无功就地补偿技术

电网中无功补偿设备的合理配置，与电网的供电电压质量关系十分密切。合理安装补偿设备可以改善电压质量。

负荷(P+JQ)电压损失ΔU简化计算如下:

ΔU=(PR+QX)/U(1)

式中 U-线路额定电压，kV

P-输送的有功功率，kW

Q-输送的无功功率，kvar

R-线路电阻，Ω

X-线路电抗，Ω

安装补偿设备容量Qc后，线路电压降为ΔU1，计算如下:

ΔU1=[PR+(Q-Qc)X]/U(2)

很明显，ΔU1<ΔU，即安装补偿电容后电压损失减小了。由式(1)、(2)可得出接入无功补偿容量Qc后电压升高计算如下:

ΔU-ΔU1=QcX/U(3)

由于越靠近线路末端，线路的电抗X越大，因此从(3)式可以看出，越靠近线路末端装设无功补偿装置效果越好。

安装无功补偿主要是为了降损节能，如输送的有功P为定值，加装无功补偿设备后功率因数

由cosφ提高到cosφ1，因为P=UIcosφ，负荷电流I与cosφ成反比，又由于P=I2R，线路的有功损失与电流I的平方成正比。当cosφ升高，负荷电流I降低，即电流I降低，线路有功损耗就成倍降低。反之当负荷的功率因数从1降低到cosφ时，电网元件中功率损耗将增加的百分数为ΔPL%，计算如下:

ΔPL%=(1/cos2φ-1)·100%(4)

功率因数提高对降低有功功率损耗的影响见表2。

表2

(1) 在设备容量不变的条件下，由于提高了功率因数可以少送无功功率，因此可以多送有功功率。可多送的有功功率ΔP计算如下:

ΔP=P1-P=S(cosφ1-cosφ)(5)

(2) 如需要的有功不变，则由于需要的无功减少，因此所需要的配变容量也相应地减少ΔS计算如下:

ΔS=S-S1=P(1/cosφ-1/cosφ1)(6)

可以减少供电设备容量占原容量的百分比为ΔS/S计算如下:

ΔS/S=(cosφ1-cosφ)/cosφ1=(1-cosφ/cosφ1) (7)

(3) 安装无功补偿设备，可使发电机多发有功功率。系统采取无功补偿后，使无功负荷降低，发电机就可少发无功，多发有功，充分达到铭牌出力。

(1) 可以避免因功率因数低于规定值而受罚。

(2) 可以减少用户内部因传输和分配无功功率造成的有功功率损耗，因而相应可以减少电费的支出。

就三种补偿方式而言，无功就地补偿克服了集中补偿和分组补偿的缺点，是一种较为完善的补偿方式:

(1) 因电容器与电动机直接并联，同时投入或停用，可使无功不倒流，保证用户功率因数始终处于滞后状态，既有利于用户，也有利于电网。

(2) 有利于降低电动机起动电流，减少接触器的火花，提高控制电器工作的可靠性，延长电动机与控制 设备的使用寿命。

无功就地补偿容量可以根据以下经验公式确定:

Q≤ U I0

式中:Q--无功补偿容量(kvar)

U--电动机的额定电压(V)

I0--电动机空载电流(A)

(1)不能全面取代高压集中补偿和低压分组补偿:

众所周知，无功补偿按其安装位置和接线方法可分为:高压集中补偿、低压分组补偿和低压就地补偿。其中就地补偿区域最大，效果也好。但它总的电容器安装容量比其它两种方式要大，电容器利用率也低。高压集中补偿和低压分组补偿的电容器容量相对较小，利用率也高，且能补偿变压器自身的无功损耗。为此，这三种补偿方式各有应用范围，应结合实际确定使用场合，各司其职。

(2)大容量电力电子装置，就地补偿不恰当:

随着大型电力电子装置的广泛应用，尤其是采用大容量晶闸管电源供电后，致使电网波形畸变，谐波分量增大，功率因数降低。更由于此类负载经常是快速变化，谐波次数增高，危及供电质量，对通讯设备影响也很大，所以此类负载采用就地补偿是不安全，不恰当的。

因为:①电力电子装置会产生高次谐波，在负载电感上有部分被抑制。但当负载并联电容器后，高次谐波可顺利通过电容器，这就等效地增加了供电网络中的谐波成分。②由于谐波电流的存在，会增加电容器的负担，容易造成电容器的过流、过热，甚至损坏。③电力电子装置供电的负载如电弧炉、轧钢机等具有冲击性无功负载，这要求无功补偿的响应速度要快，但并联电容器的补偿方法是难以奏效。

(3)电动机起动频繁或经常正反转的场合，不宜采用就地补偿:

异步电动机直接起动时，起动电流约为额定电流的4~7倍，即使采用降压起动措施，其起动电流也是额定电流的2~3倍。因此在电动机起动瞬间，与电动机并联的电容器势必流过浪涌冲击电流，这对频繁起动的场合，不仅增加线损，而且引起电容器过热，降低使用寿命。

此外，对具有正反转起动的场合，应把补偿电容器接到接触器触头电源进线侧，这虽能使电容随电动机的运行而投入。但当接触器刚断开时，电容器会向电动机绕组放电，引起电动机自激产生高电压，这也有不妥之处。若将补偿电容器接于电源侧，当电动机停运时，电网仍向电容器供给电流，造成电容器负担加重，产生不必要的损耗。

为此，对无功补偿功率较大的电容器，如需接在电源进线侧，则应对电容器另加控制开关，在电动机停运时予以切除。

(4)就地补偿的电容器不宜采用普通电力电容器:

推广就地补偿技术时，不宜直接使用普通油浸纸质电力电容器，因为其自愈功能很差，使用中可能产生永久性击穿，甚至引起爆炸，危及人身安全。

电动机并联电容器的就地补偿，当电动机停运时，电容器会向绕组放电，放电电流会引起电动机自激产生高电压。为保证电动机停运时，电容器能可靠放电，应设有放电电路，而普通电力电容器不具备放电电路。同时其体积大，重量重，安装使用不方便，所以不宜采用。

为此，就地补偿应使用金属化聚丙烯干式电力电容器，或专用就地补偿装置。

电网中的电力负荷如电动机、变压器等，大部分属于感性负荷，在运行过程中需向这些设备提供相应的无功功率。在电网中安装并联电容器等无功补偿设备以后，可以提供感性电抗所消耗的无功功率，减少了电网电源向感性负荷提供、由线路输送的无功功率，由于减少了无功功率在电网中的流动，因此可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗，这就是无功补偿。无功补偿可以提高功率因数，是一项投资少，收效快的降损节能措施。

电网中常用的无功补偿方式包括:①集中补偿:在高低压配电线路中安装并联电容器组;②分组补偿:在配电变压器低压侧和用户车间配电屏安装并联补偿电容器;③单台电动机就地补偿:在单台电动机处安装并联电容器等。

加装无功补偿设备，不仅可使功率消耗减小，功率因数提高，还可以充分挖掘设备输送功率的潜力。

确定无功补偿容量时，应注意以下两点:①在轻负荷时要避免过补偿，倒送无功造成功率损耗增加，也是不经济的。②功率因数越高，每千乏补偿容量减少损耗的作用将变小，通常情况下，将功率因数提高到0.95就是合理补偿。