无功补偿的原理及计算.doc

一： 无功补偿原理当电网电压的波形为正弦波，且电压与电流同相位时，电阻性电气设备如白炽灯、电热器等从电网上获得的功率P等于电压U和电流I的乘积，即：P=UI。电感性电气设备如电动机和变压器等由于在运行时需要建立磁场，此时所消耗的能量不能转化为有功功率，故被称为无功功率Q。此时电流滞后电压一个角度。在选择变配电设备时所根据的是视在功率S，即有功功率和无功功率的矢量和：S =（P2 + Q2）1/2无功功率为:Q=（S2 - P2）1/2 有功功率与视在功率的比值为功率因数:cosf=P/S无功功率的传输加重了电网负荷，使电网损耗增加，系统电压下降。故需对其进行就近和就地补偿。并联电容器可补偿或平衡电气设备的感性无功功率。当容性无功功率QC等于感性无功功率QL时，电网只传输有功功率P。根据国家有关规定，高压用户的功率因数应达到0.9以上，低压用户的功率因数应达到0.85以上。如果选择电容器功率为Qc，则功率因数为：cosf= P/ (P2 + (QL- QC)2)1/2在实际工程中首先应根据负荷情况和供电部门的要求确定补偿后所需达到的功率因数值，然后再计算电容器的安装容量：Qc = P(tanf1 - tanf2)=P(1/cos2f1-1)1/2-(1/cos2f2-1)1/2式中:Qc一电容器的安装容量，kvarP一系统的有功功率，kWtanf1-补偿前的功率因数角, cosf1-补偿前的功率因数tanf2-补偿后的功率因数角, cosf2-补偿后的功率因数采用查表法也可确定电容器的安装容量。功率因数与补偿容量查询表补偿前功率因数值cosf1补偿后功率因数目标值及每KW负荷所需电容器容量(KVar)0.700. 800. 820. 840. 860. 880.900. 920. 940. 960. 981.00.500.710.9821. 0341. 0861. 1391. 1921. 2481. 3061. 3691. 4401. 5291. 3720.510.520.530.540.550.670.620.580.540.500.9370.8930.8500.8090.7690.9890.9450.9020.8610.8211. 0410.9970.9540.9130.8731.0941.0501.0070.9660.9261.1471.1031.0601.0190.9791. 2031.1871.1161.0751.0351.2611.2171.1741.1331.0931.3241.2801.2371.161.1561.3951.3511.3081.2671.2271.4841.4401.3971.3561.3161.6871.6431.6001.5591.5190.560.570.580.590.600.460.420.390.350.310.7300.6920.6550.6190.5830.7820.7440.7070.6710.6350.8360.7690.7590.7230.6870.8870.840.8120.7760.7400.9400.9020.8650.820.7930.9960.9580.9210.8850.8491.0541.0160.9790.9430.9071.1171.0791.0421.0060.9701.1881.15001.1131.0771.0411.2771.2391.2021.1161.1301.4801.4421.4051.361.3330.610.620.630.640.650.280.250.210.180.150.5490.5160.4830.4510.4190.6010.5680.5350.5030.4710.6530.6200.5870.5550.5230.7060.6730.6400.6080.5760.7590.7260.6930.6610.6290.8150.7820.7490.7170.6850.8730.8400.8070.7750.7430.9360.9030.8700.8380.8061.0070.9740.9410.9090.8771.0961.0631.0300.9980.9661.2991.2661.23312011.1690.660.670.680.690.700.120.090.060.030.000.3880.3580.3280.2990.2700.4400.4100.3800.3510.3220.4920.4620.4320.4030.3740.5450.5150.4850.4560.4270.5980.5680.5360.5090.4800.6540.6240.5940.5650.5360.7120.6820.6520.6230.5940.7750.7450.7150.6860.6570.8460.8160.7860.7570.7280.9350.9050.8750.8460.8171.1381.1081.0731.0491.0200.710.720.730.740.75 0.2420.2140.1860.1590.1320.2940.2660.2380.2110.1840.3460.3180.2900.2630.2360.3990.3710.3430.3160.2890.4520.4240.360.3690.3420.5080.4800.4520.4250.3980.5660.5380.5100.4830.4560.6290.6010.5730.5460.5190.7000.6720.6440.6170.5900.7890.7610.7330.7060.6790.9920.9640.9360.9090.8820.760.770.780.790.80 0.1050.0790.0520.0260.0000.1570.1310.1040.0780.0520.2090.1830.1560.1300.1040.2620.2360.2090.1830.1570.3510.2890.2620.2360.2100.3710.3450.3180.2920.2660.4290.4030.3760.3500.3240.4920.4660.4390.4130.3870.5630.5370.5100.4840.4580.3520.3260.5990.5730.5470.8550.8290.8020.7760.7500.810.820.830.840.85 0.0260.000 0.0780.0520.0260.0000.1310.1050.0790.0530.0270.1840.1580.1320.1060.0800.2400.2140.1880.1620.1360.2980.2720.2460.2200.1940.3610.3350.3090.2830.2570.4320.4060.3800.3540.3280.5210.4950.4690.4430.4170.7240.6980.6720.6460.6200.860.870.880.890.90 0.000 0.0530.0270.000 0.1090.0830.0560.0280.0000.1670.1410.1140.0860.0580.2300.2040.1770.1490.1210.3010.2750.2480.2200.1920.3900.3640.3370.3090.2810.5390.5670.5400.5120.4840.910.920.930.940.95 0.0300.000 0.0930.0630.0320.000 0.1640.1340.1030.0710.0370.2350.2230.1920.1600.1260.4560.4260.3950.3630.3290.960.970.980.991.00 0.0000.0890.0480.0000.2920.2510.2030.1430.000二： 怎样进行无功补偿 应采取就地平衡的原则，使电网任一时刻无功总出力(含无功补偿)与无功总负荷(含无功总损耗)保持平衡。望奎局已实现了变电所的集中补偿，本文不再涉及，仅就10kV线路，配变与电动机的补偿加以讨论。 (1)10kV配电线路的无功补偿： 望奎局在每条10kV配电线路上安装12处高压无功自动补偿装置，补偿容量按线路配变总容量的10%掌握。望奎局公用配变容量为40500kVA，需补偿无功容量约为4000kvar，约需资金55万元。经计算，安装一处时，宜将无功自动补偿装置安装在距线路首端的2/3线路长度处。安装两处时，第一处安装在距线路首端的2/5线路长度处，另一处安装在距线路首端的4/5线路长度处，各处容量为线路总补偿容量的一半。具体安装时，还应考虑便于操作、维护和检修工作等。 (2)配电变压器的无功补偿： 农网的大部分配电变压器昼夜负荷变化较大，许多村屯用电多为居民生活用电，白天及后半夜多数变压器处于轻载或空载状态。我们知道变压器的损耗包括有功损耗和无功损耗，无功损耗包括空载励磁损耗及漏磁无功损耗。从配电网线损理论计算可知，配电变压器的无功损耗约占配电网总损耗的60%左右。为有效补偿配电变压器本身的无功功率，避免轻载时功率因数超前，电压升高及节约资金，对容量在200kVA以下的配电变压器按配变容量的5%左右掌握实行静态无功补偿。将补偿装置装设在配变低压出口处，随配变同时投切。对200kVA及以上的配变安装自动跟踪补偿装置。 (3)电动机的无功补偿： 7.5kW及以上投运率高的电动机最好进行无功补偿，为防止出现因过补而产生的谐振过电压，烧毁电动机，应将电动机空载时的功率因数补偿到接近1。因为电动机空载时的无功负荷最小，补偿后满载的电动机功率因数仍为滞后，这样就避免过补偿现象的发生。将低压电容器同设备一起投切，直接补偿设备本身的无功损耗。 机械负荷惯性较小的电动机(如风机等)： Qc0.9Qo(1) 式中Qc-补偿容量，kvar Qo-电动机空载无功功率，kvar 电动机空载电流可由厂家提供，如无，可参照(2)式确定： Io=2Ie(1-cos)A (2) 式中Io-电动机空载电流(A) Ie-电动机额定电流(A) cos-电动机额定负荷时功率因数 机械负荷惯性较大的电动机(如水泵等)： Qc=(1.31.5)Qo (3) 车间、工厂集中补偿容量可按(4)式确定： Qc=Pm(tg1-tg2) (4) 式中 Pm-最高负荷时平均有功功率 tg1-补偿前功率因数角的正切值 tg2-补偿后功率因数角的正切值 电动机的无功补偿，由于受益方主要是客户本身，因此投资应由客户自己承担。 经济效益分析 (1)配电变压器无功补偿经济效益分析： 电网实现无功补偿后，不仅降低配变用电设备的损耗，而且使高低压配电电流减少，导致线损率的降低，同时主变铜损及上一级输电线路的导线损失降低。全部考虑将使计算复杂。为简化计算程序，可以采用无功补偿经济当量来计算无功补偿后的经济效益。它的物理意义是每安装1kvar的补偿电容器，相当于有功损耗降低多少千瓦。补偿装置于配电变压器低压母线侧，无功经济当量值查有关手册可取0.15。为使计算更具科学性，根据望奎县实际情况，计算时取0.1。望奎县供电区需安装无功补偿容量为2500kvar，经计算，每年可减少电量损失170万kWh，每kWh购电单价按0.3元计算，每年可有50万元的收益。 (2)10kV配电线路无功补偿经济效益分析： 10kV配电线路共需无功补偿容量约为4000kvar，无功经济当量查有关手册可取0.06，补偿设备每天投运按6小时左右，经计算，每年可减少电量损失节约50万kWh，每kWh按0.3元购电单价计算，每年可有