【正文】 在感性負(fù)載上并聯(lián)電容器的方法可用電容器的無功功率來補(bǔ)償感性負(fù)載的無功功率，從而減少甚至消除感性負(fù)載于電源之間原有的能量交換。在交流電路中，純電阻電路，負(fù)載中的電流與電壓同相位，純電感負(fù)載中的電流滯后于電壓 90176。，而純電容的電流則超前于電壓 90176。，電容中的電流與電感中的電流相差 180176。，能相互抵消。電力系統(tǒng)中的負(fù)載大部分是感性的，因此總電流將滯后電壓一個(gè)角度，如圖 1 所示，將并聯(lián)電容器與負(fù)載并聯(lián)，則電容器的電流將抵消一部分電感電流，從而使總電流減小，功率因數(shù)將提高。并聯(lián)電容器的補(bǔ)償方法又可分為：1．個(gè)別補(bǔ)償。即在用電設(shè)備附近按其本身無功功率的需要量裝設(shè)電容器組，與用電設(shè)備同時(shí)投入運(yùn)行和斷開，也就是再實(shí)際中將電容器直接接在用電設(shè)備附近。適合用于低壓網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)點(diǎn)是補(bǔ)償效果好，缺點(diǎn)是電容器利用率低。2．分組補(bǔ)償。即將電容器組分組安裝在車間配電室或變電所各分路出線上，它可與工廠部分負(fù)荷的變動(dòng)同時(shí)投入或切除，也就是再實(shí)際中將電容器分別安裝在各車間配電盤的母線上。優(yōu)點(diǎn)是電容器利用率較高且補(bǔ)償效果也較理想（比較折中） 。3．集中補(bǔ)償。即把電容器組集中安裝在變電所的一次或二次側(cè)的母線 上。在實(shí)際中會(huì)將電容器接在變電所的高壓或低壓母線上，電容器組的容量按配電所的總無功負(fù)荷來選擇。優(yōu)點(diǎn):是電容器利用率高，能減少電網(wǎng)和用戶變壓器及供電線路的無功負(fù)荷。缺點(diǎn)：不能減少用戶內(nèi)部配電網(wǎng)絡(luò)的無功負(fù)荷。實(shí)際中上述方法可同時(shí)使用。對較大容量機(jī)組進(jìn)行就地?zé)o功補(bǔ)償. 自然功率因數(shù)是指電力用戶在未裝設(shè)人工補(bǔ)償設(shè)備時(shí)的功率因數(shù)。表征用戶的電力負(fù)荷在額定電壓條件下有功、無功功率的固有含量。通過對運(yùn)行電壓的控制、配電變壓器的合理運(yùn)行、異步電動(dòng)機(jī)的合理使用和同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)相運(yùn)行，可以減少電力負(fù)荷中的無功含量，使自然功率因數(shù)得到提高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，工業(yè)企業(yè)取自電力系統(tǒng)的全部無功功率中，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)約占 60%，電力變壓器約占 20%，其余的主要供給整流設(shè)備，各種感應(yīng)器械，電抗器及架空電力線路等。因此提高功率因數(shù)的主要措施是：對運(yùn)行電壓的控制；合理使用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)；合理使用東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)23電力變壓器；合理使用同步電動(dòng)機(jī)。這些方法可以減少電力負(fù)荷中的無功含量，使自然功率因數(shù)得到提高。 運(yùn)行電壓對自然功率因數(shù)的影響及合理控制電力用戶的無功功率主要消耗在異步電動(dòng)機(jī)、變壓器與感應(yīng)電爐等設(shè)備上。當(dāng)這類感性負(fù)荷的端電壓高于其額定電壓時(shí)，其無功勵(lì)磁電流將出現(xiàn)大幅度增長，致使整個(gè)配電系統(tǒng)的功率因數(shù)嚴(yán)重惡化。適當(dāng)降低負(fù)荷的端電壓，不僅不會(huì)影響正常生產(chǎn)和使用壽命，還可以有效地減少有功功率的消耗，特別是減少無功功率的消耗。合理地控制電力變壓器的運(yùn)行電壓，對于改善和提高電力用戶自然功率因數(shù)及減少電能損耗在某些場合是有很大價(jià)值的，可以從以下兩方面進(jìn)行。（1）合理選擇負(fù)荷端電壓。一般感性負(fù)荷的端電壓高于額定電壓時(shí)，空載無功損耗隨電壓的平方成比例增加，所以應(yīng)該力爭將端電壓控制在額定值附近，不可長時(shí)間偏高。負(fù)荷率較低的設(shè)備的端電壓可適當(dāng)?shù)乜刂圃陔妷涸试S偏差范圍的負(fù)值區(qū)域。合理選擇負(fù)荷端電壓可以有效地減少電力系統(tǒng)的無功功率消耗，從而大大地改善和提高用戶的自然功率因數(shù)。（2）合理選擇和使用電動(dòng)機(jī)。常有人為了工作可靠，將電動(dòng)機(jī)容量選大一點(diǎn)，以為既省事又保險(xiǎn)，這種想法是不正確的。其一，大電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)小負(fù)載不能充分發(fā)揮作用，出現(xiàn)“大馬拉小車 ”的現(xiàn)象，而且設(shè)備費(fèi)用高；其二，電動(dòng)機(jī)在低負(fù)載的情況下運(yùn)行，效率和功率因數(shù)都較低，增加了不必要的運(yùn)行費(fèi)用。電動(dòng)機(jī)在不同負(fù)荷下的功率因數(shù)和效率大致如表 51 所示。表 51 電動(dòng)機(jī)負(fù)載率與功率因數(shù)及效率的關(guān)系負(fù)載率% 空載 25% 50% 75% 100%cos?η0由表 51 可知，應(yīng)盡量減少備用容量，保證電動(dòng)機(jī)經(jīng)常在 75%以上的負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，才能獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益。否則不僅降低功率因數(shù)，增加電量損耗，而且增加設(shè)備及供電系統(tǒng)的投資。無功功率用于電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁占電力系統(tǒng)總無功功率的 70%左右，因此根據(jù)生產(chǎn)的需要，正確選擇電動(dòng)機(jī)的容量是十分必要的，這是提高自然功率因數(shù)的重要措施之一。 采用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)提高自然功率因數(shù)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)由供電系統(tǒng)取用的無功功率東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)24感應(yīng)電動(dòng)機(jī)包括空載情況下的無功功率和負(fù)載情況下無功功率的增量兩部分。即： 202022 )( LNMLMNMM KQK??????????? ???? （55）式中 QM。0 ——電動(dòng)機(jī)的空載無功功率；ΔQ M——電動(dòng)機(jī)在某一負(fù)荷下無功功率的需要量的增值；QM。N ——電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)荷下無功功率的需要量；LK——負(fù)荷系數(shù)。通常可按下式求得： NP??/ （56）式中 P—電動(dòng)機(jī)的實(shí)際負(fù)荷；M?—電動(dòng)機(jī)的額定功率。 NMNtgQ?????/ （57）式中 —電動(dòng)機(jī)額定工作狀況下的效率.—對感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在額定工作狀況下功率的正切值，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的空載無功功率可tg?用空載試驗(yàn)求出。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)取用的無功功率中空負(fù)荷無功功率占的比重很大，它取決于電動(dòng)機(jī)的容量和結(jié)構(gòu)，額定功率因數(shù)越高的電動(dòng)機(jī)空載無功功率相對越小。目前我國設(shè)計(jì)生產(chǎn)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)空載無功功率約占電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)荷下功率的 60%80%如果考慮到電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷系數(shù)一般不超過 ，例如檢修質(zhì)量不合格，電壓有時(shí)偏高等現(xiàn)象，空載無功功率在額定無功功率需要量中占比例就更大。 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的合理使用（1）嚴(yán)格控制電動(dòng)機(jī)容量，提高設(shè)備負(fù)載率，達(dá)到合理運(yùn)行：首先，應(yīng)合理選用電動(dòng)機(jī)容量，提高自然功率因數(shù)和效率，降低功率損失。輕載和空載運(yùn)行情況，造成電動(dòng)機(jī)自然功率因數(shù)偏低，耗用無功比例較大，損失電能增加。電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率與功率因數(shù)的關(guān)系如表 52 所示:表 52 電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率與功率因數(shù)的關(guān)系負(fù)載率 0 1cos? 由表 52 可知，隨著負(fù)載率的提高，電動(dòng)機(jī)自然功率因數(shù)也就提高了，也就是說，合理選擇電動(dòng)機(jī)容量，能提高其功率因數(shù)，達(dá)到節(jié)約電能之目的。電動(dòng)機(jī)當(dāng)其處于最佳負(fù)載率狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，其效率最高，自然功率因數(shù)最大；其次，應(yīng)合理使用電動(dòng)機(jī)，提高自然功率因數(shù)和效率，降低功率損失?？梢詫p負(fù)荷電動(dòng)機(jī)容量下調(diào)，即將負(fù)荷不足的東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)25大容量電動(dòng)機(jī)進(jìn)行替換。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率 kfz70%時(shí)一般可不調(diào)換；kfz40%時(shí)，可以調(diào)換；當(dāng) 40%kfz70%時(shí)，則需通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，再做決定，其主要判定條件是：0Pd21? （58）式中 —原有電動(dòng)機(jī)的有功損失（2）對輕負(fù)荷電動(dòng)機(jī)實(shí)行降壓運(yùn)行，提高自然功率因數(shù)和效率，降低功率損失。當(dāng)負(fù)載系數(shù) kfz50%時(shí)，應(yīng)對電動(dòng)機(jī)采用降壓運(yùn)行，具體做法是將定子繞組由 Δ 改為 Y 接線。不同負(fù)載率改接前后效率和功率因數(shù)的變化，如表 5表 54 所示。表 53 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)定子繞組 ΔY 變接后的效率變化ηY/ηΔ 1Kfz 表 54 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)定子繞組 ΔY 變接后的功率因數(shù)變化Y/ Δcos?cos額定值 Kfz= Kfz= Kfz= Kfz= Kfz= 當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載系數(shù) Kfz ，由 Δ 改為 Y 接線降壓運(yùn)行后，可提高電動(dòng)機(jī)的自然功率因數(shù)和效率，達(dá)到降低電能損耗的目的。（3）限制感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的空載負(fù)荷運(yùn)行。由于空負(fù)荷無功功率在整個(gè)無功功率需要量上占比重很大，而各種生產(chǎn)機(jī)械在生產(chǎn)中又有不同的空負(fù)載間隔時(shí)間，所以，在持續(xù)時(shí)間較長的間歇里將空負(fù)荷的電機(jī)停下來，對減少有功及無功功率消耗，提高功率因數(shù)有很大意義。（4）提高電動(dòng)機(jī)的檢修質(zhì)量。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的檢修質(zhì)量，對工廠自然功率因數(shù)的數(shù)值影響很大，在修理電動(dòng)機(jī)時(shí)應(yīng)準(zhǔn)確按照電動(dòng)機(jī)各項(xiàng)額定指標(biāo)進(jìn)行，否則，電動(dòng)機(jī)可能因?yàn)樾蘩碣|(zhì)量不高，增加了無功功率的需要量，使功率因數(shù)惡化。電動(dòng)機(jī)的功率損耗，特東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)26別是無功損耗受繞組導(dǎo)線截面、匝數(shù)、轉(zhuǎn)子和定子之間氣隙大小、均勻度等因素的影響是十分明顯的。必須限制電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行。由于空載運(yùn)行時(shí)無功功率在整個(gè)無功功率的需要量上占的比重很大，而各種生產(chǎn)機(jī)械在生產(chǎn)過程中又存在不同的空載間歇時(shí)間，所以，在持續(xù)時(shí)間較長的間歇里，將空載的電動(dòng)機(jī)停下來，或采用自控裝置進(jìn)行投切，對減少無功功率損耗、提高功率因數(shù)節(jié)能有很大意義。提高電力用戶的功率因數(shù)乃至整個(gè)電力網(wǎng)絡(luò)的功率因數(shù)，具有重大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值，這已成為人們的共識(shí)。采取各種合理的運(yùn)行措施而不添置設(shè)備，使自然功率因數(shù)得以改善和提高。 采用同步電動(dòng)機(jī)提高自然功率因數(shù)在工藝條件允許的情況下，采用同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行電力拖動(dòng)，是提高用戶自然功率因數(shù)的經(jīng)濟(jì)方法。調(diào)節(jié)同步機(jī)的勵(lì)磁電流，就可以使其在超前的功率因數(shù)下工作(進(jìn)相運(yùn)行)，為電網(wǎng)提供無功功率，從而改善了自然功率因數(shù)。同步電動(dòng)機(jī)的無功補(bǔ)償能力，在電動(dòng)機(jī)以額定勵(lì)磁電流運(yùn)行的條件下，取決于同步電動(dòng)機(jī)的額定容量和額定功率因數(shù)及負(fù)載力。另外，同步電動(dòng)機(jī)的補(bǔ)償能力在勵(lì)磁電流小于額定值時(shí)，將顯著下降，對于負(fù)載率偏高的同步電動(dòng)機(jī)來說尤其如此。因此，要充分發(fā)揮同步電動(dòng)機(jī)的無功補(bǔ)償能力，應(yīng)力求勵(lì)磁電流保持在額定值運(yùn)行。采用同步電動(dòng)機(jī)：同步電動(dòng)機(jī)消耗的有功功率取決于電動(dòng)機(jī)上所帶機(jī)械負(fù)荷的大小，而無功功率取決于轉(zhuǎn)子中的勵(lì)磁電流大小，在欠勵(lì)狀態(tài)時(shí)，定子繞組從電網(wǎng)“吸取”無功，在過勵(lì)狀態(tài)時(shí)，定子繞組向電網(wǎng)“送出”無功。因此，對于恒速長期運(yùn)行的大型機(jī)構(gòu)設(shè)備可以采用同步電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力。當(dāng)然，隨著發(fā)電機(jī)或同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流的升高，勵(lì)磁裝置的電能損耗將有所增大，定子繞組總電流增大，也會(huì)使電機(jī)損耗增加。但由于它補(bǔ)償了配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的無功功率，因而電力用戶主電力變壓器的總電流仍會(huì)減少，用戶總的功率損耗是下降的。同電容器補(bǔ)償相比，電力電容器的有功功率損耗較低，但因同步電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償不需要另外增加投資和設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，因此從綜合經(jīng)濟(jì)效益考慮是可取的。 東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)276 電力系統(tǒng)的無功優(yōu)化 無功功率的定義電力網(wǎng)在運(yùn)行時(shí)，由電源供給負(fù)荷的電功率有兩種:一種是有功功率: 一種是無功功率。有功功率是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能、光能、熱能等其他形式能最的電功率，是保持用電設(shè)備正常運(yùn)行的功率，如 的電動(dòng)機(jī)就是把 的電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，100W 的白熾燈是將電能轉(zhuǎn)換為光能和熱能，供生產(chǎn)和生活照明:有功功率被用電設(shè)備直接消耗掉了。有功功率的符號(hào)用 P 表示，單位是瓦 (W)和千瓦(KW) 。 無功功率研究的意義近年來，隨著我國電力工業(yè)的不斷發(fā)展，大范圍的高壓輸電網(wǎng)絡(luò)逐漸形成，同時(shí)對電網(wǎng)的無功功率的要求也日益嚴(yán)格，、降低電網(wǎng)損耗以及保證其安全運(yùn)行所不可缺少的部分。電網(wǎng)的無功不平衡將導(dǎo)致系統(tǒng)電壓的巨大波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致用電設(shè)備的損壞，出現(xiàn)系統(tǒng)電壓崩潰和穩(wěn)定破壞事故。因此無功功率對電力系統(tǒng)是十分重要的，研究無功功率具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，歸納如下：(l)研究無功功率，可以解決現(xiàn)代電力系統(tǒng)中與無功功率相關(guān)的一系列技術(shù)問題，與無功功率相關(guān)的技術(shù)問理很多，主要有：①無功功率靜態(tài)穩(wěn)定問題；②電容性無功功率引起的發(fā)電機(jī)自勵(lì)磁問題；③因潛供電流引起的單相快速自動(dòng)重合間電弧不能熄滅問題；④沖擊性無功負(fù)荷的調(diào)節(jié)問題；⑤無功功率中的高次諧波公害和閃變問題；⑥跟隨該電系統(tǒng)引起的負(fù)荷功率因致的變化與改善問題。(2)研究無功功率可以促進(jìn)節(jié)能。無功功率在電網(wǎng)中不斷循環(huán)。造成很大的浪費(fèi)。一個(gè)10GW 的電力系統(tǒng)，如果無功功率問題處理得好，每年從這個(gè)電網(wǎng)的發(fā)電廠、變電所、用戶中節(jié)約的電能超過 10 億 kW/h，并且可以減少系統(tǒng)中 200300 MW 容量的輸變電設(shè)備。(3)研究無功功率，掌握它的經(jīng)濟(jì)規(guī)律。通過統(tǒng)計(jì)，理論分析和各項(xiàng)技術(shù)措施來達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。（4）研究無功功率，可以保證電能質(zhì)量促使電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。 無功功率的對電力系統(tǒng)的影響電力系統(tǒng)中的無功功率主要用于電路內(nèi)電場與磁場，并用來在電氣設(shè)備中建立和維持磁場，完成電磁能量的相互轉(zhuǎn)換，不對外做功，為系統(tǒng)提供電壓支排，在電源與負(fù)荷東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)28之間提供電壓降落所需的勢能。無功功率不直接作為實(shí)際消耗之功，但無功功率的交換將引起發(fā)電和輸電設(shè)備上的電壓開降和電能。輸電線路的主要任務(wù)是輸送有功功率，而為了實(shí)現(xiàn)有功功率的傳輸和電網(wǎng)無功功率的平衡，一般也需要輸送一定量的無功功率。輸送無功功率時(shí)需要消耗有功功率。當(dāng)有功功率一定時(shí)，無功功率越大在網(wǎng)絡(luò)中的有功功率損耗就越大。當(dāng)電力線路的傳輸能力一定時(shí)，傳輸無功功率越小，則傳輸有功功率的能力越大。(l)，系統(tǒng)的無功電源比較充足，就能滿足。較高電壓質(zhì)量下無功功率平衡的需要，系統(tǒng)就有較高質(zhì)量的運(yùn)行電壓水平。反之，如果無功功率不足，系統(tǒng)只能在較低質(zhì)量的電壓水平下運(yùn)行，另外，電能在電力網(wǎng)中傳輸時(shí)，要損失掉部分有功功率和無功功率。，影響系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性。(2)無功功率對電壓質(zhì)量的影響。電力系統(tǒng)是向用戶提供電能的網(wǎng)絡(luò)，因而電能質(zhì)量是供電部門生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)中的一個(gè)重要