摘要：隨著中國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，企業(yè)對供電的需求與電力設(shè)備的質(zhì)量提出了更高的要求，電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性與電能質(zhì)量、無功功率有著密不可分的關(guān)系，本文就低壓無功功率補償裝置的設(shè)計進行了闡述與研究，并介紹了無功功率補償裝置在現(xiàn)場的運用。

0 引言

    近年來，隨著經(jīng)濟飛速發(fā)展，電能質(zhì)量管理的概念在各大企業(yè)中得到了廣泛的關(guān)注，“用電安全、用電質(zhì)量、用電經(jīng)濟”理念深入人心，無功功率補償作為電能質(zhì)量管理的重要組成部分，也成為了廣大電力人研究的方向。國家對于無功功率不達標的企業(yè)更加是使用了鐵腕政策，力率電費也成為了一些用電企業(yè)的負擔。本文針對此種情況，對低壓無功功率補償裝置的設(shè)計與選型進行了闡述與分析，并舉例說明了低壓無功功率裝置在現(xiàn)場的運行與應用。

1 有功功率和無功功率

    在交流電路中，由電源供給負載的電功率有兩種；一種是有功功率，一種是無功功率。    

    有功功率是保持用電設(shè)備正常運行所需的電功率，也就是將電能轉(zhuǎn)換為其他形式能量（機械能、光能、熱能）的電功率。

    無功功率比較抽象，它用于電路內(nèi)電場與磁場的交換，并用來在電氣設(shè)備中建立和維持磁場的電功率。

    視在功率、有功功率、無功功率的關(guān)系可以從功率三角形上得出，公式如下所示：

    舉個實例來說，電動機需要建立和維持旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，從而帶動機械運動，電動機的轉(zhuǎn)子磁場就是靠從電源取得無功功率建立的。變壓器也同樣需要無功功率，才能使變壓器的一次線圈產(chǎn)生磁場，在二次線圈感應出電壓。

    因此，無功功率不是無用功率，它在電力系統(tǒng)中占據(jù)了一個重要的位置。沒有無功功率，電動機就不會轉(zhuǎn)動，變壓器也不能變壓，交流接觸器不會吸合。

2 低壓無功功率補償裝置簡介

    低壓無功功率補償裝置，在電力供電系統(tǒng)中所承擔的作用是提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，降低供電變壓器及輸送線路的損耗，提高供電效率，改善供電環(huán)境。所以無功功率補償裝置在電力供電系統(tǒng)中處在一個*的位置。合理的選擇低壓無功功率補償裝置，可以大限度的減少網(wǎng)絡的損耗，使用戶用電質(zhì)量提高。反之，不合理地選擇或者使用方法不當，也有可能會造成供電系統(tǒng)電壓波動、閃變、諧波放大等多種不可控的因素。

3 無功補償裝置的原理

    從功率三角形可以看出，用戶的變壓器容量（S）是固定的，如果用戶的設(shè)備需要的無功功率（Q）過大，就會使有功功率（P）的出力減少。這不僅會使得使用電設(shè)備不能正常工作，還可能造成線路過載導致設(shè)備損壞，此時，就需要對電力系統(tǒng)進行無功功率補償。

    如圖1所示，在進行無功功率補償前，負載的無功功率、有功功率均通過變壓器來自于電網(wǎng)，就會導致電網(wǎng)的功率因數(shù)降低，電能質(zhì)量下降，用電效率差。

    圖2對設(shè)備進行了無功功率的補償，此時設(shè)備的有功功率通過變壓器來自于電網(wǎng)，而無功功率取自我們的無功補償設(shè)備。假設(shè)設(shè)備的無功功率均從無功補償設(shè)備提取，此時，從電網(wǎng)側(cè)來看，無功功率（Q）為0，此時的視在功率（S）等于有功功率（P），功率因數(shù)為1。此時電網(wǎng)的供電效率是高的，此種情況雖然為理想狀態(tài)，但在實際運營過程中，只要補償?shù)卯敚缕骄β室驍?shù)達到0.95以上是沒有問題的

      圖1無功補償前圖例                        圖2無功補償后圖例

4 無功補償?shù)闹匾?/strong>

    一般來說，使用無功補償裝置來提高功率因數(shù)的意義體現(xiàn)在兩個方面：一是可以減少輸電線路上的功率損失；二是可以充分發(fā)揮電力設(shè)備（如電機、變壓器等）的潛力。因為用電電器總是在一定電壓和一定有功功率下工作，如果功率因數(shù)較低，就要用較大的電流來保障用電器正常工作，輸電電流變大，導致線路損耗增加。此外，任何電力設(shè)備工作時總是工作在一定的額定電壓與額定電流內(nèi)，超過額定電壓值，會威脅設(shè)備的絕緣性能；工作電流超過額定值，會使內(nèi)部溫升過高，從而降低了設(shè)備的使用壽命。對于一些發(fā)電設(shè)備而言，功率因數(shù)的提高能大大增加效率，例如：一臺發(fā)電機容量為1500kW，當電力系統(tǒng)的功率因數(shù)由0.6上升至0.8時，就可以使實際發(fā)電能力提高到3000kW。

5 無功補償?shù)慕?jīng)濟效益

    無功補償?shù)慕?jīng)濟效益主要體現(xiàn)在力率電費，力率電費=有功電量×電價×力率電費調(diào)整系數(shù)。力率電費調(diào)整系數(shù)根據(jù)功率因數(shù)的值查表獲得。不同基準的力率電費調(diào)整系數(shù)表見表1和表2。

表1 以0.90為標準值得力率電費調(diào)整表

表2 以0.85為標準值得力率電費調(diào)整表

    國家對標準值也做出了規(guī)定，凡需變壓器容量100kVA及以上10kV供電的用戶應進行功率因數(shù)考核，具體標準如下：

    ♦ 100kVA以上160kVA（不含160kVA）以下的用戶，功率因數(shù)需達到0.85；

    ♦ 160kVA以上的用戶功率因數(shù)應達到0.90以上。

    ♦ 用戶的功率因數(shù)大于標準的減少其當月電費，低于標準的增加其當月電費。

    舉個例子：某變壓器用戶的變壓器容量為160kVA，采用低壓計量，某月改用戶消耗有功電量為25000kWH，無功電量為27000kWH，假設(shè)電費為0.68元/度。通過調(diào)研資料，該變壓器的有功變損為1036kWH，無功變損為3790kWH，所以該用戶共消耗有功電量26036kWH，消耗無功電量為30790kWH，通過功率三角形或查表可知該用戶的功率因數(shù)為0.65。通過查表可知該用戶力率電費調(diào)整系數(shù)為+15%，共需收取實際消耗電費25000×0.68為17000元，需加收的力率電費為25000×0.68×0.15為2550元，總計為19550元。

現(xiàn)通過無功功率補償為該用戶將功率因數(shù)從0.65提高到0.95，通過查表可知該用戶力率電費調(diào)整系數(shù)為-0.75%，共需收取實際消耗電費25000×0.68為17000元，需加收的力率電費為25000×0.68×（-0.0075）為-127.5元，總計為16872.5元。

從例子中我們可以看出，通過無功補償能為企業(yè)產(chǎn)生很大的經(jīng)濟效益，一般10個月到一年即可收回裝備成本，為企業(yè)創(chuàng)造收入。

6 無功補償?shù)倪x型

6.1容量選型

    6.1容量選型

    6.1.1新建項目

    新建項目由于現(xiàn)場參數(shù)無法確定，為了方便進行快速選型，首先將行業(yè)進行分類，各行業(yè)所屬類別如下表（，是指無功補償容量，是指變壓器容量，是指無功補償行業(yè)系數(shù)）：

   Ⅰ：系數(shù)約為0.3，適用于寫字樓、住宅等諧波、無功需求相對較小的場合；

    Ⅱ：系數(shù)約為0.4，適用于商業(yè)、軌道交通等諧波、無功需求相對中等的場合；

    Ⅲ：系數(shù)約為0.55，適用于重工業(yè)、制造業(yè)等諧波、無功需求相對較大的場合；

6.1.2改造項目

    改造項目一般都需要去現(xiàn)場進行實地測量，根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，配置相應的無功補償方案，需測量的要點包括：有功功率、無功功率、視在功率、實際功率因數(shù)、目標功率因數(shù)、負載狀況、電網(wǎng)背景等。其無功補償裝置的容量可通過實際測量后計算獲得，以上面那個例子來說，假設(shè)補償前用戶變壓器為滿載狀態(tài)，該用戶變壓器容量為160kVA，功率因數(shù)為0.65，目標功率因數(shù)為0.95，計算如下：

    補償前視在功率為,功率因數(shù)，補償前有功功率為,補償前無功功率為。

補償前與補償后有功功率不變?yōu)?img src="http://net.acrel.cn/ckfinder/userfiles/images/%e5%9b%be%e7%89%8718(6).png" style="height:19px; margin:0px; width:78px" />，目標功率因數(shù)，補償后視在功率為,補償后無功功率為。

所以，需要補償?shù)臒o功功率為。

6.2型號說明

6.3技術(shù)參數(shù)

7 無功補償模塊式方案

    現(xiàn)在，市面上的低壓無功功率補償裝置基本上都采取整柜的方式，基本上都屬于“一錘子買賣”雖然能夠滿足用戶現(xiàn)場的補償要求，但在補償后的維護、容量拓展等方面十分的不便，在用戶需要進行改造時需要更換整柜，十分困難。圖3為一種無功補償模塊，將一套無功補償回路，包含：電容、電抗、晶閘管投切開關(guān)、熔斷器、二次回路整合在一個模塊中，在實際使用中，模塊與模塊之間相互獨立，互不干擾，在維護使用中可以按模塊進行容量增減與維護。