【正文】 低壓380kV供電系統(tǒng)有各類TSC型國產(chǎn)無功補償設備在運行。而且其控制復雜，所用的全控器件價格昂貴，所以目前還沒有普及，尤其在我國，大功率電力電子器件目前基本依賴進口，成本太高，根據(jù)我國國情，此類裝置的實用化尚需相當長的一段時間。但SVG具有調(diào)節(jié)速度更快且不需大容量的電容、電感等儲能元件，諧波含量小，同容量占地面積小等諸多優(yōu)點，其優(yōu)越性能必將使其成為未來無功補償設備的重要發(fā)展方向。第二節(jié) 國內(nèi)外對無功功率研究人們對有功功率的理解非常容易，而要深刻認識無功功率卻不是輕而易舉的。在交流電一周期的一部分時間內(nèi)，儲能元件從電源吸收能量，另一部分時間內(nèi)將能量返回電源，理想的無損失儲能元件在整個周期平均功率是零。無功功率不表示單位時間所做的功，無功功率的實質(zhì)是表示這些能量交換的最大值。傳統(tǒng)的功率定義大都是建立在平均值的基礎上的。但當電壓或電流中含有諧波時，或三相電路不平衡時，功率現(xiàn)象比較復雜，傳統(tǒng)概念無法正確地對其進行解釋和描述。自1991年以來，已多次舉辦了專門討論非正弦情況下功率定義和測量問題的國際會議，但迄今為止，尚未找到徹底解決問題的理論和方法。迄今為止的各種功率理論只是較好地解決了上述一兩個方面的問題，而未能滿足所有要求。各種功率理論第三類適用于儀表測量和電能的管理、收費第一類適用于諧波和無功功率的辨識，包括諧波源的確定，諧波和無功功率流動的理解第二類適用于諧波和無功功率的補償與抑制，包括無功功率的控制、裝置的原理和設計 現(xiàn)有功率理論按其適用性分類第三節(jié) 負荷無功補償?shù)哪康暮鸵饬x負荷補償就是對無功功率進行調(diào)度以改善交流電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量，這一術語用在那些為某一負荷或某組負荷而實行無功功率調(diào)度的場合。負荷補償?shù)哪康挠幸韵氯c:一是提高功率因數(shù)，減少損耗；二是爭取使本單位的功率因數(shù)提高到盡可能高的水平，以求減少電費支出（電能價格與功率因數(shù)有關）；三是改善電壓調(diào)節(jié)；四是負荷平衡。對大型工業(yè)負荷來講，則進行無功功率補償在經(jīng)濟上是合算的。由上式可知，線路有功功率的損失與功率的平方成反比，提高功率因數(shù)可大大降低線損。提高功率因數(shù)，通常應盡可能的在靠近需要無功功率的負荷處產(chǎn)生無功功率，而不應向遙遠的發(fā)電廠去取無功功率。電網(wǎng)各部分電能損耗比例如下表。負荷對無功需求的變化，會引起電網(wǎng)節(jié)點電壓的變化，這就可能影響到與該節(jié)點相連的負荷的運行效率，導致不同用戶的負荷進行干擾，或者引起供電電壓的脈動。線路電壓損失為式中，為線路電壓損失(kV)；X為線路電感電抗(Ω)。第四節(jié) 目前負荷補償?shù)牟蛔銚?jù)統(tǒng)計，當前國內(nèi)典型城鄉(xiāng)配電網(wǎng)無功損耗情況如下:%, 10kV級占20%, 35kV以上占30%。因此，作好10kV等級電壓以下的無功補償具有重要意義。然而，許多電網(wǎng)仍存在補償不足，調(diào)節(jié)手段落后，電壓偏低，損耗增大等問題。在供電方面，公用變壓器在全國大中小城市中大量存在，而且伴隨著一戶一表等城網(wǎng)改造的開展，還會大量增加。在用戶方面，由于公用變壓器區(qū)內(nèi)低壓用戶很多，供電企業(yè)管理不便，低壓用戶感性負荷很大。（二）無功補償裝置落后。在投切容量的確定方面，往往以功率因數(shù)為參考，電容器分組投切，當功率因數(shù)滯后時，則投入一組電容器；當有超前的無功分量時，則切除一組電容器；按步投切電容量，無功補償?shù)木炔桓?。（三）集中補償占大多數(shù)。由于用戶內(nèi)部的無功損耗沒有減少，所以降損節(jié)電效果必然受到限制。第五節(jié) 本設計的主要工作對電力系統(tǒng)無功補償而言，存在兩種補償方式。本文主要是對低壓配電網(wǎng)，在負荷端進行無功補償?shù)难芯?。對所做工作進行分析，得出結(jié)論，提出待解決的問題和要求。功率因數(shù)是電力系統(tǒng)的一個重要的技術數(shù)據(jù)。功率因數(shù)低，說明電路用于交變磁場轉(zhuǎn)換的無功功率大， 從而降低了設備的利用率，增加了線路供電損失?！　。ㄒ唬┳罨痉治觯耗迷O備作舉例。然而，因大部分電器系統(tǒng)存在固有的無功損耗，只能使用70個單位的功率。(我們?nèi)粘Ｓ脩舻碾娔鼙碛嬃康氖怯泄β?，而沒有計量無功功率，因此沒有說使用70個單位而卻要付100個單位的費用的說法，使用了70個單位的有功功率，你付的就是70個單位的消耗)在這個例子中， (，將被罰款)，這種無功損耗主要存在于電機設備中(如鼓風機、抽水機、壓縮機等)，又叫感性負載。　?。ǘ┗痉治觯好糠N電機系統(tǒng)均消耗兩大功率，分別是真正的有用功(叫千瓦)及電抗性的無用功。功率因數(shù)越高，有用功與總功率間的比率便越高，系統(tǒng)運行則更有效率。兩種波形峰值的分隔可用功率因數(shù)表示。許多用電設備均是根據(jù)電磁感應原理工作的，如配電變壓器、電動機等，它們都是依靠建立交變磁場才能進行能量的轉(zhuǎn)換和傳遞。無功功率單位為乏(Var)。這樣電路中的無功功率可以降到最小，視在功率將大部分用來供給有功功率，從而提高電能輸送的功率。據(jù)有關的統(tǒng)計，在工礦企業(yè)所消耗的全部無功功率中，異步電動機的無功消耗占了60％～70％；而在異步電動機空載時所消耗的無功又占到電動機總無功消耗的60％～70％?！　。ǘ┳儔浩飨牡臒o功功率一般約為其額定容量的10％～15％，它的空載無功功率約為滿載時的1/3?！　。ㄈ┕╇婋妷撼鲆?guī)定范圍也會對功率因數(shù)造成很大的影響。當供電電壓低于額定值時，無功功率也相應減少而使它們的功率因數(shù)有所提高。所以，應當采取措施使電力系統(tǒng)的供電電壓盡可能保持穩(wěn)定。下面簡單介紹這幾種補償方式的適用范圍及使用該種補償方式的優(yōu)缺點。通過控制、保護裝置與電機同時投切。低壓個別補償?shù)膬?yōu)點是：用電設備運行時，無功補償投入，用電設備停運時，補償設備也退出，因此不會造成無功倒送。 (二)低壓集中補償：　　低壓集中補償是指將低壓電容器通過低壓開關接在配電變壓器低壓母線側(cè)，以無功補償投切裝置作為控制保護裝置，根據(jù)低壓母線上的無功負荷而直接控制電容器的投切。低壓補償?shù)膬?yōu)點：接線簡單、運行維護工作量小，使無功就地平衡，從而提高配變利用率，降低網(wǎng)損，具有較高的經(jīng)濟性，是目前無功補償中常用的手段之一。適用于用戶遠離變電所或在供電線路的末端，用戶本身又有一定的高壓負荷時，可以減少對電力系統(tǒng)無功的消耗并可以起到一定的補償作用；補償裝置根據(jù)負荷的大小自動投切，從而合理地提高了用戶的功率因數(shù)，避免功率因數(shù)降低導致電費的增加。無功補償不僅能改善農(nóng)網(wǎng)功率因數(shù)和電壓質(zhì)量，而且可以使無功負荷就地平衡，提高農(nóng)網(wǎng)的經(jīng)濟運行水平，同時降低電費支出，減輕工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的負擔，所以進行無功補償是利國利民的好事，我們應下決心去抓，真正讓用戶得到實惠。無功補償?shù)暮侠砼渲迷瓌t,從電力網(wǎng)無功功率消耗的基本狀況可以看出，各級網(wǎng)絡和輸配電設備都要消耗一定數(shù)量的無功功率，尤以低壓配電網(wǎng)所占比重最大。 ，以局部為主。 在配電網(wǎng)絡中，用戶消耗的無功功率約占50%～60%，其余的無功功率消耗在配電網(wǎng)中。 ，以分散為主。分散補償，指在配電網(wǎng)絡中分散的負荷區(qū)，如配電線路，配電變壓器和用戶的用電設備等進行的無功補償。但不能降低配電網(wǎng)絡的無功損耗。所以為了有效地降低線損，必須做到無功功率在哪里發(fā)生，就應在哪里補償。 ，以降損為主。當有功功率P一定時，如減少無功功率Q，則功率因數(shù)便能夠提高。因此提高功率因數(shù)問題的實質(zhì)就是減少用電設備的無功功率需要量。而異步電動機所耗用的無功功率是由其空載時的無功功率和一定負載下無功功率增加值兩部分所組成。變壓器消耗無功的主要成份是它的空載無功功率，它和負載率的大小無關。 當供電電壓高于額定值的10%時，由于磁路飽和的影響，無功功率將增長得很快，據(jù)有關資料統(tǒng)計，當供電電壓為額定值的110%時，一般工廠的無功將增加35%左右。但供電電壓降低會影響電氣設備的正常工作。 ，因此必須要尋求一些行之有效的、能夠使低壓電力網(wǎng)功率因數(shù)提高的一些實用方法，使低壓網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)無功的就地平衡，達到降損節(jié)能的效果。 （四）隨機補償 隨機補償就是將低壓電容器組與電動機并接，通過控制、保護裝置與電機，同時投切。 隨機補償?shù)膬?yōu)點是：用電設備運行時，無功補償投入，用電設備停運時，補償設備也退出，而且不需頻繁調(diào)整補償容量。 （五）隨器補償 隨器補償是指將低壓電容器通過低壓保險接在配電變壓器二次側(cè)，以補償配電變壓器空載無功的補償方式。隨器補償?shù)膬?yōu)點：接線簡單、維護管理方便、能有效地補償配變空載無功，限制農(nóng)網(wǎng)無功基荷，使該部分無功就地平衡，從而提高配變利用率，降低無功網(wǎng)損，具有較高的經(jīng)濟性，是目前補償無功最有效的手段之一。適用于100kVA以上的專用配變用戶，可以替代隨機、隨器兩種補償方式，補償效果好。但缺點是控制保護裝置復雜、首期投資相對較大。 （七）無功功率補償容量的選擇方法 無功補償容量以提高功率因數(shù)為主要目的時，補償容量的選擇分兩大類討論，即單負荷就地補償容量的選擇（主要指電動機）和多負荷補償容量的選擇（指集中和局部分組補償）。此法在節(jié)能技術上廣泛應用，對一般情況都可行，特別適用于Io/Ie比值較高的電動機和負載率較低的電動機。 ：由于電機極數(shù)不同，按極數(shù)大小確定經(jīng)驗系數(shù)選擇容量 比較接近實際需要的電容器，采用這種方法一般在70%負荷時，~ 之間經(jīng)驗系數(shù)表電機類型 一般電機 起重電機 冶金電機極數(shù) 2 4 6 8 10 8 10 補償容量（kvar/kw） ~ ~ ~ 電機容量大時選下限，小時選上限 ；電壓高時選下限，小時選上限Qc=P[√1/COS2φ11√1/COS2φ21] 實際測試比較準確方法此法適用于任何一般感性負荷需要精確補償?shù)木偷匮a償容量的計算。 ：Q= k(1 cos2φe )3UeIe103 (kvar)K為與電動機極數(shù)有關的一個系數(shù)極數(shù)： 2 4 6 8 10K值： （九）多負荷補償容量的選擇多負荷補償容量的選擇是根據(jù)補償前后的功率因數(shù)來確定。Tm為企業(yè)的月工作小時數(shù)；tgφtgφ2意義同前，tgφ1由有功和無功電能表讀數(shù)求得。tgφ1可根據(jù)企業(yè)負荷性質(zhì)查手冊近似取值，也可用加權平均功率因數(shù)求得cosφ1。但電氣設備不連續(xù)運轉(zhuǎn)或輕負荷運行時，會造成過補償，使運行電壓抬高，電壓質(zhì)量變壞。 （十）無功補償?shù)男б? 在現(xiàn)代用電企業(yè)中，在數(shù)量眾多、容量大小不等的感性設備連接于電力系統(tǒng)中，以致電網(wǎng)傳輸功率除有功功率外，還需無功功率。企業(yè)消耗電網(wǎng)的無功功率約占消耗有功功率的60%～90%,，則無功消耗只占有功消耗的30%左右。 ?？梢姡岣吖β室驍?shù)對企業(yè)有著重要的經(jīng)濟意義。對于原有供電設備來講，在同樣有功功率下，因功率因數(shù)的提高，負荷電流減少，因此向負荷傳送功率所經(jīng)過的變壓器、開關和導線等供配電設備都增加了功率儲備，從而滿足了負荷增長的需要；如果原網(wǎng)絡已趨于過載，由于功率因數(shù)的提高，輸送無功電流的減少，使系統(tǒng)不致于過載運行，從而發(fā)揮原有設備的潛力；對尚處于設計階段的新建企業(yè)來說則能降低設備容量，減少投資費用，在一定條件下，改善后的功率因數(shù)可以使所選變壓器容量降低。 補償前后線路傳送的有功功率不變，P= IUCOSφ，由于COSφ提高，補償后的電壓U2稍大于補償前電壓U1,為分析問題方便，可認為U2≈U1從而導出I1COSφ1=I2COSφ2。 。因此，無功補償能改善電壓質(zhì)量（一般電壓穩(wěn)定不宜超過3%）。 ，由于電流的下降，功率因數(shù)的提高，從而增加了變壓器的容量，計算公式如下：△S=P/ COSφ1[（ COSφ 2/ COSφ1）1]如一臺額定功率為155KW水泵的電機，根據(jù)上面公式計算其增容量為：（155247。）1]=24KVA第四節(jié) 采取適當措施，設法提高系統(tǒng)自然功率因數(shù)提高自然功率因數(shù)是不需要任何補償設備投資，僅采取各種管理上或技術上的手段來減少各種用電設備所消耗的無功功率，這是一種最經(jīng)濟的提高功率因數(shù)的方法。因此，對于恒速長期運行的大型機構(gòu)設備可以采用同步電動機作為動力。　　(四)合理選擇配變?nèi)萘?，改善配變的運行方式：對負載率比較低的配變，一般采取撤、換、并、停等方法，使其負載率提高到最佳值，從而改善電網(wǎng)的自然功率因數(shù)。減少無功功率需要量，提高設備自然功率因數(shù)，主要的途徑之一就是使電動機及變壓器的負載合理。所以，必須限制或避免感性負載的空載和輕載運行。但提高設備自然功率因數(shù)是有限的，一般還需在用戶端采用無功補償裝置，提高人為功率因數(shù)，才能達到我國電力設備的有關規(guī)定，即：。一、感性負載端并聯(lián)電容器補償，感性負載用RL的串聯(lián)來等效。 向量圖從矢量圖知：由于電容性電流Ic在相位上超前電壓900，這樣可以抵消一部分相位滯后電壓900的感性電流I1，這不僅使線路上的總電流由I1減少到I，而且使功率因數(shù)從 提高到。二、 感性負載端并聯(lián)同步補償機其補償?shù)脑砣缦拢和窖a償機在正常勵磁、欠勵磁、過勵磁時，外加電壓U 、反向感應電動勢E、定子繞組上的電壓△： U E U U E ΔU E ΔU IT IT正常勵磁時 欠勵磁時 過勵磁時 ΔU、IT 關系圖從矢量圖可見：在正常勵磁時，E和U大小基本相等，相位相反，相互平衡，此時，同步補償機相當于電阻的作用；在欠勵磁時，定子繞組上的電壓△U超前于電流IT 約900，這時，同步補償機與純電感的作用類似；在過勵磁時，定子繞組上的電壓△U 滯后于電流IT 約900，此時，同步補償機與純電容的作用類似。第六節(jié) 低壓無功補償方式一、線路補償線路補償即將戶外并聯(lián)電容器安裝在架空線路上，以提高電網(wǎng)功率因數(shù)，達到降損升壓的目的。由于配電線路上安裝的并聯(lián)電容器遠離變電站，容易出現(xiàn)保護不易配置，控制成本高，維護工作量大，受安裝環(huán)境和空間等客觀條件限制等工程問題。雖然多點補償?shù)慕祿p效果比單點補償?shù)男Ч?，但是多點補償?shù)陌惭b費用和維護費都隨補償點的增加而正比增大。（二）控制方式從簡。（三）補償容量不宜過大。桿上空間有限，太多的電容器同桿架設，既不安全，也不利于電容器散熱。