无 功 补 偿

1. 无 功 补 偿 2012年8月

2. 主 要 内 容 一、无功补偿本质与作用 二、无功补偿方法与装置 三、网络无功优化与控制 四、电弧炉钢厂无功补偿

3. 一、无功补偿本质与作用 无功功率的理解 无功功率的数学定义 无功补偿的原理 无功补偿的作用

4. 1、无功功率的理解 以下是对“无功功率”的两种表述，请判断正误：√× 1.无功功率是一种实际的功率，与一种物理功率相对应。 2.无功功率是对有功功率的一种描述，它本身不是一种功率。

5. 2、“无功功率”的数学定义 u=√2Usinω1ti=√2Isin(ω1t - φ) =√2Icosφsinω1t -√2Isinφcos ω1t P=ui = 2UIsin ω1tsin(ω1t – φ) =UIcosφ(1 – cos2ω1t) - UIsin φsin2 ω1t 瞬时功率可以分为两个部分：①UIcosφ（1－cos2ω1t）是非正弦周期量，是输入或输出瞬时功率中不可逆的分量；②－UIsinφsin2ω1t是正弦量，是瞬时功率中的可逆分量，它在一个周期内正负交替变化两次，表明周期性地交换能量。

6. 3、无功补偿的原理

7. 3、无功补偿的作用 减少电能损耗 提高电压质量 增加设备输电能力 提高电力系统稳定性

8. 1.减少电能损耗 △PL=3I2×R×10-3=[(P2+Q2)/U12]×R×10-3 输送同样的有功功率，当功率因数从COSφ1提高COSφ2，电网元件中的有功功率损耗降低的百分值为： 式中 COSφ1——为补偿前的功率因数。 COSφ2——为补偿后的功率因数。

9. 2.提高电压质量 △U≈(P1R+Q1X)/U1=(P2R+Q2X)/U2 减少线路上传送的无功功率可以显著地减少电压降，提高用户端电压。对于高压输电线路，线路电抗远大于线路电阻，这样无功流动对电压的影响很显著，甚至起决定性作用。所以让高压输电线路少送无功对于提高下线用户电压相当有效。

10. 3.增加设备输电能力 S2=P2+Q2 I2=IP2+Iq2 输电线路、变压器的运行是受其最大传输电流限制 的，即运行的电流不能超过其最大额定电流。 当I或S一定时，减少Iq或Q，可以增加IP 或 P，这就 是当输电线路、变压器容量一定时，减少无功功率的传 输能增加有功功率的传输，即增加设备出力的原理。

11. 4.提高电力系统稳定性

12. 4.提高电力系统稳定性 • 电网中任何情况下都要求无功电源要大于无功负荷，要有贮备。根据实际运行资料，无功功率的贮备容量必须达到最大无功负荷的7～8％以上。 • 无功功率不仅要作全网平衡，而且要作各个地区平衡。不仅全网平衡中要有贮备容量，而且各个地区都要有贮备容量，才能保证电网的稳定运行。

13. 二、无功补偿方式与装置 1、异步电动机空载无功功率补偿 2、变压器空载无功功率补偿 3、根据实际负荷进行无功补偿 4、10千伏线路无功补偿 5、变电所10千伏母线无功补偿 6、几种补偿方式的比较

14. 1、异步电动机空载无功功率补偿 （也称“随机补偿”） • 补偿原理 • 补偿容量的确定 • 电容器控制方式 • 随机补偿的几点说明

15. 补偿原理 电动机空载无功功率补偿就是当单台电动机在7.5kW及以上时，以电动机的空载无功功率为基数， 乘以适当补偿系数进行电容量的配置，实行就地补偿。这种补偿方式是将电容器安装在电动机旁，电容器与电动机直接采用一套控制和保护装置或接在 控制刀闸的下桩头和电动机一起投切。

16. 补偿容量的确定 补偿容量的确定原则：当电动机空载时，补偿的无功功率不向线路上倒送，同时防止过补偿产生自励过电压危害。 所谓产生自励过电压：就是当切断电源时，电动机因机械负 荷惯性继续旋转，此时电容器向电动机的放电电流变为励磁电流，电动机运行于发电状态，端电压升压，可达额定电压的1.5倍左右。这种自励过电压，电容量越大，过电压越高。

17. 补偿容量的确定 • 利用电动机空载电流计算补偿容量 ①按下式计算补偿电容器容量Qc Qc=K√3I0Ue×10-3 式中:K—为补偿系数,一般取K=0.9， Ue—为额定电压（380V） ②实测空载电流,代入⑴式中得Qc

18. 补偿容量的确定 • 根据电动机容量和转速查表得补偿容量 与电动机常接的电容器最大容量（KVAR）

19. 电容器控制方式 • 同投同切 接线与控制方式 将电容器接在热继电器与起动接触器之间，较为简单。 这种补偿方式具有投资少，占位小，安装容易，配置方便灵活，维护简单，故障率低等优点。

20. 随机补偿的几点说明 （1）容量10kW以上，负荷平稳、连续运行的电动机应重点推广无功就地补偿。年运行小时多，低压配线较长则低压节电效果明显，改造投资回收快，可优先实施改造。农田排灌电动机大都符合负荷平稳、连续运行的条件，而且具有停机时回水自行制动不易产生自励过压的特点。可采用较简单的无功补偿接线。 （2）需要快速变换正反转、反接制动及有重合闸操作的电动机，因电容器放电不彻底，重新投入时涌流过大损害设备，不宜直接并联电容补偿。多级变速电动机降速过程中，都因惯性而滑行，除非有防自励过电压措施，否则不能就地补偿无功。

21. 2、变压器空载无功功率补偿 （也称“随器补偿”） • 补偿原理 • 补偿容量的确定 • 接线方式

22. 补偿原理 变压器为完成电能的变压和传输，必须从电网中吸收无功功率用来建立主磁通，这是必不可少的。输配电网络中成千上万台配变消耗着大量无功功率。 变压器空载无功功率补偿就是随变压器配置一定数量的电容器，用电容器发出的无功功率来供给变压器完成主磁通的建立，而不从电网吸收无功功率来建立主磁通。

23. 补偿容量的确定 随器补偿容量确定的原则：补偿容量不超过配变空载无功功率即空载运行时不发生倒送。过补偿会造成变压器空载时无功功率倒送和产生电磁谐振，尤其在电源缺相运行时，可能发生铁磁谐振过电压，造成烧毁设备事故。 • Qc=KI0%×Se/100 • I0%—变压器空载电流百分值 • Se—配变容量（千伏安） • Ｋ－补偿系数，一般取0.90 ；

24. 补偿容量的确定 • 通过查变压器空载无功功率表得 配电变压器空载无功功率表

25. 接线方式 把一定容量的电容器引线上串接一只三相刀闸（QK）后接在低压配电盘总闸刀之前，与变压器同投同切，用以补偿配变压器的空载无功功率损耗。电容器可装在配变低压侧的配电盘内、计量箱内、低压侧的接线柱上。 随器补偿原理接线图

26. 3、根据实际负荷进行无功补偿（也称“随荷补偿”）3、根据实际负荷进行无功补偿（也称“随荷补偿”） • 补偿原理 • 补偿方式 • 补偿容量的确定

27. 补偿原理 随机和随器补偿，补偿的是变压器、电动机的空载无功功率，而实际负荷中含有大量无功功率，包括未被补偿的空载无功功率，这些无功功率随着有功负荷的变化而变化，大小不定。针对这种变化的无功功率很显然不可以采用固定补偿方式，否则经常会发生倒送，应根据实际负荷进行无功补偿。

28. 补偿方式 随荷补偿原理图

29. 补偿方式 • 功率电压型补偿方式 ①首先取负荷电流与电压，计算实时无功功率Qf ②如果无功负荷Qf> Qc，再计算③ ③假如Qc投上，Uf < U标 ④如果②③两个条件均满足，则投上电容器进行补偿 ⑤继续实测，如果发现Qf<0或Uf>U标则切下电容器 继续①

30. 补偿方式 • 纯电压型补偿方式 ①取负荷电压Uf ②假如Qc投上，Uf < U标，则投上电容器 ③继续实测，如果Uf>U标 ，则切下电容器 ④继续① 纯电压控制型投切方式可以充分提高电压合格率， 但是可能会发生无功倒送情况。

31. 补偿容量的确定 由于负荷是变化的，如果按高峰负荷配置电容量，按照不许倒送的原则，很明显谷平期无法投入。峰期补偿效率高，但电容器投入时间短；如果按低 谷负荷配置电容量，电容器投运时间长，但补偿效果差。如何取一个补偿容量值，使得补偿效益最佳，这是一个很值得研究的问题。

32. 补偿容量的确定 • 只装设一组电容器 一组电容器容量应按以下原则进行配置：取一ＱC让下图（b）中阴影部分面积尽可能小，一般阴影部分面积越小补偿效果越佳。 24小时无功负何变化及补偿容量确定图 注：图(a)表示的是连续24小时实际无功负荷的变化情况。图(b)是将24小时无功负荷按从小到大的顺序排列的无功负荷图，便于问题的分析。

33. 补偿容量的确定 • 装设二组电容器 一般取一组电容器容量较大，用于补偿正常无功负荷；另一组取较小，用于高峰负荷叠加补偿或低谷负荷单独补偿。部分负荷的补偿也可取两组电容器容量相等。 QC1、QC2取值应使下图阴影部分面积尽可能小，一般 阴影部分面积越小补偿效果越佳。

34. 补偿容量的确定 • 装设多组电容器 一般按最大无功负荷配置电容器总容量，然后分成几组，每组容量为Qc/N，再确定每组由几个电容器并联而成，每组通过一个接触器并网运行。 电容器组数越多，补偿效果越好，但使得控制回路复杂，特别是接触器增加，故障机率高，另外电容器组庞大，占地面积大，成本大。单组或双组电容器虽补偿效果相比多组差，但结构紧凑，体积小，造价低。多组电容器补偿柜一般用于工厂室内，单组或双组一般用于变压器或集中负荷点进行户外补偿。

35. 4、10千伏线路无功补偿 • 线路补偿的原理 • 线路补偿容量的确定 • 线路电容器安装地点及具体容量 • 线路电容器补偿装置及安装要求 • 采用线路电容器补偿的优点

36. 线路补偿的原理 由于用户端随机、随器、随荷补偿的不完全或未进行补偿，线路上仍有大量的无功负荷在传输。采用在10千伏线路上并联高压电容器实现就近补偿，以降低线路传输电流，降低线路损耗，这就是线路无功补偿。

37. 线路补偿容量的确定 线路补偿电容器装置一般安装在室外电线杆上，没有自动投切装置，所以只能进行固定补偿。为此选定的电容器容量必须为线路流动的最小无功负荷，否则会发生无功倒送。所以要进行线路无功补偿就必须实测低谷时期无功负荷，然后确定无功补偿容量。

38. 线路电容器安装地点及具体容量 • 无功负荷沿线路均匀分布 • 无功负荷沿干线及支线均匀分布 • 无功负荷沿线路非均匀分布

39. 无功负荷沿线路均匀分布 • 根据理论计算，从降低线损的角度看，以下补偿容量 • 和安装位置为最佳值： • 只安装一组电容器 • Ｑ为该线最小负荷时无功功率值， L为线路总长度。 • C0=1/3Q 由变电所实施无功补偿。 • C1=2/3Q

40. 无功负荷沿线路均匀分布 • 安装二组电容器 C0 = 1/5Q 由变电所实施无功补偿 C1 = C2 = 2/5Q

41. 无功负荷沿线路均匀分布 • 安装三组电容器 三组线路容器补偿图 C0 = 1/7Q 由变电所实施无功补偿 C1 = C2 = C3=2/7Q

42. 线路电容器安装地点及具体容量 • 无功负荷沿线路均匀分布 电容器的安装组数、容量及线损电量下降情况 线路电容器安装情况与线损下降表 注：本表中线损电量下降率未考虑有功负荷的影响 由表可知：配电线路上电容器的安装组数越多， 降损效果越大，但 这给运行维护带来不便，相应地增加了工程投资，而且随安装组数增 加，对应于增加单位补偿容量所得到的无功线损下降率减少，因此， 一般对于均匀分布负荷的配电线路，以安装一组补偿电容器为宜，最 多两组就足够了。

43. 线路电容器安装地点及具体容量 • 无功负荷沿干线及支线均匀分布 配电线路上无功补偿装置可按以下原则进行配置： ⑴在负荷较大的分支线上，各配置一组电容器，安装地点在距支线Ｔ接点2/3处，补偿容量为支线无功负荷平均值的2/3 ⑵在干线距首端2/3处配置一组电容器，容量为经支线补偿后全线剩余无功负荷的2/3

44. 线路电容器安装地点及具体容量 • 无功负荷沿线路非均匀分布 在一个供电区内，各条线路的负荷往往是不均匀的，不能机械套用以上公式和经验数据，而应具体计算具体确定补偿方案。在此不做详细介绍。 线路补偿重点是对长线路（干线超过12kM的）负荷大（超过经济电流密度）的配电线路进行补偿，对于那些负荷小的线路（铁损70%以上的）暂不宜安装，以防深夜电压过高进一步增加铁损，以致增加线损。

45. 线路电容器补偿装置及安装要求 现场安装示意图 线路电容器补偿装置 包括：跌落式熔断器、阀型 避雷器、三相式电容器、支 架等。

46. 线路电容器补偿装置及安装要求 安装要求: （1） 每处安装电容器容量不超过120kVAR，采用跌落式熔断器作为短路保护和拉、合闸用，采用阀型避雷器作为过电压保护。 （2）电容器组与配变应分开安装，以防止铁磁谐振过电压过电流和当变压器轻载时，由于铁磁谐振发生的相序改变，造成变压器二次側所带的电动机反转。另外两组电容器之间距离大约1km。 （3）为了保证电容器正常运行，应注意在轻负荷情况下电容器安装地点的运行电压不超过电容器额定电压的1.1倍。同时采取适当措施，减少日光直晒杆上的电容器，特别注意：不要把电容器装于密闭的铁箱中再置于电杆之上，这种方式的电容器事故率很高。

47. 采用线路电容器补偿的优点 线路电容器补偿装置结构简单、造价低，容量选择适当，补偿效果也较好，缺点是运行环境恶劣、维护困难。

48. 5、变电所10千伏母线无功补偿 • 补偿原理 • 变电所电容器容量的确定 • 变电所电容器自动投切装置

49. 补偿原理 一般用户端补偿和线路补偿很难全部补偿掉用户所需无功功率。特别是我国特定的经济状况，许多地区用户补偿和线路补偿由于经济条件所限，补偿装置很少，所以有大量无功功率要由上一级电网经过主变压器流入配电网络。变电所10千伏母线无功补偿指在变电所10千伏母线上并联电容器组，用其发出的无功功率满足变电所下级10千伏配电网络的需要。

50. 变电所电容器容量的确定 1、一般新上变电所电容器补偿容量按主变容量的10-30%配置。 2、按实际无功负荷进行配置，一般取正常无功负荷偏低一点进行配置。具体计算方法参见随荷补偿无功容量确定。