| 无功就地补偿技术 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 电网中的电力负荷如电动机、变压器等，大部分属于感性负荷，在运行过程中需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等无功补偿设备以后，可以提供感性电抗所消耗的无功功率，减少了电网电源向感性负荷提供、由线路输送的无功功率，由于减少了无功功率在电网中的流动，因此可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗，这就是无功补偿。无功补偿可以提高功率因数，是一项投资少，收效快的降损节能措施。
电网中常用的无功补偿方式包括：①集中补偿：在高低压配电线路中安装并联电容器组；②分组补偿：在配电变压器低压侧和用户车间配电屏安装并联补偿电容器；③单台电动机就地补偿：在单台电动机处安装并联电容器等。
加装无功补偿设备，不仅可使功率消耗减小，功率因数提高，还可以充分挖掘设备输送功率的潜力。
确定无功补偿容量时，应注意以下两点：①在轻负荷时要避免过补偿，倒送无功造成功率损耗增加，也是不经济的。②功率因数越高，每千乏补偿容量减少损耗的作用将变小，通常情况下，将功率因数提高到0.95就是合理补偿。
无功补偿具有显著优点：
◎改善电能质量
电网中无功补偿设备的合理配置，与电网的供电电压质量关系十分密切。合理安装补偿设备可以改善电压质量。
负荷(P+JQ)电压损失ΔU简化计算如下：
ΔU=(PR+QX)/U(1)
式中 U-线路额定电压，kV
P-输送的有功功率，kW
Q-输送的无功功率，kvar
R-线路电阻，Ω
X-线路电抗，Ω
安装补偿设备容量Qc后，线路电压降为ΔU1，计算如下：
ΔU1=[PR＋(Q－Qc)X]/U(2)
很明显，ΔU1＜ΔU，即安装补偿电容后电压损失减小了。由式(1)、(2)可得出接入无功补偿容量Qc后电压升高计算如下：
ΔU-ΔU1=QcX/U(3)
由于越靠近线路末端，线路的电抗X越大，因此从(3)式可以看出，越靠近线路末端装设无功补偿装置效果越好。
◎降低电能损耗
安装无功补偿主要是为了降损节能，如输送的有功P为定值，加装无功补偿设备后功率因数
由cosφ提高到cosφ1，因为P＝UIcosφ，负荷电流I与cosφ成反比，又由于P＝I2R，线路的有功损失与电流I的平方成正比。当cosφ升高，负荷电流I降低，即电流I降低，线路有功损耗就成倍降低。反之当负荷的功率因数从1降低到cosφ时，电网元件中功率损耗将增加的百分数为ΔPL%，计算如下：
ΔPL%＝(1/cos2φ-1)·100%(4) 功率因数降低与功率损耗增加的百分数之间的关系如表1。
1
功率因数提高对降低有功功率损耗的影响见表2。
表2
◎挖掘发供电设备潜力
(1) 在设备容量不变的条件下，由于提高了功率因数可以少送无功功率，因此可以多送有功功率。可多送的有功功率ΔP计算如下：
ΔP=P1-P=S(cosφ1-cosφ)(5)
(2) 如需要的有功不变，则由于需要的无功减少，因此所需要的配变容量也相应地减少ΔS计算如下：
ΔS＝S-S1＝P(1/cosφ-1/cosφ1)(6)
可以减少供电设备容量占原容量的百分比为ΔS/S计算如下：
ΔS/S=(cosφ1-cosφ)/cosφ1=(1-cosφ/cosφ1) (7)
(3) 安装无功补偿设备，可使发电机多发有功功率。系统采取无功补偿后，使无功负荷降低，发电机就可少发无功，多发有功，充分达到铭牌出力。
◎减少用户电费支出
(1) 可以避免因功率因数低于规定值而受罚。
(2) 可以减少用户内部因传输和分配无功功率造成的有功功率损耗，因而相应可以减少电费的支出。
就三种补偿方式而言，无功就地补偿克服了集中补偿和分组补偿的缺点，是一种较为完善的补偿方式：
（1）因电容器与电动机直接并联，同时投入或停用，可使无功不倒流，保证用户功率因数始终处于滞后状态，既有利于用户，也有利于电网。
（2）有利于降低电动机起动电流，减少接触器的火花，提高控制电器工作的可靠性，延长电动机与控制 设备的使用寿命。
无功就地补偿容量可以根据以下经验公式确定：
Q≤ U I0
式中：Q——无功补偿容量(kvar)
U——电动机的额定电压(V)
I0——电动机空载电流(A)
但是无功就地补偿也有其缺点：
(1)不能全面取代高压集中补偿和低压分组补偿：
众所周知，无功补偿按其安装位置和接线方法可分为：高压集中补偿、低压分组补偿和低压就地补偿。其中就地补偿区域最大，效果也好。但它总的电容器安装容量比其它两种方式要大，电容器利用率也低。高压集中补偿和低压分组补偿的电容器容量相对较小，利用率也高，且能补偿变压器自身的无功损耗。为此，这三种补偿方式各有应用范围，应结合实际确定使用场合，各司其职。
(2)大容量电力电子装置，就地补偿不恰当：
随着大型电力电子装置的广泛应用，尤其是采用大容量晶闸管电源供电后，致使电网波形畸变，谐波分量增大，功率因数降低。更由于此类负载经常是快速变化，谐波次数增高，危及供电质量，对通讯设备影响也很大，所以此类负载采用就地补偿是不安全，不恰当的。
因为：①电力电子装置会产生高次谐波，在负载电感上有部分被抑制。但当负载并联电容器后，高次谐波可顺利通过电容器，这就等效地增加了供电网络中的谐波成分。②由于谐波电流的存在，会增加电容器的负担，容易造成电容器的过流、过热，甚至损坏。③电力电子装置供电的负载如电弧炉、轧钢机等具有冲击性无功负载，这要求无功补偿的响应速度要快，但并联电容器的补偿方法是难以奏效。
(3)电动机起动频繁或经常正反转的场合，不宜采用就地补偿：
异步电动机直接起动时，起动电流约为额定电流的4～7倍，即使采用降压起动措施，其起动电流也是额定电流的2～3倍。因此在电动机起动瞬间，与电动机并联的电容器势必流过浪涌冲击电流，这对频繁起动的场合，不仅增加线损，而且引起电容器过热，降低使用寿命。
此外，对具有正反转起动的场合，应把补偿电容器接到接触器触头电源进线侧，这虽能使电容随电动机的运行而投入。但当接触器刚断开时，电容器会向电动机绕组放电，引起电动机自激产生高电压，这也有不妥之处。若将补偿电容器接于电源侧，当电动机停运时，电网仍向电容器供给电流，造成电容器负担加重，产生不必要的损耗。
为此，对无功补偿功率较大的电容器，如需接在电源进线侧，则应对电容器另加控制开关，在电动机停运时予以切除。
(4)就地补偿的电容器不宜采用普通电力电容器：
推广就地补偿技术时，不宜直接使用普通油浸纸质电力电容器，因为其自愈功能很差，使用中可能产生永久性击穿，甚至引起爆炸，危及人身安全。
电动机并联电容器的就地补偿，当电动机停运时，电容器会向绕组放电，放电电流会引起电动机自激产生高电压。为保证电动机停运时，电容器能可靠放电，应设有放电电路，而普通电力电容器不具备放电电路。同时其体积大，重量重，安装使用不方便，所以不宜采用。
为此，就地补偿应使用金属化聚丙烯干式电力电容器，或专用就地补偿装置。 |