无功补偿相关基础知识

无功补偿

1 定义 交流电在通过纯电阻的时候，电能都转成了热能，而在通过纯容性或者纯感性负载的时候，并不做功。也就是说没有消耗电能，即为无功功率。当然实际负载，不可能为纯容性负载或者纯感性负载，一般都是混合性负载，这样电流在通过它们的时候，就有部分电能不做功，就是无功功率，此时的功率因数小于1，为了提高电能的利用率，就要进行无功补偿。 电网中的电力负荷如电动机、变压器等，大部分属于感性电抗，在运行过程中需要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、同步调相机等容性设备以后，可以供给感性电抗消耗的部分无功功率小电网电源向感性负荷提供无功功率。也即减少无功功率在电网中的流动，因此可以降低输电线路因输送无功功率造成的电能损耗，改善电网的运行条件。这种做法称为无功补偿。

2 配电网中常用的无功补偿方式 无功补偿可以改善电压质量，提高功率因数，是电网采用的节能措施之一。配电网中常用的无功补偿方式为：在系统的部分变、配电所中，在各个用户中安装无功补偿装置；在高低压配电线路中分散安装并联电容机组；在配电变压器低压侧和车间配电屏间安装并联电容器以及在单台电动机附近安装并联电容器，进行集中或分散的就地补偿。

（1）就地补偿

对于大型电机或者大功率用电设备宜装设就地补偿装置。就地补偿是最经济、最简单以及最见效的补偿方式。在就地补偿方式中，把电容器直接接在用电设备上，中间只加串熔断器保护，用电设备投入时电容器跟着一起投入，切除时一块切除，实现了最方便的无功自动补偿，切除时用电设备的线圈就是电容器的放电线圈。

（2）分散补偿

当各用户终端距主变较远时，宜在供电末端装设分散补偿装置，结合用户端的低压补偿，可以使线损大大降低，同时可以兼顾提升末端电压的作用。

（3）集中补偿

变电站内的无功补偿，主要是补偿主变对无功容量的需求，结合考虑供电压区内的无功潮流及配电线路和用户的无功补偿水平来确定无功补偿容量。35KV 变电站一般按主变容量的10%-15%来确定；110KV 变电站可按15%-20%来确定。

3 方式的选择 (1)长期变动的负荷

对于建站初期负荷较小，以后负荷逐渐增大的情况，组装设无载可调容电容器组。户外安装时可选用可调容集合式电容器；户内安装时可选用可调容柜式电容器装置。其基本原理为将电容器按二进制方式分成二组，通过分接开关或隔离开关选择投切组合，可以实现三档容量可调。随着负荷的改变，可以人工断电后改变投切组合满足某一时间段的无功平衡。这种场合可以装设无功自动调容装置，该装置可以满足无人值守综合自动化的要求。

（2）短时段内负荷频繁变化的场合

该场合宜装可快速跟踪的瞬态无功补偿装置。由于电容器每次投切前却必须保证电容器没有残存的电荷，而电容器放电即使通过放电线圈亦需要数秒的时间，所以高压瞬态无功补偿装置（也称SVC ）一般都是固定补偿最大容量的电容器，同时并联一组容量可调的电抗器，通过快速调整电抗器的输出无功，从而达到无功瞬态平衡的目的。电抗器的调整技术主要有可控硅控制空心并联电抗器及直流偏磁调感两种方式，其中以前者较优，但价格较高。 4 需要计算无功补偿的情况和主要事项

100KVA 以下的才不需要计算无功，100KVA 的也要计算，这是国家规定的。变电站的无功补偿一般原则是就地补偿，所以大型的高电压的变电所一般不需要无功补偿，不远距离输送无功，只有在110KV 及以下的变电所10KV 母线上才需要无功补偿。

5无功补偿计算的注意事项

（1）在轻负荷时不允许过补偿，否则由于无功补偿容量过大，会使功率因数超前，向电网倒送无功，是不经济的；

（2）在不同功率因数的条件下，每千乏补偿容量取得的补偿效益是不相同的。功率因数愈高时，每千乏补偿容量对减少无功功率在输送过程中造成的损耗的作用，将相应变小。如提高后的功率因数接近1，则补偿设备的投资将增加，投资的效益将减小。因此通常情况

下，将功率因数提高到0.95左右为好。这样亦体现了合理补偿，以取得最佳技术经济效益的原则。

6 无功补偿装置 总的来说“无功补偿装置”就是个无功电源。

一般电业规定功率因数为低压0.85以上，高压0.9以上。为了克服无功损耗，就要采用无功补偿装置来解决。

电力系统中现有的无功补偿设备有无功静止式补偿装置和无功动态补偿装置两类，前者包括并联电容器和并联电抗器，后者包括同步补偿机(调相机) 和静止型无功动态补偿装置(SVS)。

其中，并联电抗器的功能是：

（1）吸收容性电流，补偿容性无功，使系统达到无功平衡；

（2）可削弱电容效应，限制系统的工频电压升高及操作过电压。其不足之处是容量固定的并联电抗器，当线路传输功率接近自然功率时，会使线路电压过分降低，且造成附加有功损耗，但若将其切除，则线路在某些情况下又可能因失去补偿而产生不能允许的过电压。

改进方法是采用可控电抗器，它借助控制回路直流的励磁改变铁心的饱和度(即工作点) ，从而达到平滑调节无功输出的目的。

工业上采用：

（1）. 同步电机和同步调相机；

（2）采用移相电容器；

目前大多数采用移相电容器为主。

7 线损

电网的损耗分为管理线损和技术线损。管理线损通过管理和组织上的措施来降低；技术线损通过各种技术措施来降低。无功补偿是利用技术措施降低线损的重要措施之一，在有功功率合理分配的同时，做到无功功率的合理分布。按照就近的原则安排减少无功远距离输送。对各种方式进行线损计算制定合理的运行方式；合理调整和利用补偿设备提高功率因数。

（1）提高负荷的功率因数

提高负荷的功率因数，可以减少发电机送出的无功功率和通过线路、变压器传输的无功功率，使线损大为降低，而且还可以改善电压质量、提高线路和变压器的输送能力。

（2）装设无功补偿设备

应当根据电网中无功负荷及无功分布情况合理选择无功补偿容量和确定补偿容量的分布，以进一步降低电网损耗。

8 农村低压客户的用电现状以及无功补偿在低压降损中的作用 90年代以前，农村低压用电以居民生活用电为主，其负荷主要是照明用白炽灯，不仅用电量少而且负荷性质基本是纯电阻性(COSφ≈1)，而低压动力用户的负荷功率因数虽然较低，但其用电量占总售电量的比例较小，故影响不大。近些年来，由于各种现代家用电器的迅速普及和大量使用，居民生活用电不仅用电量有了较大的增长，更重要的是其负荷性质有了很大的改变。与此同时，低压动力客户电量增长迅速，近几年已经占到了农村总用电量比重的60％～70％，主要以纺织行业、机械加工为主，而且动力客户的用电量明显呈现出继续增长趋势。这些动力客户，其设备自然功率因数较低（COSφ＝0.6～0.7），且经常处于低功率因数运行状况。

目前，纯居民生活用电的农村综合变已经不存在了，绝大多数农村综合变的非普工业用电占到60％以上（小集镇公用变和排灌变除外）。由于低压动力客户都没有进行无功就地补偿，网改时由于资金不足等原因也未考虑低压无功补偿问题，导致农村综合变的功率因数很低，基本上在0.6～0.7之间，即无功功率在配电线路上引起的有功损耗实际上超过了有功功率在配电线路上引起的有功损耗。因此，从技术面分析，无功功率引起的有功损耗已经成为影响整个低压配电系统线损率最主要的技术因素。

经过实践，无功补偿技术的应用为电力企业和客户带来了双赢的局面。对客户来讲，合理进行随机补偿，可以降低电流，减少内线损耗，提高设备出力；对供电企业来说，无功补偿技术改造后，配变可以降低损耗，使得配变利用率提高，满足了更多动力客户的供电需求。从一定程度上缓解农村综合变容量不足的矛盾，可以将有限的电网建设资金用得更为合理。

无功补偿的对象主要是需用动力设备容量在10千瓦以上的客户；补偿的方法应以随机补偿为主，实现无功就地平衡。从补偿数量上来讲，理论上讲可以考虑按现有动力设备容量1：1~1：1.2来进行就地补偿。考虑到农村动力客户单台设备容量都较小，生产情况随着经济形势经常变化，可以考虑采用小容量的电容器（如2千乏、4千乏）等合理进行分组配置或者按现有动力设备容量1：0.6~1：0.8进行补偿以避免过补偿。从补偿后效果来看，补偿

后动力电流可以下降1／3以上，有些甚至能下降一半电流，台区线损基本上可以降低2~4个百分点，可以起到较好的降损效果。