值,，無(wú)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(jiàn)，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(wú)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(jiàn)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(wú)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(wú)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(chē)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(wú)功容量較小,，效果較明顯,。

        就地補(bǔ)償：裝設(shè)在異步電動(dòng)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(wú)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(wú)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,。