電容器在配電網(wǎng)中的應(yīng)用
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劉海濤1由 分享
無功補(bǔ)償，在電力供電系統(tǒng)中起提高電網(wǎng)的功率因數(shù)的作用，無功補(bǔ)償可以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(bǔ)償裝置在電力供電系統(tǒng)中處在一個不可缺少的非常重要的位置。合理地選擇補(bǔ)償裝置，可以做到最大限度地減少網(wǎng)絡(luò)的損耗，使電網(wǎng)質(zhì)量提高。反之，如選擇或使用不當(dāng)，可能造成供電系統(tǒng)，電壓波動，諧波增大等諸多因素。
一、無功功率的形成
交流電在通過純電阻的時候，電能都轉(zhuǎn)成了熱能，而在通過純?nèi)菪曰蛘呒兏行载?fù)載的時候，并不做功，也就是說沒有消耗電能，即為無功功率，當(dāng)然實(shí)際負(fù)載，不可能為純?nèi)菪载?fù)載或者純感性負(fù)載，一般都是混合性負(fù)載，這樣電流在通過它們的時候，就有部分電能不做功，就是無功功率，此時的功率因數(shù)小于1，為了提高電能的利用率，就要進(jìn)行無功補(bǔ)償。
二、采用無功補(bǔ)償提高功率因數(shù)的作用
第一，提高供電設(shè)備的利用率。在供電設(shè)備視在功率S一定的情況下，功率因數(shù)COSΦ越大，該供電設(shè)備可以帶更多的有功負(fù)載（P=S*COSΦ）。
第二，提高輸電效率。當(dāng)有功負(fù)載（P）一定時，因?yàn)椋≒＝UI*COSΦ），電壓U不變化，COSΦ越大，則電流I越小，電流I在線路中的損耗就越小。
第三，改善供電質(zhì)量。電流I越小，線路中電壓損耗就越小，線路末端電壓就可以得到更好的保證。
第四，提高輸電安全性。電流I小，線路發(fā)熱降低，提高輸電線路的安全性。
三、補(bǔ)償容量的選擇
對于用量最多的每分鐘1500轉(zhuǎn)和3000轉(zhuǎn)的電機(jī)用額定容量（kW）30%士0.5（kvar）的估算方法，可迅速簡便地求出所需補(bǔ)償電容的容量。以30kW電機(jī)為標(biāo)準(zhǔn)，如果電機(jī)容量小于30kW的每臺增加0.5kvar。容量大于30kW的每臺就減少0.5kvar。
一般農(nóng)村配電網(wǎng)中的電容容量的速算法：
電動機(jī)：隨機(jī)補(bǔ)償——Qc=（0.95-0.98）√3IoUn
Io——電動機(jī)的勵磁電流；Un——電動機(jī)的額定電壓。
對于排灌用普通電動機(jī)：隨機(jī)補(bǔ)償——Qc=（0.5-0.6）Pn
Pn——排灌電動機(jī)額定有功功率。
四、配電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)囊话惴椒?br/> 低壓無功補(bǔ)償我們通常采用的方法主要有三種：隨機(jī)補(bǔ)償、隨器補(bǔ)償和跟蹤補(bǔ)償。下面簡單介紹這三種補(bǔ)償方式的適用范圍及使用該種補(bǔ)償方式的優(yōu)缺點(diǎn)。
第一，隨機(jī)補(bǔ)償。隨機(jī)補(bǔ)償就是根據(jù)個別用電設(shè)備對無功的需要量將單臺或多臺低壓電容器組分散地與用電設(shè)備并接，它與用電設(shè)備共用一套斷路器。通過控制、保護(hù)裝置與電機(jī)同時投切。隨機(jī)補(bǔ)償適用于補(bǔ)償個別大容量且連續(xù)運(yùn)行（如大中型異步電動機(jī)）的無功消耗，以補(bǔ)勵磁無功為主。此種方式可較好地限制農(nóng)網(wǎng)無功峰荷。
隨機(jī)補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是：用電設(shè)備運(yùn)行時，無功補(bǔ)償投入，用電設(shè)備停運(yùn)時，補(bǔ)償設(shè)備也退出，不會造成無功倒送，而且不需頻繁調(diào)整補(bǔ)償容量。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、維護(hù)簡單、事故率低等優(yōu)點(diǎn)。
第二，隨器補(bǔ)償。隨器補(bǔ)償是指將低壓電容器通過低壓開關(guān)接在配電變壓器二次側(cè)，以無功補(bǔ)償配電變壓器空載無功的補(bǔ)償方式。配變在輕載或空載時的無功負(fù)荷主要是變壓器的空載勵磁無功，配變空載無功是農(nóng)網(wǎng)無功負(fù)荷的主要部分，對于輕負(fù)載的配變而言，這部分損耗占供電量的比例很大，從而導(dǎo)致電費(fèi)單價的增加，不利于電費(fèi)的同網(wǎng)同價。
隨器補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)：接線簡單、維護(hù)管理方便、能有效地補(bǔ)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(jì)性，是目前無功補(bǔ)償中常用的手段之一。
第三，跟蹤補(bǔ)償。跟蹤補(bǔ)償是指以無功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，將低壓電容器組補(bǔ)償在大用戶0.4kV母線上的補(bǔ)償方式。適用于100kVA以上的專用配電用戶，可以替代隨機(jī)、隨器兩種補(bǔ)償方式，補(bǔ)償效果好。
跟蹤補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是運(yùn)行方式靈活，運(yùn)行維護(hù)工作量小，比前兩種補(bǔ)償方式壽命相對延長、運(yùn)行更可靠。但缺點(diǎn)是控制保護(hù)裝置復(fù)雜、首期投資相對較大。但當(dāng)這三種補(bǔ)償方式的經(jīng)濟(jì)性接近時，應(yīng)優(yōu)先選用跟蹤補(bǔ)償方式。
五、補(bǔ)償后的經(jīng)濟(jì)效益
從補(bǔ)償后效果來看，補(bǔ)償后動力電流可以下降1/3以上，有些甚至能下降50%，臺區(qū)線損基本上可以降低2-4個百分點(diǎn)，可以起到較好的降損效果。
在電網(wǎng)中，線路或變壓器的可變功率損耗為：
Ｐ＝I２Ｒ×10-３
假設(shè)一臺50kVA變壓器，主要負(fù)荷為5臺7.5kW三相異步電動機(jī)，月供電量20000kwh，線損為7.2%，經(jīng)過無功補(bǔ)償原功率因數(shù)cosΦ1＝0.7，提高到cosΦ2＝0.9。
提高負(fù)荷的功率因數(shù)與降低線損的關(guān)系為：
△Ｐ%＝[１-（cosΦ21/cosΦ22）]×100%
式中
cosΦ1——負(fù)荷原功率因數(shù)，cosΦ2——補(bǔ)償后的功率因數(shù)
可變損耗降低：
△Ｐ%=[１-（cosΦ2１/cosΦ22）]×100%
=[１-（0.49/0.81）]×100%
=39.51%
月?lián)p耗電量：7.2%×20000=1440kwh
月總損耗降低電量：39.51%×1440=569kwh
按動力電價0.63元/千瓦時計(jì)算，月節(jié)省電費(fèi)：
0.63×569=358.47元
一、無功功率的形成
交流電在通過純電阻的時候，電能都轉(zhuǎn)成了熱能，而在通過純?nèi)菪曰蛘呒兏行载?fù)載的時候，并不做功，也就是說沒有消耗電能，即為無功功率，當(dāng)然實(shí)際負(fù)載，不可能為純?nèi)菪载?fù)載或者純感性負(fù)載，一般都是混合性負(fù)載，這樣電流在通過它們的時候，就有部分電能不做功，就是無功功率，此時的功率因數(shù)小于1，為了提高電能的利用率，就要進(jìn)行無功補(bǔ)償。
二、采用無功補(bǔ)償提高功率因數(shù)的作用
第一，提高供電設(shè)備的利用率。在供電設(shè)備視在功率S一定的情況下，功率因數(shù)COSΦ越大，該供電設(shè)備可以帶更多的有功負(fù)載（P=S*COSΦ）。
第二，提高輸電效率。當(dāng)有功負(fù)載（P）一定時，因?yàn)椋≒＝UI*COSΦ），電壓U不變化，COSΦ越大，則電流I越小，電流I在線路中的損耗就越小。
第三，改善供電質(zhì)量。電流I越小，線路中電壓損耗就越小，線路末端電壓就可以得到更好的保證。
第四，提高輸電安全性。電流I小，線路發(fā)熱降低，提高輸電線路的安全性。
三、補(bǔ)償容量的選擇
對于用量最多的每分鐘1500轉(zhuǎn)和3000轉(zhuǎn)的電機(jī)用額定容量（kW）30%士0.5（kvar）的估算方法，可迅速簡便地求出所需補(bǔ)償電容的容量。以30kW電機(jī)為標(biāo)準(zhǔn)，如果電機(jī)容量小于30kW的每臺增加0.5kvar。容量大于30kW的每臺就減少0.5kvar。
一般農(nóng)村配電網(wǎng)中的電容容量的速算法：
電動機(jī)：隨機(jī)補(bǔ)償——Qc=（0.95-0.98）√3IoUn
Io——電動機(jī)的勵磁電流；Un——電動機(jī)的額定電壓。
對于排灌用普通電動機(jī)：隨機(jī)補(bǔ)償——Qc=（0.5-0.6）Pn
Pn——排灌電動機(jī)額定有功功率。
四、配電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)囊话惴椒?br/> 低壓無功補(bǔ)償我們通常采用的方法主要有三種：隨機(jī)補(bǔ)償、隨器補(bǔ)償和跟蹤補(bǔ)償。下面簡單介紹這三種補(bǔ)償方式的適用范圍及使用該種補(bǔ)償方式的優(yōu)缺點(diǎn)。
第一，隨機(jī)補(bǔ)償。隨機(jī)補(bǔ)償就是根據(jù)個別用電設(shè)備對無功的需要量將單臺或多臺低壓電容器組分散地與用電設(shè)備并接，它與用電設(shè)備共用一套斷路器。通過控制、保護(hù)裝置與電機(jī)同時投切。隨機(jī)補(bǔ)償適用于補(bǔ)償個別大容量且連續(xù)運(yùn)行（如大中型異步電動機(jī)）的無功消耗，以補(bǔ)勵磁無功為主。此種方式可較好地限制農(nóng)網(wǎng)無功峰荷。
隨機(jī)補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是：用電設(shè)備運(yùn)行時，無功補(bǔ)償投入，用電設(shè)備停運(yùn)時，補(bǔ)償設(shè)備也退出，不會造成無功倒送，而且不需頻繁調(diào)整補(bǔ)償容量。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、維護(hù)簡單、事故率低等優(yōu)點(diǎn)。
第二，隨器補(bǔ)償。隨器補(bǔ)償是指將低壓電容器通過低壓開關(guān)接在配電變壓器二次側(cè)，以無功補(bǔ)償配電變壓器空載無功的補(bǔ)償方式。配變在輕載或空載時的無功負(fù)荷主要是變壓器的空載勵磁無功，配變空載無功是農(nóng)網(wǎng)無功負(fù)荷的主要部分，對于輕負(fù)載的配變而言，這部分損耗占供電量的比例很大，從而導(dǎo)致電費(fèi)單價的增加，不利于電費(fèi)的同網(wǎng)同價。
隨器補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)：接線簡單、維護(hù)管理方便、能有效地補(bǔ)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(jì)性，是目前無功補(bǔ)償中常用的手段之一。
第三，跟蹤補(bǔ)償。跟蹤補(bǔ)償是指以無功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，將低壓電容器組補(bǔ)償在大用戶0.4kV母線上的補(bǔ)償方式。適用于100kVA以上的專用配電用戶，可以替代隨機(jī)、隨器兩種補(bǔ)償方式，補(bǔ)償效果好。
跟蹤補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是運(yùn)行方式靈活，運(yùn)行維護(hù)工作量小，比前兩種補(bǔ)償方式壽命相對延長、運(yùn)行更可靠。但缺點(diǎn)是控制保護(hù)裝置復(fù)雜、首期投資相對較大。但當(dāng)這三種補(bǔ)償方式的經(jīng)濟(jì)性接近時，應(yīng)優(yōu)先選用跟蹤補(bǔ)償方式。
五、補(bǔ)償后的經(jīng)濟(jì)效益
從補(bǔ)償后效果來看，補(bǔ)償后動力電流可以下降1/3以上，有些甚至能下降50%，臺區(qū)線損基本上可以降低2-4個百分點(diǎn)，可以起到較好的降損效果。
在電網(wǎng)中，線路或變壓器的可變功率損耗為：
Ｐ＝I２Ｒ×10-３
假設(shè)一臺50kVA變壓器，主要負(fù)荷為5臺7.5kW三相異步電動機(jī)，月供電量20000kwh，線損為7.2%，經(jīng)過無功補(bǔ)償原功率因數(shù)cosΦ1＝0.7，提高到cosΦ2＝0.9。
提高負(fù)荷的功率因數(shù)與降低線損的關(guān)系為：
△Ｐ%＝[１-（cosΦ21/cosΦ22）]×100%
式中
cosΦ1——負(fù)荷原功率因數(shù)，cosΦ2——補(bǔ)償后的功率因數(shù)
可變損耗降低：
△Ｐ%=[１-（cosΦ2１/cosΦ22）]×100%
=[１-（0.49/0.81）]×100%
=39.51%
月?lián)p耗電量：7.2%×20000=1440kwh
月總損耗降低電量：39.51%×1440=569kwh
按動力電價0.63元/千瓦時計(jì)算，月節(jié)省電費(fèi)：
0.63×569=358.47元