【正文】 在感性負載上并聯(lián)電容器的方法可用電容器的無功功率來補償感性負載的無功功率，從而減少甚至消除感性負載于電源之間原有的能量交換。在交流電路中，純電阻電路，負載中的電流與電壓同相位，純電感負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)中的負載大部分是感性的，因此總電流將滯后電壓一個角度，如圖 1 所示，將并聯(lián)電容器與負載并聯(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)電容器的補償方法又可分為：1．個別補償。即在用電設備附近按其本身無功功率的需要量裝設電容器組，與用電設備同時投入運行和斷開，也就是再實際中將電容器直接接在用電設備附近。適合用于低壓網(wǎng)絡，優(yōu)點是補償效果好，缺點是電容器利用率低。2．分組補償。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，它可與工廠部分負荷的變動同時投入或切除，也就是再實際中將電容器分別安裝在各車間配電盤的母線上。優(yōu)點是電容器利用率較高且補償效果也較理想（比較折中） 。3．集中補償。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。在實際中會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荷來選擇。優(yōu)點: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荷。缺點：不能減少用戶內(nèi)部配電網(wǎng)絡的無功負荷。實際中上述方法可同時使用。對較大容量機組進行就地無功補償. 自然功率因數(shù)是指電力用戶在未裝設人工補償設備時的功率因數(shù)。表征用戶的電力負荷在額定電壓條件下有功、無功功率的固有含量。通過對運行電壓的控制、配電變壓器的合理運行、異步電動機的合理使用和同步電動機進相運行，可以減少電力負荷中的無功含量，使自然功率因數(shù)得到提高。據(jù)統(tǒng)計，工業(yè)企業(yè)取自電力系統(tǒng)的全部無功功率中，感應電動機約占 60%，電力變壓器約占 20%，其余的主要供給整流設備，各種感應器械，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：對運行電壓的控制；合理使用感應電動機；合理使用東北林業(yè)大學畢業(yè)設計23電力變壓器；合理使用同步電動機。這些方法可以減少電力負荷中的無功含量，使自然功率因數(shù)得到提高。 運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機、變壓器與感應電爐等設備上。當這類感性負荷的端電壓高于其額定電壓時，其無功勵磁電流將出現(xiàn)大幅度增長，致使整個配電系統(tǒng)的功率因數(shù)嚴重惡化。適當降低負荷的端電壓，不僅不會影響正常生產(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值的，可以從以下兩方面進行。（1）合理選擇負荷端電壓。一般感性負荷的端電壓高于額定電壓時，空載無功損耗隨電壓的平方成比例增加，所以應該力爭將端電壓控制在額定值附近，不可長時間偏高。負荷率較低的設備的端電壓可適當?shù)乜刂圃陔妷涸试S偏差范圍的負值區(qū)域。合理選擇負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機。常有人為了工作可靠，將電動機容量選大一點，以為既省事又保險，這種想法是不正確的。其一，大電動機帶動小負載不能充分發(fā)揮作用，出現(xiàn)“大馬拉小車 ”的現(xiàn)象，而且設備費用高；其二，電動機在低負載的情況下運行，效率和功率因數(shù)都較低，增加了不必要的運行費用。電動機在不同負荷下的功率因數(shù)和效率大致如表 51 所示。表 51 電動機負載率與功率因數(shù)及效率的關系負載率% 空載 25% 50% 75% 100%cos?η0由表 51 可知，應盡量減少備用容量，保證電動機經(jīng)常在 75%以上的負荷狀態(tài)下運行，才能獲得最佳的經(jīng)濟效益。否則不僅降低功率因數(shù)，增加電量損耗，而且增加設備及供電系統(tǒng)的投資。無功功率用于電動機勵磁占電力系統(tǒng)總無功功率的 70%左右，因此根據(jù)生產(chǎn)的需要，正確選擇電動機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。 采用感應電動機提高自然功率因數(shù)感應電動機由供電系統(tǒng)取用的無功功率東北林業(yè)大學畢業(yè)設計24感應電動機包括空載情況下的無功功率和負載情況下無功功率的增量兩部分。即： 202022 )( LNMLMNMM KQK??????????? ???? （55）式中 QM。0 ——電動機的空載無功功率；ΔQ M——電動機在某一負荷下無功功率的需要量的增值；QM。N ——電動機在額定負荷下無功功率的需要量；LK——負荷系數(shù)。通常可按下式求得： NP??/ （56）式中 P—電動機的實際負荷；M?—電動機的額定功率。 NMNtgQ?????/ （57）式中 —電動機額定工作狀況下的效率.—對感應電動機在額定工作狀況下功率的正切值，感應電動機的空載無功功率可tg?用空載試驗求出。感應電動機取用的無功功率中空負荷無功功率占的比重很大，它取決于電動機的容量和結構，額定功率因數(shù)越高的電動機空載無功功率相對越小。目前我國設計生產(chǎn)的感應電動機空載無功功率約占電動機在額定負荷下功率的 60%80%如果考慮到電動機的負荷系數(shù)一般不超過 ，例如檢修質(zhì)量不合格，電壓有時偏高等現(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。 感應電動機的合理使用（1）嚴格控制電動機容量，提高設備負載率，達到合理運行：首先，應合理選用電動機容量，提高自然功率因數(shù)和效率，降低功率損失。輕載和空載運行情況，造成電動機自然功率因數(shù)偏低，耗用無功比例較大，損失電能增加。電動機的負載率與功率因數(shù)的關系如表 52 所示:表 52 電動機的負載率與功率因數(shù)的關系負載率 0 1cos? 由表 52 可知，隨著負載率的提高，電動機自然功率因數(shù)也就提高了，也就是說，合理選擇電動機容量，能提高其功率因數(shù)，達到節(jié)約電能之目的。電動機當其處于最佳負載率狀態(tài)下運行時，其效率最高，自然功率因數(shù)最大；其次，應合理使用電動機，提高自然功率因數(shù)和效率，降低功率損失?？梢詫p負荷電動機容量下調(diào)，即將負荷不足的東北林業(yè)大學畢業(yè)設計25大容量電動機進行替換。當電動機的負載率 kfz70%時一般可不調(diào)換；kfz40%時，可以調(diào)換；當 40%kfz70%時，則需通過技術經(jīng)濟比較后，再做決定，其主要判定條件是：0Pd21? （58）式中 —原有電動機的有功損失（2）對輕負荷電動機實行降壓運行，提高自然功率因數(shù)和效率，降低功率損失。當負載系數(shù) kfz50%時，應對電動機采用降壓運行，具體做法是將定子繞組由 Δ 改為 Y 接線。不同負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 感應電動機定子繞組 ΔY 變接后的效率變化ηY/ηΔ 1Kfz 表 54 感應電動機定子繞組 ΔY 變接后的功率因數(shù)變化Y/ Δcos?cos額定值 Kfz= Kfz= Kfz= Kfz= Kfz= 當電動機負載系數(shù) Kfz ，由 Δ 改為 Y 接線降壓運行后，可提高電動機的自然功率因數(shù)和效率，達到降低電能損耗的目的。（3）限制感應電動機的空載負荷運行。由于空負荷無功功率在整個無功功率需要量上占比重很大，而各種生產(chǎn)機械在生產(chǎn)中又有不同的空負載間隔時間，所以，在持續(xù)時間較長的間歇里將空負荷的電機停下來，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）提高電動機的檢修質(zhì)量。感應電動機的檢修質(zhì)量，對工廠自然功率因數(shù)的數(shù)值影響很大，在修理電動機時應準確按照電動機各項額定指標進行，否則，電動機可能因為修理質(zhì)量不高，增加了無功功率的需要量，使功率因數(shù)惡化。電動機的功率損耗，特東北林業(yè)大學畢業(yè)設計26別是無功損耗受繞組導線截面、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。必須限制電動機的空載運行。由于空載運行時無功功率在整個無功功率的需要量上占的比重很大，而各種生產(chǎn)機械在生產(chǎn)過程中又存在不同的空載間歇時間，所以，在持續(xù)時間較長的間歇里，將空載的電動機停下來，或采用自控裝置進行投切，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)乃至整個電力網(wǎng)絡的功率因數(shù)，具有重大的技術經(jīng)濟價值，這已成為人們的共識。采取各種合理的運行措施而不添置設備，使自然功率因數(shù)得以改善和提高。 采用同步電動機提高自然功率因數(shù)在工藝條件允許的情況下，采用同步電動機進行電力拖動，是提高用戶自然功率因數(shù)的經(jīng)濟方法。調(diào)節(jié)同步機的勵磁電流，就可以使其在超前的功率因數(shù)下工作(進相運行)，為電網(wǎng)提供無功功率，從而改善了自然功率因數(shù)。同步電動機的無功補償能力，在電動機以額定勵磁電流運行的條件下，取決于同步電動機的額定容量和額定功率因數(shù)及負載力。另外，同步電動機的補償能力在勵磁電流小于額定值時，將顯著下降，對于負載率偏高的同步電動機來說尤其如此。因此，要充分發(fā)揮同步電動機的無功補償能力，應力求勵磁電流保持在額定值運行。采用同步電動機：同步電動機消耗的有功功率取決于電動機上所帶機械負荷的大小，而無功功率取決于轉(zhuǎn)子中的勵磁電流大小，在欠勵狀態(tài)時，定子繞組從電網(wǎng)“吸取”無功，在過勵狀態(tài)時，定子繞組向電網(wǎng)“送出”無功。因此，對于恒速長期運行的大型機構設備可以采用同步電動機作為動力。當然，隨著發(fā)電機或同步電動機勵磁電流的升高，勵磁裝置的電能損耗將有所增大，定子繞組總電流增大，也會使電機損耗增加。但由于它補償了配電網(wǎng)絡系統(tǒng)的無功功率，因而電力用戶主電力變壓器的總電流仍會減少，用戶總的功率損耗是下降的。同電容器補償相比，電力電容器的有功功率損耗較低，但因同步電動機補償不需要另外增加投資和設備及運行維護費用，因此從綜合經(jīng)濟效益考慮是可取的。 東北林業(yè)大學畢業(yè)設計276 電力系統(tǒng)的無功優(yōu)化 無功功率的定義電力網(wǎng)在運行時，由電源供給負荷的電功率有兩種:一種是有功功率: 一種是無功功率。有功功率是將電能轉(zhuǎn)換為機械能、光能、熱能等其他形式能最的電功率，是保持用電設備正常運行的功率，如 的電動機就是把 的電能轉(zhuǎn)換為機械能，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:有功功率被用電設備直接消耗掉了。有功功率的符號用 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)絡逐漸形成，同時對電網(wǎng)的無功功率的要求也日益嚴格，、降低電網(wǎng)損耗以及保證其安全運行所不可缺少的部分。電網(wǎng)的無功不平衡將導致系統(tǒng)電壓的巨大波動，嚴重時會導致用電設備的損壞，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)中與無功功率相關的一系列技術問題，與無功功率相關的技術問理很多，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)電機自勵磁問題；③因潛供電流引起的單相快速自動重合間電弧不能熄滅問題；④沖擊性無功負荷的調(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)引起的負荷功率因致的變化與改善問題。(2)研究無功功率可以促進節(jié)能。無功功率在電網(wǎng)中不斷循環(huán)。造成很大的浪費。一個10GW 的電力系統(tǒng)，如果無功功率問題處理得好，每年從這個電網(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 容量的輸變電設備。(3)研究無功功率，掌握它的經(jīng)濟規(guī)律。通過統(tǒng)計，理論分析和各項技術措施來達到經(jīng)濟運行的目的。（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，在電源與負荷東北林業(yè)大學畢業(yè)設計28之間提供電壓降落所需的勢能。無功功率不直接作為實際消耗之功，但無功功率的交換將引起發(fā)電和輸電設備上的電壓開降和電能。輸電線路的主要任務是輸送有功功率，而為了實現(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。輸送無功功率時需要消耗有功功率。當有功功率一定時，無功功率越大在網(wǎng)絡中的有功功率損耗就越大。當電力線路的傳輸能力一定時，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)量的電壓水平下運行，另外，電能在電力網(wǎng)中傳輸時，要損失掉部分有功功率和無功功率。，影響系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、經(jīng)濟性。(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，因而電能質(zhì)量是供電部門生產(chǎn)經(jīng)營活動中的一個重要