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無功補償的作用及原理

發布時間：2022-03-08 瀏覽量：6627次

無功功率補償Reactive power compensation，簡稱無功補償，在電力供電系統中起提高電網的功率因數的作用，降低供電變壓器及輸送線路的損耗，提高供電效率，改善供電環境。所以無功功率補償裝置在電力供電系統中處在一個不可缺少的非常重要的位置。合理的選擇補償裝置，可以做到大限度的減少電網的損耗，使電網質量提高。反之，如選擇或使用不當，可能造成供電系統，電壓波動，諧波增大等諸多因素。

無功補償的基本原理:電網輸出的功率包括兩部分:一是有功功率:直接消耗電能，把電能轉變為機械能、熱能、化學能或聲能，利用這些能作功，這部分功率稱為有功功率;二是無功功率:不消耗電能，只是把電能轉換為另一種形式的能，這種能作為電氣設備能夠作功的必備條件，并且，這種能是在電網中與電能進行周期性轉換，這部分功率稱為無功功率(如電磁元件建立磁場占用的電能，電容器建立電場所占的電能)。

當電網電壓的波形為正弦波，且電壓與電流同相位時，電阻性電氣設備如白熾燈、電熱器等從電網上獲得的功率P等于電壓U和電流I的乘積，即：P=U×I。
　　電感性電氣設備如電動機和變壓器等由于在運行時需要建立磁場，此時所消耗的能量不能轉化為有功功率，故被稱為無功功率Q。此時電流滯后電壓一個角度φ。在選擇變配電設備時所根據的是視在功率S，即有功功率和無功功率的矢量和：

　無功功率為:
　　

有功功率與視在功率的比值為功率因數:
　　cosf=P/S
　　無功功率的傳輸加重了電網負荷，使電網損耗增加，系統電壓下降。故需對其進行就近和就地補償。并聯電容器可補償或平衡電氣設備的感性無功功率。當容性無功功率QC等于感性無功功率QL時，電網只傳輸有功功率P。根據國家有關規定，高壓用戶的功率因數應達到0.9以上，低壓用戶的功率因數應達到0.85以上。
　　如果選擇電容器功率為Qc，則功率因數為：
　　cosf= P/ (P2 + (QL- QC)2)1/2
　　在實際工程中首先應根據負荷情況和供電部門的要求確定補償后所需達到的功率因數值，然后再計算電容器的安裝容量：
　　Qc = P(tanf1 - tanf2)=P〔(1/cos2f1-1)1/2-(1/cos2f2-1)1/2〕
　　式中:
　　Qc一電容器的安裝容量，kvar
　　P一系統的有功功率，kW
　　tanf1--補償前的功率因數角, cosf1--補償前的功率因數
　　tanf2--補償后的功率因數角, cosf2--補償后的功率因數[1]
在大系統中，無功補償還用于調整電網的電壓，提高電網的穩定性。
在小系統中，通過恰當的無功補償方法還可以調整三相不平衡電流。按照wangs定理：在相與相之間跨接的電感或者電容可以在相間轉移有功電流。因此，對于三相電流不平衡的系統，只要恰當地在各相與相之間以及各相與零線之間接入不同容量的電容器，不但可以將各相的功率因數均補償至接近1，而且可以使各相的有功電流達到平衡狀態。

無功補償的具體實現方式:把具有容性功率負荷的裝置與感性功率負荷并聯接在同一電路，能量在兩種負荷之間相互交換。這樣，感性負荷所需要的無功功率可由容性負荷輸出的無功功率補償。

無功補償的意義:
⑴ 補償無功功率，可以增加電網中有功功率的比例常數。
⑵ 減少發、供電設備的設計容量，減少投資，例如當功率因數cosΦ=0.8增加到cosΦ=0.95時，裝1Kvar電容器可節省設備容量0.52KW;反之，增加0.52KW對原有設備而言，相當于增大了發、供電設備容量。因此，對新建、改建工程，應充分考慮無功補償，便可以減少設計容量，從而減少投資。
⑶ 降低線損，由公式ΔΡ%=(1-cosθ/cosΦ)×100%得出其中cosΦ為補償后的功率因數，cosθ為補償前的功率因數則:
cosΦ>cosθ，所以提高功率因數后，線損率也下降了，減少設計容量、減少投資，增加電網中有功功率的輸送比例，以及降低線損都直接決定和影響著供電企業的經濟效益。所以，功率因數是考核經濟效益的重要指標，規劃、實施無功補償勢在必行。