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時(shí)間：2023-03-02 15:06:14
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中圖分類號(hào)：TM46文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2009）07-0110-02
一、無(wú)功功率和功率因數(shù)的定義
（一）有功功率和無(wú)功功率
在交流電路中，由電源供給負(fù)載的電功率有兩種：一種是有功功率，一種是無(wú)功功率。有功功率是保持用電設(shè)備正常運(yùn)行所需的電功率，也就是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能、光能、熱能等的電功率。無(wú)功功率比較抽象，它是用于電路內(nèi)電場(chǎng)與磁場(chǎng)的交換，并用來(lái)在電氣設(shè)備中建立和維持磁場(chǎng)的電功率。它不對(duì)外做功，但是只要有電磁線圈的電氣設(shè)備，就要消耗無(wú)功功率。
（二）功率因數(shù)
電網(wǎng)中的電力負(fù)荷如電動(dòng)機(jī)、變壓器等，屬于既有電阻又有電感的電感性負(fù)載。電感性負(fù)載的電壓和電流的相量間存在著一個(gè)相位差，這個(gè)相位差（Φ）的余弦叫做功率因數(shù)，用符號(hào)cosΦ表示，在數(shù)值上功率因數(shù)是有功功率和視在功率的比值，即cosΦ=P/S。功率因數(shù)反映了電源輸出的視在功率被有效利用的程度，我們希望的是功率因數(shù)越大越好。只有把電路中的無(wú)功功率降到最小，才能將視在功率大部分用來(lái)供給有功功率，改善供電效率。
二、無(wú)功功率的產(chǎn)生和作用
（一）無(wú)功功率的產(chǎn)生
在具有電感或電容的電路中，在每半個(gè)周期內(nèi)，電感（或電容）把電源能量變成磁場(chǎng)（或電場(chǎng)）能量貯存起來(lái)，然后再把貯存的磁場(chǎng)（或電場(chǎng)）能量釋放返回給電源。這種情況下只是進(jìn)行能量的交換，并沒(méi)有真正消耗能量，我們把這個(gè)交換的功率值稱為無(wú)功功率。正因?yàn)槿绱?，無(wú)功功率比較抽象，它在電路中來(lái)回流動(dòng)。盡管無(wú)功功率說(shuō)明一個(gè)元件的平均功率為零，但它代表了在電感或電容中儲(chǔ)存及釋放磁場(chǎng)能量或電場(chǎng)能量所需要的真實(shí)功率。電力網(wǎng)中，在電源、電感元件和電容元件之間發(fā)生能量的交換。與無(wú)功功率相關(guān)的能量是儲(chǔ)存的電感性及電容性能量之和。
（二）無(wú)功功率的作用
無(wú)功功率決不是無(wú)用功率，它的用處很大。電動(dòng)機(jī)需要建立和維持旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)就是靠從電源取得無(wú)功功率建立的。變壓器也同樣需要無(wú)功功率，才能使變壓器的一次線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，在二次線圈感應(yīng)出電壓。因此，沒(méi)有無(wú)功功率，電動(dòng)機(jī)就不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，變壓器也不能變壓，交流接觸器不會(huì)吸合。
三、無(wú)功功率的危害
盡管無(wú)功功率說(shuō)明一個(gè)元件的平均功率為零，但它代表了在電感或電容中儲(chǔ)存及釋放磁場(chǎng)能量或電場(chǎng)能量所需要的真實(shí)功率。電力系統(tǒng)中某些點(diǎn)之間由于無(wú)功功率不斷來(lái)回地交換引起發(fā)電、輸電及供配電設(shè)備上的電壓損耗及功率損失。由于電力系統(tǒng)的效率及電壓調(diào)整十分重要，因此無(wú)功功率在電力系統(tǒng)的傳輸是頭等重要的。
無(wú)功功率的增加，會(huì)導(dǎo)致電流增大和視在功率增加，從而使發(fā)電機(jī)、變壓器及其他電氣設(shè)備容量和導(dǎo)線容量增加，也降低了發(fā)電機(jī)的有功功率的輸出，降低了輸變電設(shè)備的供電能力。無(wú)功功率的增加，使總電流增大，因而使設(shè)備及線路的損耗增加，這是顯而易見(jiàn)的。無(wú)功功率的增加，使線路及變壓器的電壓降增大，如果是沖擊性無(wú)功功率負(fù)載，還會(huì)使電壓產(chǎn)生劇烈波動(dòng)，使供電質(zhì)量嚴(yán)重降低。
無(wú)功功率還造成了低功率因數(shù)運(yùn)行和電壓下降，使電氣設(shè)備容量得不到充分發(fā)揮。所以我們要盡量減小無(wú)功功率的影響：（1）大量的電感性設(shè)備，如異步電動(dòng)機(jī)、感應(yīng)電爐、交流電焊機(jī)等設(shè)備是無(wú)功功率的主要消耗者。所以要改善異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)就要防止電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行并盡可能提高負(fù)載率；（2）變壓器消耗的無(wú)功功率一般約為其額定容量的10%～15%，它的空載無(wú)功功率約為滿載時(shí)的1/3。因而，為了改善電力系統(tǒng)和企業(yè)的功率因數(shù)，變壓器不應(yīng)空載運(yùn)行或長(zhǎng)期處于低負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)；（3）供電電壓超出規(guī)定范圍也會(huì)對(duì)功率因數(shù)造成很大的影響。當(dāng)供電電壓高于額定值的10%時(shí)，由于磁路飽和的影響，無(wú)功功率將增長(zhǎng)得很快，所以應(yīng)當(dāng)采取措施使電力系統(tǒng)的供電電壓盡可能保持穩(wěn)定。
當(dāng)然，上述這些措施只是從一定程度上減小了無(wú)功功率的危害，如果要從根本上減小無(wú)功功率的影響，改善功率因數(shù)的話，我們需要引入無(wú)功功率補(bǔ)償技術(shù)。
四、無(wú)功功率補(bǔ)償
（一）無(wú)功功率的補(bǔ)償原理
設(shè)補(bǔ)償后無(wú)功功率為Qc,使電源輸送的無(wú)功功率減少為Q’=Q-Qc,功率因數(shù)由cosΦ提高到cosΦ’,視在功率S減少到S’,視在功率的減小可相應(yīng)減小供電線路的截面和變壓器的容量，降低供用電設(shè)備的投資。
可知，采用無(wú)功補(bǔ)償措施后，因?yàn)橥ㄟ^(guò)電力網(wǎng)無(wú)功功率的減少，降低了電力網(wǎng)中的電壓損耗，提高了用戶的電壓質(zhì)量。由于越靠近線路末端，線路的電抗X越大，因此越靠近線路末端裝設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置效果越好。
（二）無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔?/p>
1．提高電網(wǎng)及負(fù)載的功率因數(shù)，降低設(shè)備所需容量，減少不必要的損耗；
2．穩(wěn)定電網(wǎng)電壓，提高電網(wǎng)質(zhì)量，而在長(zhǎng)距離輸電線路中安裝合適的無(wú)功補(bǔ)償裝置可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性及輸電能力；
3．在三相負(fù)載不平衡的場(chǎng)合，可對(duì)三相視在功率起到平衡作用。
（三）低壓網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)囊话惴椒?/p>
低壓無(wú)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、跟蹤補(bǔ)償。下面簡(jiǎn)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)：
1．隨機(jī)補(bǔ)償。隨機(jī)補(bǔ)償就是將低壓電容器組與電動(dòng)機(jī)并接，通過(guò)控制、保護(hù)裝置與電機(jī)，同時(shí)投切。隨機(jī)補(bǔ)償適用于補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)的無(wú)功消耗，以補(bǔ)償磁無(wú)功為主，此種方式可較好地限制農(nóng)網(wǎng)無(wú)功峰荷。
隨機(jī)補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是：用電設(shè)備運(yùn)行時(shí)，無(wú)功補(bǔ)償投入，用電設(shè)備停運(yùn)時(shí)，補(bǔ)償設(shè)備也退出，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(jiǎn)單、事故率低等特點(diǎn)。
2．隨器補(bǔ)償。隨器補(bǔ)償是指將低壓電容器通過(guò)低壓保險(xiǎn)接在配電變壓器二次側(cè)，以補(bǔ)償配電變壓器空載無(wú)功的補(bǔ)償方式。配變?cè)谳p載或空載時(shí)的無(wú)功負(fù)荷主要是變壓器的空載勵(lì)磁無(wú)功，配變空載無(wú)功是農(nóng)網(wǎng)無(wú)功負(fù)荷的主要部分，對(duì)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(jià)的增加，不利于電費(fèi)的同網(wǎng)同價(jià)。
隨器補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是：接線簡(jiǎn)單、維護(hù)管理方便、能有效地補(bǔ)償配變空載無(wú)功，限制農(nóng)網(wǎng)無(wú)功基荷，使該部分無(wú)功就地平衡，從而提高配變利用率，降低無(wú)功網(wǎng)損，具有較高的經(jīng)濟(jì)性，是目前補(bǔ)償無(wú)功最有效的手段之一。
3．跟蹤補(bǔ)償。跟蹤補(bǔ)償是指以無(wú)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以上的專用配變用戶，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(duì)延長(zhǎng)、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(duì)較大。但當(dāng)這三種補(bǔ)償方式的經(jīng)濟(jì)性接近時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用跟蹤補(bǔ)償方式。
五、結(jié)論
本文簡(jiǎn)單討論了無(wú)功功率的定義、產(chǎn)生，分析了無(wú)功功率的作用及危害，并從原理上分析了無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)，探討了幾種低壓無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。本文對(duì)于了解無(wú)功功率以及進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償具有一定的指導(dǎo)意義。
參考文獻(xiàn)
[1]陳允平，等．基于任意周期電壓電流的無(wú)功功率定義及其數(shù)學(xué)模型[J]．中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2006，26（4）．
在電力網(wǎng)的運(yùn)行中，功率因數(shù)反映了電源輸出的視在功率被有效利用的程度，我們希望的是功率因數(shù)越大越好。這樣電路中的無(wú)功功率可以降到最小，視在功率將大部分用來(lái)供給有功功率，從而提高電能輸送的功率。
1影響功率因數(shù)的主要因素
1.1大量的電感性設(shè)備，如異步電動(dòng)機(jī)、感應(yīng)電爐、交流電焊機(jī)等設(shè)備是無(wú)功功率的主要消耗者。據(jù)有關(guān)的統(tǒng)計(jì)，在工礦企業(yè)所消耗的全部無(wú)功功率中，異步電動(dòng)機(jī)的無(wú)功消耗占了60％～70％；而在異步電動(dòng)機(jī)空載時(shí)所消耗的無(wú)功又占到電動(dòng)機(jī)總無(wú)功消耗的60％～70％。所以要改善異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)就要防止電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行并盡可能提高負(fù)載率。
1.2變壓器消耗的無(wú)功功率一般約為其額定容量的10％～15％，它的空載無(wú)功功率約為滿載時(shí)的1/3。因而，為了改善電力系統(tǒng)和企業(yè)的功率因數(shù)，變壓器不應(yīng)空載運(yùn)行或長(zhǎng)期處于低負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)。
1.3供電電壓超出規(guī)定范圍也會(huì)對(duì)功率因數(shù)造成很大的影響。
當(dāng)供電電壓高于額定值的10％時(shí)，由于磁路飽和的影響，無(wú)功功率將增長(zhǎng)得很快，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，當(dāng)供電電壓為額定值的110％時(shí)，一般無(wú)功將增加35％左右。當(dāng)供電電壓低于額定值時(shí)，無(wú)功功率也相應(yīng)減少而使它們的功率因數(shù)有所提高。但供電電壓降低會(huì)影響電氣設(shè)備的正常工作。所以，應(yīng)當(dāng)采取措施使電力系統(tǒng)的供電電壓盡可能保持穩(wěn)定。
2無(wú)功補(bǔ)償?shù)囊话惴椒?/p>
無(wú)功補(bǔ)償通常采用的方法主要有3種：低壓個(gè)別補(bǔ)償、低壓集中補(bǔ)償、高壓集中補(bǔ)償。下面簡(jiǎn)單介紹這3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)。
2.1低壓個(gè)別補(bǔ)償?shù)蛪簜€(gè)別補(bǔ)償就是根據(jù)個(gè)別用電設(shè)備對(duì)無(wú)功的需要量將單臺(tái)或多臺(tái)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(guò)控制、保護(hù)裝置與電機(jī)同時(shí)投切。隨機(jī)補(bǔ)償適用于補(bǔ)償個(gè)別大容量且連續(xù)運(yùn)行(如大中型異步電動(dòng)機(jī))的無(wú)功消耗，以補(bǔ)勵(lì)磁無(wú)功為主。低壓個(gè)別補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是：用電設(shè)備運(yùn)行時(shí)，無(wú)功補(bǔ)償投入，用電設(shè)備停運(yùn)時(shí)，補(bǔ)償設(shè)備也退出，因此不會(huì)造成無(wú)功倒送。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、維護(hù)簡(jiǎn)單、事故率低等優(yōu)點(diǎn)。
2.2低壓集中補(bǔ)償?shù)蛪杭醒a(bǔ)償是指將低壓電容器通過(guò)低壓開(kāi)關(guān)接在配電變壓器低壓母線側(cè)，以無(wú)功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，根據(jù)低壓母線上的無(wú)功負(fù)荷而直接控制電容器的投切。電容器的投切是整組進(jìn)行，做不到平滑的調(diào)節(jié)。低壓補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)：接線簡(jiǎn)單、運(yùn)行維護(hù)工作量小，使無(wú)功就地平衡，從而提高配變利用率，降低網(wǎng)損，具有較高的經(jīng)濟(jì)性，是目前無(wú)功補(bǔ)償中常用的手段之一。
2.3高壓集中補(bǔ)償高壓集中補(bǔ)償是指將并聯(lián)電容器組直接裝在變電所的6～10kV高壓母線上的補(bǔ)償方式。適用于用戶遠(yuǎn)離變電所或在供電線路的末端，用戶本身又有一定的高壓負(fù)荷時(shí)，可以減少對(duì)電力系統(tǒng)無(wú)功的消耗并可以起到一定的補(bǔ)償作用；補(bǔ)償裝置根據(jù)負(fù)荷的大小自動(dòng)投切，從而合理地提高了用戶的功率因數(shù)，避免功率因數(shù)降低導(dǎo)致電費(fèi)的增加。同時(shí)便于運(yùn)行維護(hù)，補(bǔ)償效益高。
3采取適當(dāng)措施，設(shè)法提高系統(tǒng)自然功率因數(shù)
提高自然功率因數(shù)是不需要任何補(bǔ)償設(shè)備投資，僅采取各種管理上或技術(shù)上的手段來(lái)減少各種用電設(shè)備所消耗的無(wú)功功率，這是一種最經(jīng)濟(jì)的提高功率因數(shù)的方法。
3.1合理使用電動(dòng)機(jī)；
3.2提高異步電動(dòng)機(jī)的檢修質(zhì)量；
3.3采用同步電動(dòng)機(jī)：同步電動(dòng)機(jī)消耗的有功功率取決于電動(dòng)機(jī)上所帶機(jī)械負(fù)荷的大小，而無(wú)功功率取決于轉(zhuǎn)子中的勵(lì)磁電流大小，在欠勵(lì)狀態(tài)時(shí)，定子繞組向電網(wǎng)“吸取”無(wú)功，在過(guò)勵(lì)狀態(tài)時(shí)，定子繞組向電網(wǎng)“送出”無(wú)功。因此，對(duì)于恒速長(zhǎng)期運(yùn)行的大型機(jī)構(gòu)設(shè)備可以采用同步電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力。異步電動(dòng)機(jī)同步運(yùn)行就是將異步電動(dòng)機(jī)三相轉(zhuǎn)子繞組適當(dāng)連接并通入直流勵(lì)磁電流，使其呈同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，這就是“異步電動(dòng)機(jī)同步化”。
3.4合理選擇配變?nèi)萘?，改善配變的運(yùn)行方式：對(duì)負(fù)載率比較低的配變，一般采取“撤、換、并、?！钡确椒?，使其負(fù)載率提高到最佳值，從而改善電網(wǎng)的自然功率因數(shù)。
4無(wú)功電源
電力系統(tǒng)的無(wú)功電源除了同步電機(jī)外，還有靜電電容器、靜止無(wú)功補(bǔ)償器以及靜止無(wú)功發(fā)生器，這4種裝置又稱為無(wú)功補(bǔ)償裝置。除電容器外，其余幾種既能吸收容性無(wú)功又能吸收感性無(wú)功。
4.1同步電機(jī)：同步電機(jī)中有發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)及調(diào)相機(jī)3種。①同步發(fā)電機(jī)：同步發(fā)電機(jī)是唯一的有功電源，同時(shí)又是最基本的無(wú)功電源，當(dāng)其在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，可以發(fā)出無(wú)功功率：
Q=S×sinφ=P×tgφ
其中:Q、S、P、φ是相對(duì)應(yīng)的無(wú)功功率、視在功率、有功功率和功率因數(shù)角。發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，以滯后功率因數(shù)運(yùn)行為主，向系統(tǒng)提供無(wú)功，但必要時(shí)，也可以減小勵(lì)磁電流，使功率因數(shù)超前，即所謂的“進(jìn)相運(yùn)行”，以吸收系統(tǒng)多余的無(wú)功。②同步調(diào)相機(jī):同步調(diào)相機(jī)是空載運(yùn)行的同步電機(jī)，它能在欠勵(lì)或過(guò)勵(lì)的情況下向系統(tǒng)吸收或供出無(wú)功，裝有自勵(lì)裝置的同步電機(jī)能根據(jù)電壓平滑地調(diào)節(jié)輸入或輸出的無(wú)功功率，這是其優(yōu)點(diǎn)。但它的有功損耗大、運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜、響應(yīng)速度慢，近來(lái)已逐漸退出電網(wǎng)運(yùn)行。③并聯(lián)電容器：并聯(lián)電容器補(bǔ)償是目前使用最廣泛的一種無(wú)功電源，由于通過(guò)電容器的交變電流在相位上正好超前于電容器極板上的電壓，相反于電感中的滯后，由此可視為向電網(wǎng)發(fā)quot；無(wú)功功率：Q=U2/Xc
其中：Q、U、Xc分別為無(wú)功功率、電壓、電容器容抗。
0.概述
現(xiàn)代工礦企業(yè)中，三相異步電動(dòng)機(jī)是最常用的電氣設(shè)備之一，在企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備中占有相當(dāng)大的比例。由于它們都是電感性負(fù)荷，所以在企業(yè)內(nèi)部的生產(chǎn)運(yùn)行中，功率因數(shù)一般都比較低，需要從電源中吸收大量的無(wú)功功率，才能正常工作，給企業(yè)造成較大的電壓損失和電能損耗。無(wú)功補(bǔ)償是指采用另加無(wú)功補(bǔ)償裝置的辦法，讓無(wú)功負(fù)荷與無(wú)功補(bǔ)償裝置之間進(jìn)行無(wú)功功率交換，以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低能耗，從而大大減少供電線路，改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量。
許多企業(yè)一般都是在企業(yè)內(nèi)部配電室里低壓母線上集中安裝一些電容器柜，對(duì)變配電系統(tǒng)的無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償，這對(duì)于提高企業(yè)內(nèi)部的供電能力，節(jié)約變配電損耗都有積極作用?？墒?，由于企業(yè)內(nèi)部的電動(dòng)機(jī)大都通過(guò)低壓導(dǎo)線連接，分散在各個(gè)生產(chǎn)車間，形成企業(yè)內(nèi)部的輸配電網(wǎng)絡(luò)，由此，大量的無(wú)功電流仍然在企業(yè)內(nèi)部的輸配電線路中流動(dòng)，這些無(wú)功電流在企業(yè)內(nèi)部所造成的損耗，依然不能解決。
電動(dòng)機(jī)無(wú)功功率就地補(bǔ)償，就是把電動(dòng)機(jī)所需要的無(wú)功電流局限在電動(dòng)機(jī)設(shè)備的最終端，實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率就地平衡，使得整個(gè)變配電網(wǎng)絡(luò)的功率因數(shù)都比較高，有效地減少輸配電線路的無(wú)功損耗。
1.三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行功率因數(shù)及損耗
三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，所消耗的功率包括有功功率和無(wú)功功率兩個(gè)分量。有功功率是用于電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生機(jī)械轉(zhuǎn)矩并且驅(qū)動(dòng)負(fù)載所需的功率，它的電流隨負(fù)載的增加而增加，而無(wú)功功率，則是用于電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的電場(chǎng)與磁場(chǎng)隨著電源頻率的反復(fù)變化，在負(fù)載與電源之間不斷地進(jìn)行能量交換時(shí)所消耗的功率。無(wú)功電流在負(fù)載變化的情況下，其變化很微小，在相位上，電流的變化總是滯后于電壓90°，所以是純電感性質(zhì)的。在實(shí)際運(yùn)行中，電源供給電動(dòng)機(jī)的總電流是有功電流和無(wú)功電流的矢量和，當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，有功電流大于無(wú)功電流，總電流的功率因數(shù)較高，而當(dāng)負(fù)載下降時(shí)，有功電流減小，無(wú)功電流基本不變，所以功率因數(shù)降低。
可以這樣認(rèn)為：當(dāng)電動(dòng)機(jī)的輸出功率一定時(shí)，功率因數(shù)越低，就意味著其所需的無(wú)功功率越大，因而造成的損耗也較大。實(shí)踐證明，無(wú)功功率所產(chǎn)生的電能損耗，主要是發(fā)生在輸配電線路上的，對(duì)于那些距離電源較遠(yuǎn)，線路電阻比較大，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行功率因數(shù)低的終端設(shè)備，所造成的無(wú)功損耗就更加突出了。
2.無(wú)功功率就地補(bǔ)償原理及電容量的選擇
2.1因?yàn)樵陔娙葚?fù)載中產(chǎn)生的超前無(wú)功電流與在電感負(fù)載中產(chǎn)生的滯后無(wú)功電流能夠相互補(bǔ)償，所以在電動(dòng)機(jī)電源終端并聯(lián)一個(gè)適當(dāng)容量的電容器，就可以使電動(dòng)機(jī)所需的無(wú)功電流大部分由并聯(lián)的電容器供給，從而減少輸配電線路上的總電流，降低線路損耗。
若對(duì)該電動(dòng)機(jī)的無(wú)功功率進(jìn)行就地補(bǔ)償，使其無(wú)功功率為Q2，視在功率為S2。這時(shí)我們可以看出，就地并聯(lián)安裝了一個(gè)Qc＝(Q1-Q2）的無(wú)功電容量以后，電動(dòng)機(jī)從電源吸收的無(wú)功功率就由原來(lái)的Q1減到Q2，視在功率S2＜S1，功率因數(shù)得到提高。很顯然，無(wú)功功率就地補(bǔ)償后，就等于減少了線路輸送的視在功率。。
2.2在給電動(dòng)機(jī)選擇補(bǔ)償電容量時(shí)，根據(jù)電動(dòng)機(jī)功率的大小，以及補(bǔ)償前后的功率因數(shù)值進(jìn)行如下選擇：
即：Qc=Q1-Q2
Qc——補(bǔ)償電容量
P——電動(dòng)機(jī)功率
一般情況下，選擇的補(bǔ)償電容量，只要能夠補(bǔ)償0.9～0.95就可以了，不宜選擇過(guò)高補(bǔ)償，否則會(huì)使投資費(fèi)用大幅度增加。
在選擇補(bǔ)償電容量時(shí)，如果無(wú)法確定電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行功率因數(shù)值，也可以根據(jù)以下的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行選擇：
即：Qc＝(1／4～1／3）P
這種選擇一般可以達(dá)到補(bǔ)償要求，而且不會(huì)出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)償?shù)那闆r。
3.無(wú)功功率就地補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)效益
從以上的分析中，我們了解到，電動(dòng)機(jī)無(wú)功功率就地補(bǔ)償后，實(shí)際上是節(jié)約了線路輸送的視在功率，而視在功率轉(zhuǎn)換為有功功率，就相當(dāng)于節(jié)約了有功功率。
P——相當(dāng)于節(jié)約的有功功率
S——節(jié)約的視在功率
P——電動(dòng)機(jī)有功功率
S1——補(bǔ)償前的視在功率
I1——補(bǔ)償前線路電流
則其節(jié)電率為：
×100%＝11.76%
電流節(jié)約率：(I1-I2)/ I1×100%＝(105-94)/105×100%＝10.48%
電流節(jié)約率＜η說(shuō)明補(bǔ)償正確。
注意：電流節(jié)約率不等于節(jié)電率。
如果每年按運(yùn)行250天計(jì)算，則年可節(jié)電為：
(1.73×380×105×0.85×0.1176×24×250)/1000
＝41400kWh
每kWh電價(jià)按0.5元計(jì)算，年可節(jié)約電費(fèi)：
0.5×41400=20700元
每kVar電容量以55元的價(jià)格計(jì)算，投資回收期為：
T=(19×55×250)/(20700)=13天
可見(jiàn)，無(wú)功功率就地補(bǔ)償，是一種投資少，見(jiàn)效快的節(jié)電措施，僅節(jié)約線損這一項(xiàng)，一般在一個(gè)月以內(nèi)就可收回投資。
4.補(bǔ)償電容器的安裝位置及注意事項(xiàng)
4.1安裝就地補(bǔ)償電容器時(shí)，應(yīng)把它并接到電動(dòng)機(jī)控制接觸器的負(fù)荷側(cè)，或者電動(dòng)機(jī)的進(jìn)線端，使之與電動(dòng)機(jī)一起投入一起停用。但對(duì)于Y-起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)將補(bǔ)償電容器的三個(gè)接線端子連接到電動(dòng)機(jī)的D4、D5、D6三個(gè)端子上，使電動(dòng)機(jī)在Y連接起動(dòng)時(shí)，同時(shí)也將三相電容器短接起來(lái)，當(dāng)起動(dòng)完畢后，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入連接運(yùn)行時(shí)，電容器與電動(dòng)機(jī)繞組并聯(lián)，投入正常的運(yùn)行。。
4.2安裝補(bǔ)償電容器的電動(dòng)機(jī)，不能承受反轉(zhuǎn)或反接制動(dòng)。
4.3電動(dòng)機(jī)仍在繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生相當(dāng)大的反電勢(shì)時(shí)，不能再起動(dòng)。。
4.4應(yīng)避免電容器和電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生自激電壓。
5.電動(dòng)機(jī)無(wú)功功率就地補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用范圍
5.1長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，經(jīng)常輕載或空載運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)。
5.2離供電變壓器距離較遠(yuǎn)的電動(dòng)機(jī)，一般不小于10米。
5.3單臺(tái)容量較大的電動(dòng)機(jī)，一般高壓電動(dòng)機(jī)不小于90千瓦，低壓電動(dòng)機(jī)不小于5.5千瓦。
參考文獻(xiàn)
[1]三相異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行. 國(guó)標(biāo)(GB12497-1995).
1、前言
電力系統(tǒng)的諧波問(wèn)題早在20世紀(jì)20年代和30年代就引起了人們的注意。當(dāng)時(shí)在德國(guó)，由于使用靜止汞弧變流器而造成了電壓電流波形畸變。70年代以來(lái)，由于電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種電力電子裝置在電力系統(tǒng)、工業(yè)、交通及家庭中的應(yīng)用日益廣泛，諧波所造成的危害也日趨嚴(yán)重。世界各國(guó)都對(duì)諧波問(wèn)題予以充分關(guān)注。國(guó)際上召開(kāi)了多次有關(guān)諧波問(wèn)題的學(xué)術(shù)會(huì)議，不少國(guó)家和國(guó)際學(xué)術(shù)組織都制定了限制電力系統(tǒng)諧波和用電設(shè)備諧波的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。
2.研究諧波的意義
諧波的危害十分嚴(yán)重。諧波使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣設(shè)備過(guò)熱、產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。諧波可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)或串聯(lián)諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設(shè)備燒毀。諧波還會(huì)引起繼電保護(hù)盒自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，使電能計(jì)量出現(xiàn)混亂。對(duì)于電力系統(tǒng)外部，諧波對(duì)通信設(shè)備和電子設(shè)備會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。諧波研究的意義，還在于其對(duì)電力電子技術(shù)自身發(fā)展的影響。電力電子技術(shù)是未來(lái)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要支柱。有人預(yù)言，電力電子聯(lián)通運(yùn)動(dòng)控制將和計(jì)算機(jī)技術(shù)一起成為21世紀(jì)最重要的兩大技術(shù)。然而，電力電子裝置所產(chǎn)生的諧波污染已成為阻礙電力電子技術(shù)發(fā)展的重大障礙，它迫使電力電子領(lǐng)域的研究人員必須對(duì)諧波問(wèn)題進(jìn)行更為有效的研究。諧波研究的意義，更可以上升到從治理環(huán)境污染、維護(hù)綠色環(huán)境的角度來(lái)認(rèn)識(shí)。對(duì)電力系統(tǒng)這個(gè)環(huán)境來(lái)說(shuō)，無(wú)諧波就是“綠色”的主要標(biāo)志之一。
3，研究諧波問(wèn)題的分類
3.1與諧波有關(guān)的功率定義和功率理論的研究；
3.2諧波分析以及諧波影響和危害的分析；
3.3諧波的補(bǔ)償與抑制；
3.4與諧波有關(guān)的測(cè)量問(wèn)題和限制諧波標(biāo)準(zhǔn)的研究。
4，諧波抑制
解決電力電子裝置和其他諧波源的諧波污染問(wèn)題的基本思路有兩條：一條是裝設(shè)諧波補(bǔ)償裝置來(lái)補(bǔ)償諧波，這對(duì)各種諧波源都是適用的；另一條是對(duì)電力電子裝置本身進(jìn)行改造，使其不產(chǎn)生諧波，且功率因數(shù)可控制為1，這當(dāng)然只適用于作為主要諧波源的電力電子裝置。裝設(shè)諧波補(bǔ)償裝置的傳統(tǒng)方法就是采用LC調(diào)諧濾波器。這種方法既可補(bǔ)償諧波，又可補(bǔ)償無(wú)功功率，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一直被廣泛應(yīng)用。這種方法的主要缺點(diǎn)是補(bǔ)償特性受電網(wǎng)阻抗和運(yùn)行狀態(tài)影響，易和系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，導(dǎo)致諧波放大，使LC濾波器過(guò)載甚至燒毀。此外，它只能補(bǔ)償固定頻率的諧波，補(bǔ)償效果也不理想。盡管如此，LC濾波器當(dāng)前仍是補(bǔ)償諧波的主要手段。
4.1諧波抑制的一個(gè)重要方法是采用有源電力濾波器(APF)。有源電力濾波器也是一種電力電子裝置。其基本原理是從補(bǔ)償對(duì)象中檢測(cè)出諧波電流，由補(bǔ)償裝置產(chǎn)生一個(gè)與該諧波電流大小相等而極性相反的補(bǔ)償電流，從而使電網(wǎng)電流只含基波分量。這種濾波器能對(duì)頻率和幅值都變化的諧波進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償，且補(bǔ)償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響，因而受到廣泛重視。
4.2有源電力濾波器的交流電路可分為電壓型和電流型，目前實(shí)際應(yīng)用的裝置中，90％以上是電壓型。從與補(bǔ)償對(duì)象的連接方式來(lái)看，又分為并聯(lián)型和串聯(lián)型，目前運(yùn)行的裝置幾乎都是并聯(lián)型。4.3對(duì)于作為主要的諧波源的電力電子裝置來(lái)說(shuō)，除了采用補(bǔ)償裝置對(duì)其諧波進(jìn)行補(bǔ)償外，還有一條抑制諧波的途徑，就是開(kāi)發(fā)新型變流器，使其不產(chǎn)生諧波，且功率因數(shù)為1.這種變流器被稱為單位因數(shù)變流器(uPFC)。高功率因數(shù)變流器可近似堪稱為單位功率因數(shù)變流器。
4.4對(duì)PwM逆變器的研究已經(jīng)很充分，但對(duì)PWM整流器的研究則較少。對(duì)于電流型PwM整流器，可以直接對(duì)開(kāi)關(guān)器件進(jìn)行正弦PwM控制，使得輸入電流接近正弦波且和電源電壓同相位。這樣，輸入電流中就只含與開(kāi)關(guān)頻率有關(guān)的高次諧波，這些諧波的頻率很高，因而很容易濾除。同時(shí)，也得到接近于1的功率因數(shù)。對(duì)于電壓型的PwM整流器，需要通過(guò)電抗器與電源相連。其控制方法有直接電流控制和間接電流控制兩種。直接電流控制就是設(shè)法得到與電源電壓同相位、由負(fù)載電流大小決定其幅值的電流指令信號(hào)，并據(jù)此信號(hào)對(duì)P WM整流器進(jìn)行電流跟蹤控制。間接電流控制就是控制整流器的入斷電壓，使其為接近正弦波的PwM波形，并和電源電壓保持合適的香味，從而使流過(guò)電抗器的輸入電流波形為與電源電壓同相位的正弦波。
4.5小容量的整流器，為了實(shí)現(xiàn)低諧波和高功率因數(shù)，通常采用二極管加PWM斬波方式。這種電路通常稱為功率因數(shù)校正電路(PFC)，已在開(kāi)關(guān)電源中獲得了廣泛的應(yīng)用。因?yàn)檗k公和家用電器中使用的開(kāi)關(guān)電源數(shù)量極其龐大，因此這種方式必將對(duì)諧波污染的治理做出巨大貢獻(xiàn)。
5，無(wú)功功率補(bǔ)償
對(duì)無(wú)功補(bǔ)償重要性的認(rèn)識(shí)，卻是一致的。無(wú)功功率補(bǔ)償應(yīng)包含對(duì)基波無(wú)功功率補(bǔ)償和對(duì)諧波無(wú)功功率的補(bǔ)償。后者實(shí)際上就是上一部分提到的諧波補(bǔ)償。
5.1無(wú)功功率對(duì)供電系統(tǒng)和負(fù)載運(yùn)行都是十分重要的。電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)元件的阻抗主要是電感性的。因此，粗略的說(shuō)，為了輸送有功功率，就要求送電端和受電端的電壓有一相位差，這在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)。為了輸送無(wú)功功率，則要求兩端電壓有一幅值差，這只能在很窄的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)。不僅大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)元件消耗無(wú)功功率，大多數(shù)負(fù)載也需要消耗無(wú)功功率。網(wǎng)絡(luò)元件和負(fù)載所需要的無(wú)功功率必須從網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)地方獲得。顯然，這些無(wú)功功率如果都要由發(fā)電機(jī)提供并經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離傳送是不合理的，通常也是不可能的。合理的方法應(yīng)是在需要消耗無(wú)功功率的地方產(chǎn)生無(wú)功功率，這就是無(wú)功補(bǔ)償。
5.2無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)淖饔谩?/p>
5.2.1提高供用電系統(tǒng)及負(fù)載的功率因數(shù)，降低設(shè)備容量，減少功率損耗。
5.2.2穩(wěn)定受電端及電網(wǎng)電壓，提高供電質(zhì)量。在長(zhǎng)距離輸電線中合適的地點(diǎn)設(shè)置動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置還可以改善輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高輸電能力。
5.2.3在電氣化貼到等三相負(fù)載不平衡的場(chǎng)合，通過(guò)適當(dāng)?shù)奈涔ρa(bǔ)償可以平衡三相的有功及無(wú)功負(fù)載。
5.3并聯(lián)電容的成本較低。把并聯(lián)電容器和同步調(diào)相機(jī)相比較，在調(diào)節(jié)效果相近的條件下，前者的費(fèi)用要節(jié)省很多。因此，電容器的迅速發(fā)展幾乎取代了輸電系統(tǒng)中的同步調(diào)相機(jī)。但是，和同步調(diào)相機(jī)相比，電容器只能補(bǔ)償固定的無(wú)功功率，在系統(tǒng)中有諧波時(shí)，還有可能發(fā)生并聯(lián)諧振，使諧波放大，電容器因此而燒毀的事故也是有發(fā)生。
一、前言
交流異步電動(dòng)機(jī)在工礦企業(yè)中，不少電動(dòng)機(jī)負(fù)荷率低，經(jīng)常處于輕載或空載狀態(tài)，功率因數(shù)普遍不高。無(wú)功功率相對(duì)于有功功率的百分比更大，不但浪費(fèi)電能，而且降低了異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)?，F(xiàn)在國(guó)家非常重視節(jié)能減排的工作，因此在這種趨勢(shì)下，對(duì)異步電動(dòng)機(jī)采用無(wú)功功率補(bǔ)償以提高功率因數(shù)，節(jié)約電能，減少運(yùn)行費(fèi)用，是非常必要的，同時(shí)也給企業(yè)帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)效益。
二、無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)姆N類
1、集中補(bǔ)償
在高低壓配電所內(nèi)設(shè)置若干組電容器，電容器接在配電母線上，補(bǔ)償供電范圍內(nèi)的無(wú)功功率。
2、組合就地補(bǔ)償（分散就地補(bǔ)償）
電容器接在高壓配電裝置或動(dòng)力箱的母線上，對(duì)附近的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。
3、單獨(dú)就地補(bǔ)償
將電容器裝于箱內(nèi)，放置在電動(dòng)機(jī)附近，對(duì)其單獨(dú)補(bǔ)償。
三、無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)囊饬x
1、改善設(shè)備的利用率
根據(jù)（3-1）公式可知，在一定的電壓和電流下，提高功率因數(shù)，其輸出的有功功率越大。因此，改善功率因數(shù)是發(fā)揮供電設(shè)備潛力，提高設(shè)備利用率的有效方法。
cosφ＝P/UI …（3-1）
2、減少供電系統(tǒng)中的電壓損失
根據(jù)（3-2）公式可知，供電系統(tǒng)的電壓損失為
U=PR+QX/UN …（3-2）
當(dāng)功率因數(shù)越高時(shí)，說(shuō)明通過(guò)線路上無(wú)功功率越小，則線路上電壓損失越小，也就改善了電壓質(zhì)量。
3、減少供電系統(tǒng)中的功率損耗
當(dāng)線路通過(guò)電流I時(shí)，其有功損耗為：
ΔP=3I2R
可見(jiàn)，線路的功率損耗ΔP與cosφ2成反比，cosφ越高，功率損耗就越小。
4、提高供電系統(tǒng)的傳輸能力
視在功率與有功功率的關(guān)系為P＝Scosφ，可見(jiàn)在傳送一定有功功率P的條件下，cosφ越高，所需視在功率就越小。
四、就地補(bǔ)償與集中補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)分析
1、電容補(bǔ)償應(yīng)注意的問(wèn)題
（1）防止產(chǎn)生自勵(lì)。
采用電容器就地補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)，切斷電源后，電動(dòng)機(jī)在慣性作用下繼續(xù)運(yùn)行，此時(shí)電容器的放電電流成為勵(lì)磁電流，如果電容過(guò)補(bǔ)償，就可使電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)得到自勵(lì)而產(chǎn)生電壓。
（2）防止過(guò)電壓。
當(dāng)電容器補(bǔ)償容量過(guò)大，會(huì)引起電網(wǎng)電壓升高并會(huì)導(dǎo)致電容器損壞。我國(guó)并聯(lián)電容器國(guó)標(biāo)規(guī)定：“工頻長(zhǎng)期過(guò)電壓值最多不超過(guò)1.1倍額定電壓?！?/p>
（3）防止產(chǎn)生諧振。
（4）防止受到系統(tǒng)諧波影響。
對(duì)于有諧波源的供電線路，應(yīng)增設(shè)電抗器等措施，使諧波影響不致造成電容器損壞。
2、兩者比較
就地補(bǔ)償較集中補(bǔ)償，更具節(jié)能效果。
五、電容補(bǔ)償容量的選定
1、集中補(bǔ)償容量確定
先進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算，確定有功功率P30和無(wú)功功率Q30，補(bǔ)償前自然功率因數(shù)為cosφ1，要補(bǔ)償?shù)降墓β室驍?shù)為cosφ2。則
QC=αP30(tgφ1－tgφ2)
α為平均負(fù)荷因數(shù)。
2、電動(dòng)機(jī)就地補(bǔ)償電容器容量確定
就地補(bǔ)償電容器容量選擇的主要參數(shù)是勵(lì)磁電流，因?yàn)椴皇闺娙萜髟斐勺詣?lì)是選用電容器容量的必要條件。負(fù)載率越低，功率因數(shù)越低；極數(shù)愈多，功率因數(shù)越低；容量愈小，功率因數(shù)越低。但由于無(wú)功功率主要消耗在勵(lì)磁電流上，隨負(fù)載率變化不大，因此應(yīng)主要考慮電動(dòng)機(jī)容量和極數(shù)這兩個(gè)參數(shù)，才能得到最佳補(bǔ)償效果。
六、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行補(bǔ)償容量（KVAR）的確定
根據(jù)實(shí)際情況得出經(jīng)濟(jì)運(yùn)行補(bǔ)償容量公式：
在380V網(wǎng)絡(luò)中，一般均用低壓電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，每千乏電容器的功率損耗為0.004KW，放電裝置的功率損耗約為0.001(KW/KVAR)。因此，380V網(wǎng)絡(luò)中電容無(wú)功補(bǔ)償裝置的功率損耗系數(shù)為Kc=0.005
(KW/KVAR)。
不難看出；K2c
此外，變壓器的星型等值電阻折算到高壓側(cè)的阻值用Rb表示，則
根據(jù)上述情況，忽略K2c，并將式（6-2）代入式（6-1），便可得簡(jiǎn)化而實(shí)用的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行補(bǔ)償容量計(jì)算公式
式中，P是變壓器低壓側(cè)有功負(fù)荷（KW）；Q是變壓器低壓側(cè)無(wú)功負(fù)荷（KVAR）；Se是變壓器額定容量（KVA）；Pd是變壓器的有功短路損耗（KW）；Qd是變壓器滿載無(wú)功損耗增值（KVAR）；PK是變壓器的空載有功損耗（KW）；QK是變壓器的空載無(wú)功損耗（KVAR）；Rb是變壓器星形等值電阻折算到高壓側(cè)的阻值（Ω）；R是電源線路導(dǎo)線電阻（Ω）；Ue是變壓器高壓側(cè)
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（上接第58頁(yè)）
線電壓（V）；KC是補(bǔ)償裝置的功率損耗系數(shù)（KW/KVAR），對(duì)低壓電容補(bǔ)償裝置：
KC=0.005(KW/KVAR)；K=1.22
在高壓供電高壓量電的工廠中，應(yīng)該在變壓器高壓側(cè)計(jì)算（或測(cè)定）功率因數(shù)；在高壓供電低壓量電和低壓供電低壓量電的工廠中，應(yīng)計(jì)算（或測(cè)定）低壓側(cè)的功率因數(shù)。
七、結(jié)合工程實(shí)例談電容補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用
以某大型項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目設(shè)備裝機(jī)容量約為21000多千瓦，其中高壓電動(dòng)機(jī)設(shè)備容量為5400多千瓦，其他低壓設(shè)備容量為5000多千瓦。供電電源的電壓等級(jí)為10kV。本著“節(jié)能、高效”的方針，經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)分析，采用10kV作為高壓電動(dòng)機(jī)的供電電壓等級(jí)，投資較省，同時(shí)亦減少變電環(huán)節(jié)，也就減少了故障點(diǎn)。
中圖分類號(hào)：TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-8809（2010）05-0120-01
一、無(wú)功功率的定義及無(wú)功補(bǔ)償原則
接在電網(wǎng)中的許多用電設(shè)備都是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的。例如：通過(guò)磁場(chǎng)，變壓器改變電壓并將能量送出去，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)機(jī)械負(fù)荷。磁場(chǎng)所具有的磁場(chǎng)能是由電源供給的，電動(dòng)機(jī)和變壓器在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中建立交變磁場(chǎng)，在一個(gè)周期內(nèi)吸收的功率和釋放的功率相等，這種功率叫做感性無(wú)功功率。電容器在交流電網(wǎng)中接通時(shí)，在一個(gè)周期內(nèi)，上半周的充電功率和下半周的放電功率相等，不消耗能量，這種充放電功率叫做容性無(wú)功功率。所謂的“無(wú)功”并不是“無(wú)用”的電功率，只不過(guò)它的功率并不轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、熱能而已，因此在供用電系統(tǒng)中除了需要有功電源外，還需要無(wú)功電源，兩者缺一不可。電網(wǎng)的運(yùn)行中，功率因數(shù)反映了電源輸出的視在功率被有效利用的程度，在一定的有功功率下，當(dāng)用電企業(yè)cosφ越小，其視在功率也越大，而我們希望的是功率因數(shù)越大越好，這樣電路中的無(wú)功功率可以降到最小，視在功率將大部分用來(lái)供給有功功率，從而提高電能輸送的功率。
無(wú)功補(bǔ)償應(yīng)盡量分層(按電壓等級(jí))和分區(qū)(按地區(qū))補(bǔ)償，就地平衡，避免無(wú)功電力長(zhǎng)途輸送與越級(jí)傳輸，在提高用電自然功率因數(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)和裝置無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，并做到隨其負(fù)荷和電壓變動(dòng)及時(shí)投入或切除，防止無(wú)功電力倒送。
二、無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)幕驹?/p>
把具有容性功率負(fù)荷的裝置與感性功率負(fù)荷并聯(lián)接在同一電路中，當(dāng)容性功率負(fù)荷釋放能量時(shí)，感性功率負(fù)荷吸收能量；當(dāng)感性功率負(fù)荷釋放能量時(shí)，容性功率負(fù)荷吸收能量；兩種負(fù)荷之間互相進(jìn)行能量交換。由此，感性功率負(fù)荷所吸收的無(wú)功功率可由容性功率負(fù)荷輸出的無(wú)功功率中得到補(bǔ)償，這就是無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)幕驹怼?/p>
三、無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)姆椒?/p>
無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ泻芏喾N，主要是采用電力電容器或是采用具有容性負(fù)荷的裝置進(jìn)行補(bǔ)償。
1.同步電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償。這種方法是改善用電的功率因數(shù)，但設(shè)備復(fù)雜，造價(jià)高，只適用于在具有大功率拖動(dòng)裝置時(shí)采用；
2.調(diào)相機(jī)補(bǔ)償。這種裝置調(diào)整性能好，在電力系統(tǒng)故障情況下，也能維持系統(tǒng)電壓水平，可提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，但造價(jià)高，投資大，損耗也較高，且運(yùn)行維護(hù)技術(shù)較復(fù)雜，宜裝設(shè)在電力系統(tǒng)的中樞變電所，一般用戶較少用。
3.異步電動(dòng)機(jī)同步化補(bǔ)償。這種方法有一定的效果，但自身?yè)p耗大，一般都不采用。
4.加裝并聯(lián)電力電容器補(bǔ)償。這種方法具有安裝方便、建設(shè)周期短、造價(jià)低、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)便、自身?yè)p耗小等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外廣泛采用的補(bǔ)償方法。并聯(lián)補(bǔ)償是把電容器直接與被補(bǔ)償設(shè)備并接到同一電路上，以無(wú)功就地平衡為原則。安裝并聯(lián)電容器補(bǔ)償無(wú)功功率時(shí)，可采取個(gè)別補(bǔ)償、分散補(bǔ)償和集中補(bǔ)償三種方式。
四、無(wú)功補(bǔ)償裝置
同步電機(jī)、靜電電容器、靜止無(wú)功補(bǔ)償器以及靜止無(wú)功發(fā)生器，這四種裝置又稱為無(wú)功補(bǔ)償裝置。目前所指的靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置一般專指使用晶閘管的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，主要有以下三大類型：
1.具有飽和電抗器的無(wú)功補(bǔ)償裝置
具有飽和電抗器的無(wú)功補(bǔ)償裝置分為兩種，即自飽和電抗器和可控飽和電抗器無(wú)功補(bǔ)償裝置。具有自飽和電抗器的無(wú)功補(bǔ)償裝置是依靠電抗器自身固有的能力來(lái)穩(wěn)定電壓，利用鐵心的飽和特性來(lái)控制發(fā)出或吸收無(wú)功功率的大小。可控飽和電抗器是通過(guò)改變控制繞組中的工作電流控制鐵心的飽和程度，從而改變工作繞組的感抗，進(jìn)一步控制無(wú)功電流的大小。具有飽和電抗器的靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置目前應(yīng)用的較少，一般只用在超高壓輸電線路中。
2.靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置
靜止補(bǔ)償器的基本作用是連續(xù)而迅速地控制無(wú)功功率，即以快速的響應(yīng)，通過(guò)發(fā)出或吸收無(wú)功功率來(lái)控制它所連接的輸電系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)電壓。靜止無(wú)功補(bǔ)償器由晶閘管所控制投切電抗器和電容器組成，可分為晶閘管控制電抗器和晶閘管投切電容器兩種補(bǔ)償裝置。
⑴晶閘管控制電抗器（TCR）
晶閘管控制電抗器由兩個(gè)相互反向并聯(lián)的晶閘管與一個(gè)電抗器相串聯(lián)，其三相多接成三角形。這種具有TCR型的補(bǔ)償器反應(yīng)速度快，靈活性大，目前在輸電系統(tǒng)和工業(yè)企業(yè)中應(yīng)用最為廣泛。
⑵晶閘管投切電容器（TSC）
晶閘管投切電容器是為了解決電容器組頻繁投切的問(wèn)題而產(chǎn)生的。兩個(gè)相互反向并聯(lián)的晶閘管只是將電容器并入電網(wǎng)或從電網(wǎng)中斷開(kāi)，串聯(lián)的小電抗器用于抑制電容器投入電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)可能產(chǎn)生的沖擊電流。TSC補(bǔ)償裝置用于三相電網(wǎng)中，一般負(fù)荷對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)采用星形連接，負(fù)荷不對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)采用三角形連接。TSC補(bǔ)償裝置可以很好的補(bǔ)償系統(tǒng)所需的無(wú)功功率，如果級(jí)數(shù)分得足夠細(xì)化，基本上可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。
3.新型靜止無(wú)功發(fā)生器（ASVG）
靜止無(wú)功發(fā)生器的主體是一個(gè)電壓源型逆變器，由可關(guān)斷晶閘管適當(dāng)?shù)耐〝?，將電容上的直流電壓轉(zhuǎn)換成為與電力系統(tǒng)電壓同步的三相交流電壓，再通過(guò)電抗器和變壓器并聯(lián)接入電網(wǎng)。適當(dāng)控制逆變器的輸出電壓，就可以靈活地改變其運(yùn)行工況，使其處于容性、感性或零負(fù)荷狀態(tài)。靜止無(wú)功發(fā)生器響應(yīng)速度快，諧波電流少，而且在系統(tǒng)電壓較低時(shí)仍能向系統(tǒng)注入較大的無(wú)功。由于ASVG在改善系統(tǒng)電壓質(zhì)量，提高穩(wěn)定性方面具有SVC無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，因此ASVG是今后靜止無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)發(fā)展的方向。針對(duì)電力有源濾波器在濾除諧波的時(shí)候與電力系統(tǒng)不發(fā)生諧振的特點(diǎn)，今后的發(fā)展將是電力有源濾波與ASVG相結(jié)合以消除傳統(tǒng)ASVG設(shè)備中并聯(lián)無(wú)源濾波器的所產(chǎn)生的諧振問(wèn)題。
五、結(jié)束語(yǔ)
隨著電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展及其在電力系統(tǒng)中的更廣泛應(yīng)用，無(wú)功功率補(bǔ)償裝置將向著管理系統(tǒng)化、補(bǔ)償準(zhǔn)確化、操作簡(jiǎn)單化的方向發(fā)展，遠(yuǎn)程無(wú)功功率補(bǔ)償控制管理系統(tǒng)將是今后發(fā)展的潮流。
參考文獻(xiàn)
[1] 米勒．電力系統(tǒng)無(wú)功功率控制。
[2] 王慶林．無(wú)功功率快速自動(dòng)補(bǔ)償裝置設(shè)計(jì)探討。
關(guān)鍵詞:無(wú)功補(bǔ)償;電容補(bǔ)償;低壓電容柜;選擇合理容量。
Key words: reactive power compensation;capacitor compensation;low voltage capacitor;choose reasonable capacitry
中圖分類號(hào):TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006-4311(2010)13-0124-01
1無(wú)功補(bǔ)償?shù)母拍?/p>
交流電在通過(guò)純電阻的時(shí)候,電能都轉(zhuǎn)成了熱能,而在通過(guò)純?nèi)菪曰蛘呒兏行载?fù)載的時(shí)候,并不做功。也就是說(shuō)沒(méi)消耗電能,即為無(wú)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(guò)它們時(shí),就有部分電能不做功,就是無(wú)功功率,此時(shí)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(wú)功補(bǔ)償。電網(wǎng)中的電力負(fù)荷如電動(dòng)機(jī)、變壓器等,大部分屬于感性電抗,在運(yùn)行過(guò)程中需要向這些設(shè)備提供相應(yīng)的無(wú)功功率。減少無(wú)功功率在電網(wǎng)中的流動(dòng),降低輸電線路因輸送無(wú)功功率造成的電能損耗,改善電網(wǎng)的運(yùn)行條件,這種做法稱為無(wú)功補(bǔ)償。
2無(wú)功補(bǔ)償在電力系統(tǒng)中的作用
電力系統(tǒng)中無(wú)功補(bǔ)償對(duì)電力系統(tǒng)的重要性越來(lái)越受到重視,合理地投用無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備,對(duì)調(diào)整電網(wǎng)電壓、提高供電質(zhì)量、抑制諧波干擾、保證電網(wǎng)安全運(yùn)行都有著十分重要的作用。如果系統(tǒng)中無(wú)功電源不足,則會(huì)使電網(wǎng)處于低電壓水平上的無(wú)功功率平衡,即靠電壓降低、負(fù)荷吸收無(wú)功功率的減少來(lái)彌補(bǔ)無(wú)功電源的不足。同樣,如果由于電網(wǎng)缺乏調(diào)節(jié)手段或無(wú)功補(bǔ)償元件的不合理運(yùn)行使某段時(shí)間無(wú)功功率過(guò)剩,也會(huì)造成整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行電壓過(guò)高。因此,搞好電力系統(tǒng)的無(wú)功平衡,提高負(fù)荷的功率因數(shù),可以減少線路和變壓器中的有功功率損耗和其他電能損耗,從而提高電能質(zhì)量,降低電能損耗,并保證了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和用戶的供電質(zhì)量。10kV配電線路普通存在電壓過(guò)低或偏高問(wèn)題,其原因除了電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理和導(dǎo)線過(guò)細(xì)外,主要是無(wú)功功率不足或過(guò)剩。系統(tǒng)的無(wú)功功率對(duì)電壓影響極大,無(wú)功功率不足,將引起電網(wǎng)電壓下降,而無(wú)功過(guò)剩將引起電網(wǎng)電壓偏高。無(wú)功功率平衡是維持及保證電網(wǎng)電壓質(zhì)量的基礎(chǔ),必須采取有效的調(diào)壓措施,以提高電壓水平。要維持整個(gè)系統(tǒng)的電壓水平,就必須有足夠的無(wú)功補(bǔ)償容量,實(shí)行無(wú)功分區(qū)分壓就地平衡,同時(shí)要求有足夠的無(wú)功調(diào)節(jié)能力,實(shí)現(xiàn)高峰負(fù)荷時(shí)較高電壓運(yùn)行和低谷負(fù)荷時(shí)較低電壓運(yùn)行的逆調(diào)壓要求。
3無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)姆绞?/p>
近年來(lái),隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的跨越式發(fā)展,電力行業(yè)也得到了快速發(fā)展,特別是電網(wǎng)建設(shè),負(fù)荷的快速增長(zhǎng)對(duì)無(wú)功的需求也大幅上升,也使電網(wǎng)中無(wú)功功率不平衡,導(dǎo)致無(wú)功功率大量的存在。目前,我國(guó)電力系統(tǒng)無(wú)功功率補(bǔ)償主要采用以下幾種方式:①同步調(diào)相機(jī):同步調(diào)相機(jī)屬于早期無(wú)功補(bǔ)償裝置的典型代表,它雖能進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償,但響應(yīng)慢,運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜,多為高壓側(cè)集中補(bǔ)償,目前很少使用;②并聯(lián)電抗器:目前所用電抗器的容量是固定的,除吸收系統(tǒng)容性負(fù)荷外,用以抑制過(guò)電壓;③并補(bǔ)裝置:并聯(lián)電容器是無(wú)功補(bǔ)償領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的無(wú)功補(bǔ)償裝置,電容補(bǔ)償主要補(bǔ)償固定的無(wú)功,采用電容分組投切能更有效適應(yīng)負(fù)載無(wú)功的動(dòng)態(tài)變化,屬于一種有級(jí)的無(wú)功調(diào)節(jié)。作為無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備,電容器有以下顯著優(yōu)點(diǎn):電容器的損耗低,效率高。目前國(guó)內(nèi)外電力系統(tǒng)中90%的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備是并聯(lián)電容器。電容器是由間隔以不同介質(zhì)(如云母、絕緣紙、空氣等)的兩塊金屬組成。當(dāng)在兩極板上加上電壓后,兩板板上分別聚集起等量的正、負(fù)電荷,并在介質(zhì)中建立電場(chǎng)而具有電場(chǎng)能量。將電源移去后,電荷可繼續(xù)聚集在極板上,電場(chǎng)繼續(xù)存在。所以電容器是一種能儲(chǔ)存電荷或者說(shuō)儲(chǔ)存電場(chǎng)能量的部件。在電網(wǎng)中,最常用的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備是電容補(bǔ)償柜。電容柜的主要作用是向電力系統(tǒng)提供無(wú)功功率,提高功率因數(shù)。采用就地?zé)o功補(bǔ)償,可以減少輸電線路輸送電流,起到減少線路能量損耗和壓降,改善電能質(zhì)量和提高設(shè)備利用率的重要作用。一般來(lái)說(shuō),低壓電容補(bǔ)償柜由柜殼、母線、斷路器、隔離開(kāi)關(guān),熱繼電器、接觸器、避雷器、電容器、電抗器、一、二次導(dǎo)線、端子排、功率因數(shù)自動(dòng)補(bǔ)償控制裝置、盤(pán)面儀表等組成。其中,電容柜中電容器的好環(huán)對(duì)電能質(zhì)量與效益起著至關(guān)重要的作用,因此電容器組應(yīng)采用適當(dāng)保護(hù)措施,如采用平衡或差動(dòng)繼電保護(hù)或采用瞬時(shí)作用過(guò)電流繼電保護(hù),對(duì)于3.15kV及以上的電容器,必須在每個(gè)電容器上裝置單獨(dú)的熔斷器,熔斷器的額定電流應(yīng)按熔絲的特性和接通時(shí)的涌流來(lái)選定,一般為1.5倍電容器的額定電流為宜,以防止電容器油箱爆炸。電容器的運(yùn)行環(huán)境也尤其重要:①電容器周圍的環(huán)境溫度不能太高或太低。如果環(huán)境溫度太高,電容工作時(shí)所產(chǎn)生的熱就散不出去;而如果環(huán)境溫度太低,電容器內(nèi)的油就可能會(huì)并凍結(jié),容易電擊穿。②電容器工作時(shí),其內(nèi)部介質(zhì)的溫度應(yīng)低于650℃,最高不得超過(guò)700℃,否則會(huì)引起熱擊穿,或引起鼓肚現(xiàn)象。③電容器對(duì)電壓十分敏感,因?yàn)殡娙萜鞯膿p耗與電壓平方成正比,過(guò)電壓會(huì)使電容器發(fā)熱嚴(yán)重,電容器絕緣會(huì)加速老化,壽命縮短,甚至電擊穿。為了使電網(wǎng)中的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備得到最大的效益,應(yīng)選擇合理的無(wú)功補(bǔ)償容量。計(jì)算電容柜容量前先進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算,確定有功功率P和無(wú)功功率Q,補(bǔ)償前自然功率因數(shù)為cos?準(zhǔn)1,要補(bǔ)償?shù)降墓β室驍?shù)為cos?準(zhǔn)2,則Qc=P(tg?準(zhǔn)1-tg?準(zhǔn)2)。式中:Qc為補(bǔ)償電容器容量;P為負(fù)荷有功功率;COS?準(zhǔn)1為補(bǔ)償前負(fù)荷功率因數(shù);COS?準(zhǔn)2為補(bǔ)償后負(fù)荷功率因數(shù)。如容量為800KW的負(fù)荷,可以先測(cè)量一下其自然功率因數(shù)值,就是全部負(fù)荷起動(dòng)情況下,不帶電容器時(shí)的功率因數(shù)值。若沒(méi)有辦法精確測(cè)量,估計(jì)大部分負(fù)荷都是電機(jī),以功率因數(shù)COS?準(zhǔn)1=0.70估算,若要在額定狀態(tài)下,將其功率因數(shù)提高到0.90,則需要補(bǔ)償電容器容量為:
COS?準(zhǔn)1=0.70,?準(zhǔn)1=0.7953,tg?準(zhǔn)1=1.020
COS?準(zhǔn)2=0.90,?準(zhǔn)2=0.451,tg?準(zhǔn)2=0.483
Qc=P(tg?準(zhǔn)1-tg?準(zhǔn)2)=800*(1.020-0.483)=429.6(Kvar)
改善功率因數(shù)及相應(yīng)地減少電費(fèi)。根據(jù)國(guó)家水電部，物價(jià)局頒布的“功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)辦法”規(guī)定三種功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值，相應(yīng)減少電費(fèi)：高壓供電的用電單位，功率因數(shù)為0.9以上；低壓供電的用電單位，功率因數(shù)為0.85以上；低壓供電的農(nóng)業(yè)用戶，功率因數(shù)為0.8以上。
降低系統(tǒng)的能耗。功率因數(shù)的提高，能減少線路損耗及變壓器的銅耗。
設(shè)R為線路電阻， P1為原線路損耗， P2為功率因數(shù)提高后線路損耗，則線損減少
比原來(lái)?yè)p失減少的百分?jǐn)?shù)為
當(dāng)功率因數(shù)從0.8提高至0.9時(shí)，通過(guò)上式計(jì)算，可求得有功損耗降低21%左右。在輸送功率P=3UIcos 不變情況下，cos 提高，I相對(duì)降低，設(shè)I1為補(bǔ)償前變壓器的電流，I2為補(bǔ)償后變壓器的電流，銅耗分別為 P1， P2；銅耗與電流的平方成正比，即
可知，功率因數(shù)從0.8提高至0.9時(shí)，銅耗相當(dāng)于原來(lái)的80%。
減少了線路的壓降。由于線路傳送電流小了，系統(tǒng)的線路電壓損失相應(yīng)減小，有利于系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定（輕載時(shí)要防止超前電流使電壓上升過(guò)高），有利于大電機(jī)起動(dòng)。
我國(guó)電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)默F(xiàn)狀
近年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的跨越式發(fā)展，電力行業(yè)也得到快速發(fā)展，特別是電網(wǎng)建設(shè)，負(fù)荷的快速增長(zhǎng)對(duì)無(wú)功的需求也大幅上升，也使電網(wǎng)中無(wú)功功率不平衡，導(dǎo)致無(wú)功功率大量的存在。目前，我國(guó)電力系統(tǒng)無(wú)功功率補(bǔ)償主要采用以下幾種方式：
同步調(diào)相機(jī)：同步調(diào)相機(jī)屬于早期無(wú)功補(bǔ)償裝置的典型代表，它雖能進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，但響應(yīng)慢，運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜，多為高壓側(cè)集中補(bǔ)償，目前很少使用。
并補(bǔ)裝置：并聯(lián)電容器是無(wú)功補(bǔ)償領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的無(wú)功補(bǔ)償裝置，但電容補(bǔ)償只能補(bǔ)償固定的無(wú)功，盡管采用電容分組投切相比固定電容器補(bǔ)償方式能更有效適應(yīng)負(fù)載無(wú)功的動(dòng)態(tài)變化，但是電容器補(bǔ)償方式仍然屬于一種有級(jí)的無(wú)功調(diào)節(jié)，不能實(shí)現(xiàn)無(wú)功的平滑無(wú)級(jí)的調(diào)節(jié)。
并聯(lián)電抗器：目前所用電抗器的容量是固定的，除吸收系統(tǒng)容性負(fù)荷外，用以抑制過(guò)電壓。
以上幾種補(bǔ)償方式在運(yùn)行中取得一定的效果，但在實(shí)際的無(wú)功補(bǔ)償工作中也存在一些問(wèn)題：
補(bǔ)償方式問(wèn)題：目前很多電力部門(mén)對(duì)無(wú)功補(bǔ)償?shù)某霭l(fā)點(diǎn)就地補(bǔ)償，不向系統(tǒng)倒送無(wú)功，即只注意補(bǔ)償功率因素，不是立足于降低系統(tǒng)網(wǎng)的損耗。
諧波問(wèn)題：電容器具有一定的抗諧波能力，但諧波含量過(guò)大時(shí)會(huì)對(duì)電容器的壽命產(chǎn)生影響，甚至造成電容器的過(guò)早損壞；并且由于電容器對(duì)諧波有放大作用，因而使系統(tǒng)的諧波干擾更嚴(yán)重。
無(wú)功倒送問(wèn)題：無(wú)功倒送在電力系統(tǒng)中是不允許的，特別是在負(fù)荷低谷時(shí)，無(wú)功倒送造成電壓偏高。
電壓調(diào)節(jié)方式的補(bǔ)償設(shè)備帶來(lái)的問(wèn)題：有些無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備是依據(jù)電壓來(lái)確定無(wú)功投切量的，線路電壓的波動(dòng)主要由無(wú)功量變化引起的，但線路的電壓水平是由系統(tǒng)情況決定的，這就可能出現(xiàn)無(wú)功過(guò)補(bǔ)或欠補(bǔ)。
無(wú)功功率補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
根據(jù)上述我國(guó)無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)那闆r及出現(xiàn)的問(wèn)題，今后我國(guó)的無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)陌l(fā)展方向是：無(wú)功功率動(dòng)態(tài)自動(dòng)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，諧波抑制。
基于智能控制策略的晶閘管投切電容器（TSC）補(bǔ)償裝置。將微處理器用于TSC，可以完成復(fù)雜的檢測(cè)和控制任務(wù)，從而使動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無(wú)功功率成為可能?；谥悄芸刂撇呗缘腡SC補(bǔ)償裝置的核心部件是控制器，由它完成無(wú)功功率（功率因數(shù)）的測(cè)量及分析，進(jìn)而控制無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的投切，同時(shí)還可完成過(guò)壓、欠壓、功率因數(shù)等參數(shù)的存貯和顯示。TSC補(bǔ)償裝置操作無(wú)涌流，跟蹤響應(yīng)快，并具有各種保護(hù)功能，值得大力推廣。
靜止無(wú)功發(fā)生器（SVG）。靜止無(wú)功發(fā)生器（SVG）又稱靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM），是采用GTO構(gòu)成的自換相變流器，通過(guò)電壓電源逆變技術(shù)提供超前和滯后的無(wú)功，進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，若控制方法得當(dāng)，SVG在補(bǔ)償無(wú)功功率的同時(shí)還可以對(duì)諧波電流進(jìn)行補(bǔ)償。其調(diào)節(jié)速度更快且不需要大容量的電容、電感等儲(chǔ)能元件，諧波含量小，同容量占地面積小，在系統(tǒng)欠壓條件下無(wú)功調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，是新一代無(wú)功補(bǔ)償裝置的代表，有很大的發(fā)展前途。
電力有源濾波器。電力有源濾波器是運(yùn)用瞬時(shí)濾波形成技術(shù)，對(duì)包含諧波和無(wú)功分量的非正弦波進(jìn)行“矯正”。因此，電力有源濾波器有很快的響應(yīng)速度，對(duì)變化的諧波和無(wú)功功率都能實(shí)施動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，并且其補(bǔ)償特性受電網(wǎng)阻抗參數(shù)影響較小。
中圖分類號(hào)：TG501.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
1按投切方式分類
1.1延時(shí)投切方式
延時(shí)投切方式即人們熟稱的"靜態(tài)"補(bǔ)償方式。這種投切依靠于傳統(tǒng)的接觸器的動(dòng)作，當(dāng)然用于投切電容的接觸器專用的，它具有抑制電容的涌流作用，延時(shí)投切的目的在于防止接觸器過(guò)于頻繁的動(dòng)作時(shí)，電容器造成損壞，更重要的是防備電容不停的投切導(dǎo)致供電系統(tǒng)振蕩，這是很危險(xiǎn)的。當(dāng)電網(wǎng)的負(fù)荷呈感性時(shí)，如電動(dòng)機(jī)、電焊機(jī)等負(fù)載，這時(shí)電網(wǎng)的電流滯帶后電壓一個(gè)角度，當(dāng)負(fù)荷呈容性時(shí)，如過(guò)量的補(bǔ)償裝置的控制器，這是電網(wǎng)的電流超前于電壓的一個(gè)角度，即功率因數(shù)超前或滯后是指電流與電壓的相位關(guān)系。通過(guò)補(bǔ)償裝置的控制器檢測(cè)供電系統(tǒng)的物理量，來(lái)決定電容器的投切，這個(gè)物理量可以是功率因數(shù)或無(wú)功電流或無(wú)功功率。
1.2瞬時(shí)投切方式
瞬時(shí)投切方式即人們熟稱的"動(dòng)態(tài)"補(bǔ)償方式，應(yīng)該說(shuō)它是半導(dǎo)體電力器件與數(shù)字技術(shù)綜合的技術(shù)結(jié)晶，實(shí)際就是一套快速隨動(dòng)系統(tǒng)，控制器一般能在半個(gè)周波至1個(gè)周波內(nèi)完成采樣、計(jì)算，在2個(gè)周期到來(lái)時(shí)，控制器已經(jīng)發(fā)出控制信號(hào)了。通過(guò)脈沖信號(hào)使晶閘管導(dǎo)通，投切電容器組大約20-30毫秒內(nèi)就完成一個(gè)全部動(dòng)作，這種控制方式是機(jī)械動(dòng)作的接觸器類無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方式作為新一代的補(bǔ)償裝置有著廣泛的應(yīng)用前景?，F(xiàn)在很多開(kāi)關(guān)行業(yè)廠都試圖生產(chǎn)、制造這類裝置且有的生產(chǎn)廠已經(jīng)生產(chǎn)出很不錯(cuò)的裝置。當(dāng)然與國(guó)外同類產(chǎn)品相比從性能上、元器件的質(zhì)量、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上還有一定的差距。
動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)木€路方式
1)LC串接法原理如圖1所示
這種方式采用電感與電容的串聯(lián)接法，調(diào)節(jié)電抗以達(dá)到補(bǔ)償無(wú)功損耗的目的。從原理上分析，這種方式響應(yīng)速度快，閉環(huán)使用時(shí)，可做到無(wú)差調(diào)節(jié)，使無(wú)功損耗降為零。從元件的選擇上來(lái)說(shuō)，根據(jù)補(bǔ)償量選擇1組電容器即可，不需要再分成多路。既然有這么多的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)該是非常理想的補(bǔ)償裝置了。但由于要求選用的電感量值大，要在很大的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，所以體積也相對(duì)較大，價(jià)格也要高一些，再加一些技術(shù)的原因，這項(xiàng)技術(shù)到目前來(lái)說(shuō)還沒(méi)有被廣泛采用或使用者很少。
2)采用電力半導(dǎo)體器件作為電容器組的投切開(kāi)關(guān)，較常采用的接線方式如圖2。圖中BK為半導(dǎo)體器件，C1為電容器組。這種接線方式采用2組開(kāi)關(guān)，另一相直接接電網(wǎng)省去一組開(kāi)關(guān)，有很多優(yōu)越性。
作為補(bǔ)償裝置所采用的半導(dǎo)體器件一般都采用晶閘管，其優(yōu)點(diǎn)是選材方便，電路成熟又很經(jīng)濟(jì)。其不足之處是元件本身不能快速關(guān)斷，在意外情況下容易燒毀，所以保護(hù)措施要完善。當(dāng)解決了保護(hù)問(wèn)題，作為電容器組投切開(kāi)關(guān)應(yīng)該是較理想的器件。動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償效果還要看控制器是否有較高的性能及參數(shù)。很重要的一項(xiàng)就是要求控制器要有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間，準(zhǔn)確的投切功率，還要有較高的自識(shí)別能力，這樣才能達(dá)到最佳的補(bǔ)償效果。
元器件可以選單項(xiàng)晶閘管反并聯(lián)或是雙向晶閘管，也可選適合容性負(fù)載的固態(tài)接觸器，這樣可以省去過(guò)零觸發(fā)的脈沖電路，從而簡(jiǎn)化線路，元件的耐壓及電流要合理選擇，散熱器及冷卻方式也要考慮周全。
1.3混合投切方式
實(shí)際上就是靜態(tài)與動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)幕旌?，一部分電容器組使用接觸器投切，而另一部分電容器組使用電力半導(dǎo)體器件。這種方式在一定程度上可做到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，但就其控制技術(shù)，目前還見(jiàn)到完善的控制軟件，該方式用于通常的網(wǎng)絡(luò)如工礦、小區(qū)、域網(wǎng)改造，比起單一的投切方式拓寬了應(yīng)用范圍，節(jié)能效果更好。補(bǔ)償裝置選擇非等容電容器組，這種方式補(bǔ)償效果更加細(xì)致，更為理想。還可采用分相補(bǔ)償方式，可以解決由于線路三相不平行造成的損失。
2.在無(wú)功功率補(bǔ)償裝置的應(yīng)用
在無(wú)功功率補(bǔ)償裝置的應(yīng)用方面，選擇那一種補(bǔ)償方式，還要依電網(wǎng)的狀況而定，首先對(duì)所補(bǔ)償?shù)木€路要有所了解，對(duì)于負(fù)荷較大且變化較快的工況，電焊機(jī)、電動(dòng)機(jī)的線路采用動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，節(jié)能效果明顯。對(duì)于負(fù)荷相對(duì)平穩(wěn)的線路應(yīng)采用靜態(tài)補(bǔ)償方式，也可使用動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置。對(duì)于一些特殊的工作環(huán)境就要慎重選擇補(bǔ)償方式，尤其線路中含有瞬變高電壓、大電流沖擊的場(chǎng)合是不能采用動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)?。一般電焊工作時(shí)間均在幾秒鐘以上，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)也在幾秒鐘以上，而動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)捻憫?yīng)時(shí)間在幾十毫秒，按40毫秒考慮則從40毫秒到5秒鐘之內(nèi)是一個(gè)相對(duì)的穩(wěn)態(tài)過(guò)程，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置能完成這個(gè)過(guò)程。如果線路中沒(méi)有出現(xiàn)這么一段相對(duì)的穩(wěn)態(tài)過(guò)程并能量又有較大的變化，我們把它稱為瞬變或閃變，采用動(dòng)態(tài)補(bǔ)償就要出問(wèn)題并可能引發(fā)事故。
3無(wú)功功率補(bǔ)償控制器
無(wú)功功率補(bǔ)償控制器有三種采樣方式，功率因數(shù)型、無(wú)功功率型、無(wú)功電流型。選擇那一種物理控制方式實(shí)際上就是對(duì)無(wú)功功率補(bǔ)償控制器的選擇?？刂破魇菬o(wú)功補(bǔ)償裝置的指揮系統(tǒng)，采樣、運(yùn)算、發(fā)出投切信號(hào)，參數(shù)設(shè)定、測(cè)量、元件保護(hù)等功能均由補(bǔ)償控制器完成。十幾年來(lái)經(jīng)歷了由分立元件--集成線路--單片機(jī)--DSP芯片一個(gè)快速發(fā)展的過(guò)程，其功能也愈加完善。就國(guó)內(nèi)的總體狀況，由于市場(chǎng)的需求量很大，生產(chǎn)廠家也愈來(lái)愈多，其性能及內(nèi)在質(zhì)量差異很大，很多產(chǎn)品名不符實(shí)，在選用時(shí)需認(rèn)真對(duì)待。在選用時(shí)需要注意的另一個(gè)問(wèn)題就是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的控制器其名稱均為"XXX無(wú)功功率補(bǔ)償控制器"，名稱里出現(xiàn)的"無(wú)功功率"的含義不是這臺(tái)控制器的采樣物理量。采樣物理量取決于產(chǎn)品的型號(hào)，而不是產(chǎn)品的名稱。
3.1功率因數(shù)型控制器
功率因數(shù)用cosΦ表示，它表示有功功率在線路中所占的比例。當(dāng)cosΦ=1時(shí)，線路中沒(méi)有無(wú)功損耗。提高功率因數(shù)以減少無(wú)功損耗是這類控制器的最終目標(biāo)。這種控制方式也是很傳統(tǒng)的方式，采樣、控制也都較容易實(shí)現(xiàn)。
1） "延時(shí)"整定，投切的延時(shí)時(shí)間，應(yīng)在10s-120s范圍內(nèi)調(diào)節(jié) "靈敏度"整定，電流靈敏度，不大于0-2A 。
2）投入及切除門(mén)限整定，其功率因數(shù)應(yīng)能在0.85（滯后）-0.95（超前）范圍內(nèi)整定。
3）過(guò)壓保護(hù)設(shè)量。
4）顯示設(shè)置、循環(huán)投切等功能。
這種采樣方式在運(yùn)行中既要保證線路系統(tǒng)穩(wěn)定、無(wú)振蕩現(xiàn)象出現(xiàn)，又要兼顧補(bǔ)償效果，這是一對(duì)矛盾，只能在現(xiàn)場(chǎng)視具體情況將參數(shù)整定在較好的狀態(tài)下工作。即使調(diào)整的較好，也無(wú)法禰補(bǔ)這種方式本身的缺陷，尤其是在線路重負(fù)荷時(shí)。舉例說(shuō)明：設(shè)定投入門(mén)限；cosΦ=0.95（滯后）此時(shí)線路重載荷，即使此時(shí)的無(wú)功損耗已很大，再投電容器組也不會(huì)出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)償，但cosΦ只要不小于0.95，控制器就不會(huì)再有補(bǔ)償指令，也就不會(huì)有電容器組投入，所以這種控制方式建議不做為推薦的方式。
交流異步電機(jī)在工業(yè)與民用建筑系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。在民用范圍中運(yùn)行機(jī)械多為連續(xù)運(yùn)行，不調(diào)速，操作不頻繁的場(chǎng)合，如風(fēng)機(jī)、水泵、冷凍機(jī)多為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易維護(hù)的異步電動(dòng)機(jī)。在工礦企業(yè)中，不少電動(dòng)機(jī)負(fù)荷率低，經(jīng)常處于輕載或空載狀態(tài)，功率因數(shù)普遍不高。負(fù)荷率低，則功率因數(shù)愈低，無(wú)功功率相對(duì)于有功功率的百分比更大，顯著地浪費(fèi)電能。因此對(duì)異步電動(dòng)機(jī)采用無(wú)功功率補(bǔ)償以提高功率因數(shù)，節(jié)約電能，減少運(yùn)行費(fèi)用，提高電能質(zhì)量，符合我國(guó)節(jié)約能源的國(guó)策，同時(shí)亦給企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益。
1 無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)姆N類和特點(diǎn)
1.1 集中補(bǔ)償
在高低壓配電所內(nèi)設(shè)置若干組電容器，電容器接在配電母線上，補(bǔ)償供電范圍內(nèi)的無(wú)功功率，如圖1所示。1.2 組合就地補(bǔ)償(分散就地補(bǔ)償)電容器接在高壓配電裝置或動(dòng)力箱的母線上，對(duì)附近的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，如圖2所示。
1.3 單獨(dú)就地補(bǔ)償
將電容器裝于箱內(nèi)，放置在電動(dòng)機(jī)附近，對(duì)其單獨(dú)補(bǔ)償。圖3為電容器直接接在電動(dòng)機(jī)端子上或保護(hù)設(shè)備末端，一般不需要電容器用的操作保護(hù)設(shè)備，稱為直接單獨(dú)就地補(bǔ)償。圖3a為經(jīng)常操作者，采用接觸器；為非經(jīng)常操作者，采用空氣斷路器；為高壓電容器直接單獨(dú)就地補(bǔ)償，宜采用真空開(kāi)關(guān)。圖4為不采用控制設(shè)備，由電動(dòng)機(jī)控制開(kāi)關(guān)操作，但電容器必須采用內(nèi)裝熔絲或另裝熔斷器。如采用控制設(shè)備，如圖5所示，為控制式單獨(dú)就地補(bǔ)償，多用于降壓起動(dòng)或有可逆運(yùn)行等有特殊操作要求的電動(dòng)機(jī)。
2 無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)淖饔?/p>
2.1 改善功率因數(shù)及相應(yīng)地減少電費(fèi)
根據(jù)國(guó)家水電部，物價(jià)局頒布的“功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)辦法”規(guī)定三種功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值，相應(yīng)減少電費(fèi)：
(1)高壓供電的用電單位，功率因數(shù)為0.9以上。
(2)低壓供電的用電單位，功率因數(shù)為0.85以上。
(3)低壓供電的農(nóng)業(yè)用戶，功率因數(shù)為0.8以上。
根據(jù)“辦法”，補(bǔ)償后的功率因數(shù)以分別不超出0.95、0.94、0.92為宜，因?yàn)槌^(guò)此值，電費(fèi)并沒(méi)有減少，相反初次設(shè)備增加，是不經(jīng)濟(jì)的。
2.2 降低系統(tǒng)的能耗
功率因數(shù)的提高，能減少線路損耗及變壓器的銅耗。
設(shè)R為線路電阻，ΔP1為原線路損耗，ΔP2為功率因數(shù)提高后線路損耗，則線損減少
ΔP=ΔP1－ΔP2=3R(I12－I22)(1)
比原來(lái)?yè)p失減少的百分?jǐn)?shù)為
(ΔP/ΔP1)×100％=1－(I2/I1)2·100％(2)
式中，I1=P/( 3 U1cosφ1)，I2=P/( 3 U2cosφ2)補(bǔ)償后，由于功率因數(shù)提高，U2 >U1，為分析方便，可認(rèn)為U2≈U1，則
θ=[1－(cosφ1/cosφ2)2]·100％(3)
當(dāng)功率因數(shù)從0.8提高至0.9時(shí)，通過(guò)上式計(jì)算，可求得有功損耗降低21％左右。
在輸送功率P= 3UIcosφ不變情況下，cosφ提高，I相對(duì)降低，設(shè)I1為補(bǔ)償前變壓器的電流，I2為補(bǔ)償后變壓器的電流，銅耗分別為ΔP1，ΔP2；銅耗與電流的平方成正比，即
ΔP1/ΔP2=I22/I12
由于P1=P2，認(rèn)為U2≈U1時(shí)，即
I2/I1=cosφ1/cosφ2
可知，功率因數(shù)從0.8提高至0.9時(shí)，銅耗相當(dāng)于原來(lái)的80％。
2.3 減少了線路的壓降
由于線路傳送電流小了，系統(tǒng)的線路電壓損失相應(yīng)減小，有利于系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定(輕載時(shí)要防止超前電流使電壓上升過(guò)高)，有利于大電機(jī)起動(dòng)。
2.4 增加了供電功率，減少了用電貼費(fèi)
對(duì)于原有供電設(shè)備來(lái)講，同樣的有功功率下，cosφ提高，負(fù)荷電流減小，因此向負(fù)荷傳輸功率所經(jīng)過(guò)的變壓器、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線等配電設(shè)備都增加了功率儲(chǔ)備，發(fā)揮了設(shè)備的潛力。對(duì)于新建項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，降低了變壓器容量，減少了投資費(fèi)用，同時(shí)也減少了運(yùn)行后的基本電費(fèi)。
3 就地補(bǔ)償與集中補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)經(jīng)濟(jì)分析
3.1 電容補(bǔ)償在技術(shù)上應(yīng)注意的問(wèn)題
(1)防止產(chǎn)生自勵(lì)。
采用電容器就地補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)，切斷電源后，電動(dòng)機(jī)在慣性作用下繼續(xù)運(yùn)行，此時(shí)電容器的放電電流成為勵(lì)磁電流，如果電容過(guò)補(bǔ)償，就可使電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)得到自勵(lì)而產(chǎn)生電壓，如圖6所示。因此，為防止產(chǎn)生自勵(lì)，可按下式選用電容
QC=0.9 3UI0
(2)防止過(guò)電壓。
當(dāng)電容器補(bǔ)償容量過(guò)大，會(huì)引起電網(wǎng)電壓升高并會(huì)導(dǎo)致電容器損壞。我國(guó)并聯(lián)電容器國(guó)標(biāo)規(guī)定：“工頻長(zhǎng)期過(guò)電壓值最多不超過(guò)1.1倍額定電壓?！币虼吮仨毞螿C< 0.1Ss的條件。
(3)防止產(chǎn)生諧振。
(4)防止受到系統(tǒng)諧波影響。
對(duì)于有諧波源的供電線路，應(yīng)增設(shè)電抗器等措施，使諧波影響不致造成電容器損壞。
3.2 兩者比較
就地補(bǔ)償較集中補(bǔ)償，更具節(jié)能效果。
4 電容補(bǔ)償控制及安裝方式的選擇
4.1 就地補(bǔ)償與集中補(bǔ)償?shù)挠嘘P(guān)規(guī)定
(1)GB12497—90《三相異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行》第7.6條規(guī)定：50kW以上的電動(dòng)機(jī)應(yīng)進(jìn)行功率因數(shù)就地補(bǔ)償。
(2)GB3485—83《評(píng)估企業(yè)合理用電技術(shù)導(dǎo)則》第2.9條規(guī)定：100kW以上的電動(dòng)機(jī)就地補(bǔ)償無(wú)功功率。
(3)GB50052—95《供配電設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.03及5.0.10規(guī)定。
(4)國(guó)外用電委員會(huì)法規(guī)與專業(yè)學(xué)報(bào)均有類似規(guī)定與刊載。
4.2 電容補(bǔ)償方式的選擇
采用并聯(lián)電容器作為人工無(wú)功補(bǔ)償，為了盡量減少線損和電壓損失，宜就地平衡，即低壓部分的無(wú)功宜由低壓電容器補(bǔ)償，高壓部分的無(wú)功宜由高壓電容器補(bǔ)償。對(duì)于容量較大，負(fù)荷平穩(wěn)且經(jīng)常使用的用電設(shè)備的無(wú)功功率，宜就地補(bǔ)償。補(bǔ)償基本無(wú)功的電容器組宜在配變電所內(nèi)集中補(bǔ)償，在有工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化自動(dòng)化程度高的流水線、大容量機(jī)組的場(chǎng)所，宜分散補(bǔ)償。
4.3 電容器組投切方式的選擇
電容器組投切方式分手動(dòng)和自動(dòng)兩種。
對(duì)于補(bǔ)償?shù)蛪夯緹o(wú)功及常年穩(wěn)定和投切次數(shù)少的高壓電容器組，宜采用手動(dòng)投切；為避免過(guò)補(bǔ)償或輕載時(shí)電壓過(guò)高，易造成設(shè)備損壞的，宜采用自動(dòng)投切。高、低壓補(bǔ)償效果相同時(shí)，宜采用低壓自動(dòng)補(bǔ)償裝置。
4.4 無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償?shù)恼{(diào)節(jié)方式
以節(jié)能為主者，采用無(wú)功功率參數(shù)調(diào)節(jié)；當(dāng)三相平衡時(shí)，也可采用功率因數(shù)參數(shù)調(diào)節(jié)；為改善電壓偏差為主者，應(yīng)按電壓參數(shù)調(diào)節(jié)；無(wú)功功率隨時(shí)間穩(wěn)定變化者，按時(shí)間參數(shù)調(diào)節(jié)。
5 電容補(bǔ)償容量的選定
5.1 集中補(bǔ)償容量確定
先進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算，確定有功功率P30和無(wú)功功率Q30，補(bǔ)償前自然功率因數(shù)為cosφ1，要補(bǔ)償?shù)降墓β室驍?shù)為cosφ2。則
QC=αP30(tgφ1－tgφ2)
α為平均負(fù)荷因數(shù)。
5.2 電動(dòng)機(jī)就地補(bǔ)償電容器容量確定
就地補(bǔ)償電容器容量選擇的主要參數(shù)是勵(lì)磁電流，因?yàn)椴皇闺娙萜髟斐勺詣?lì)是選用電容器容量的必要條件。負(fù)載率越低，功率因數(shù)越低；極數(shù)愈多，功率因數(shù)越低；容量愈小，功率因數(shù)越低。但由于無(wú)功功率主要消耗在勵(lì)磁電流上，隨負(fù)載率變化不大，因此應(yīng)主要考慮電動(dòng)機(jī)容量和極數(shù)這兩個(gè)參數(shù)，才能得到最佳補(bǔ)償效果。可用式(4)計(jì)算。
6 結(jié)合工程實(shí)例談電容補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用
以某大型項(xiàng)目中能源中心為例，該項(xiàng)目設(shè)備裝機(jī)容量約為21000多千瓦，其中高壓電動(dòng)機(jī)設(shè)備容量為5400多千瓦，其他低壓設(shè)備容量為5000多千瓦。供電電源的電壓等級(jí)為10kV。本著“節(jié)能、高效”的方針，初次嘗試了采用燃汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組自發(fā)電，冷、熱、電三聯(lián)供，做到汽電共生，實(shí)現(xiàn)能源綜合利用。經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)分析，采用10kV作為高壓電動(dòng)機(jī)的供電電壓等級(jí)，投資較省，同時(shí)亦減少變電環(huán)節(jié)，也就減少了故障點(diǎn)。根據(jù)負(fù)荷計(jì)算，共采用六路10kV電源，分別對(duì)高壓電動(dòng)機(jī)直配。
在這個(gè)項(xiàng)目中，高壓電動(dòng)機(jī)主要用于空調(diào)系統(tǒng)中的中央空調(diào)機(jī)組，以及主機(jī)的外部設(shè)備——冷凍水循環(huán)泵和冷卻水循環(huán)泵多臺(tái)設(shè)備。這些設(shè)備單機(jī)容量很大，離心機(jī)組單機(jī)最大達(dá)2810kW(共5臺(tái))，小的870kW(共4臺(tái))，冷凍水循環(huán)泵單機(jī)560kW(共9臺(tái))，冷凍水循環(huán)泵單機(jī)亦有380kW(共3臺(tái))，自然功率因數(shù)在0.8左右。如果在10kV配電室集中補(bǔ)償電容，不采用高壓無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償?shù)脑?，如此大容量的電?dòng)機(jī)起、停會(huì)使10kV側(cè)功率因數(shù)不穩(wěn)定，有可能造成過(guò)補(bǔ)償，引起系統(tǒng)電壓升高。同時(shí)，從配電室至冷凍機(jī)房高壓電動(dòng)機(jī)的線路最近50m，最遠(yuǎn)140m，線路損耗相當(dāng)可觀，綜合考慮到高壓自動(dòng)補(bǔ)償元件、技術(shù)、價(jià)格均要求高，因此采用高壓電容器就地補(bǔ)償，與電動(dòng)機(jī)同時(shí)投切。高壓電容器組放置在電動(dòng)機(jī)附近。這些電動(dòng)機(jī)采用自耦降壓起動(dòng)方式，高壓就地補(bǔ)償裝置以并聯(lián)電容器為主體，采用熔斷器做保護(hù)，裝設(shè)避雷器用于過(guò)電壓保護(hù)，串聯(lián)電抗器抑制涌流和諧波。這樣做，不僅提高了電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)，降低了線路損耗，同時(shí)釋放了系統(tǒng)容量，縮小了饋電電纜的截面，節(jié)約了投資。
2工業(yè)企業(yè)用電無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)
2.1科學(xué)優(yōu)選電動(dòng)機(jī)
正確選擇電動(dòng)機(jī)的規(guī)格、類型以及容量等，確保其具備滿載工作能力。參照具體的生產(chǎn)環(huán)境特征，不同的電動(dòng)機(jī)內(nèi)部配置不同，其性能也有所差異，實(shí)際采購(gòu)中必須密切關(guān)注其機(jī)械性能、電氣指標(biāo)等。同容量的電動(dòng)機(jī)，要優(yōu)選高轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)。同封閉式電動(dòng)機(jī)相比，感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)的電氣指標(biāo)更高，且轉(zhuǎn)速更高，因此，要盡量避開(kāi)封閉式電動(dòng)機(jī)，優(yōu)選感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)，因?yàn)槠淇蛰d狀態(tài)下，電流不會(huì)發(fā)生變化。相反，倘若使用大容量電動(dòng)機(jī)，就有可能使其走向低負(fù)荷工作狀態(tài)，從而耗費(fèi)了功率因數(shù)，也浪費(fèi)了電能，所以也要使用容量合適的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的電動(dòng)機(jī)，倘若長(zhǎng)時(shí)間處于低負(fù)荷狀態(tài)，則有必要考慮調(diào)換電動(dòng)機(jī)，調(diào)換好的電動(dòng)機(jī)在實(shí)際使用前也要做好技術(shù)性能測(cè)試與檢查，確保其各項(xiàng)功能都處于穩(wěn)定狀態(tài)，從而提高自然功率因數(shù)，控制電能的浪費(fèi)。
2.2控制定子繞組電壓
參照電機(jī)學(xué)的基礎(chǔ)理論可以知道，電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流同附和到定子繞組電壓的平方為正比例關(guān)系，所以為了控制勵(lì)磁電流，可以先控制定子繞組電壓，以此來(lái)提升功率因數(shù)，具體的控制策略為：調(diào)整原來(lái)的接線的定子繞組，使其變成Y接線，這樣電動(dòng)機(jī)的各個(gè)項(xiàng)路的電壓就得到了有效控制，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩也會(huì)隨之發(fā)生變化，呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但是控制定子繞組電壓的方法的使用需要電動(dòng)機(jī)處于特殊啟動(dòng)狀態(tài)，那就是空載、輕載的狀態(tài)，而且也要提前對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行檢查、驗(yàn)證，確保其能夠正常啟動(dòng)、安全運(yùn)行等。
2.3優(yōu)選變壓器容量、數(shù)量以及運(yùn)行模式
經(jīng)過(guò)實(shí)踐的運(yùn)用與分析得出：變壓器的無(wú)功功率因數(shù)耗費(fèi)量較高，且其空載無(wú)功功率所占比例也較大，這就使得變壓器的容量、安裝數(shù)量以及運(yùn)行模式的選擇至關(guān)重要，因?yàn)橐坏┻x擇不當(dāng)，就容易造成企業(yè)功率因數(shù)過(guò)低。所以，實(shí)際的變壓器選型過(guò)程中，一定要把企業(yè)功率因數(shù)的大小納入考慮范圍，也要確保變壓器本身的高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)，確保這兩方面都達(dá)標(biāo)。
2.4正確檢查、維修電動(dòng)機(jī)
感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的檢修、維護(hù)水平會(huì)在很大程度上關(guān)系到功率因數(shù)。要想提高檢修質(zhì)量，就必須切實(shí)根據(jù)所維修電動(dòng)機(jī)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)定參數(shù)等來(lái)有規(guī)則、有秩序地檢修，要維護(hù)電動(dòng)機(jī)的性質(zhì)、功能、數(shù)據(jù)等的準(zhǔn)確合理。相反，倘若維修水平不合格，維修質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，就可能加劇對(duì)無(wú)功功率的需求，從而對(duì)功率因數(shù)帶來(lái)負(fù)面影響，在實(shí)際的維修過(guò)程中需要重點(diǎn)注意的是不能隨意調(diào)整定子、轉(zhuǎn)子間氣隙的初始大小，也要維護(hù)氣隙的均勻度，如果氣隙一旦改變，就可能加劇磁阻，從而浪費(fèi)更多的功率因數(shù)。
2.5電磁開(kāi)關(guān)無(wú)電壓工作
對(duì)于工業(yè)企業(yè)來(lái)說(shuō)，其電力低壓系統(tǒng)通常運(yùn)用多種電磁開(kāi)關(guān)，且其控制線圈具有良好的感性性能，開(kāi)關(guān)閉合后，走向供電狀態(tài)，控制線圈也進(jìn)入電源連接狀態(tài)，這其中伴隨著對(duì)電能的使用，對(duì)應(yīng)的也出現(xiàn)了相對(duì)落后的無(wú)功電流，從而不利于大型工業(yè)企業(yè)功率因數(shù)的提高，對(duì)于這一問(wèn)題，相關(guān)企業(yè)已經(jīng)有所意識(shí)，并對(duì)應(yīng)采取了解決對(duì)策，那就是一方面控制電能，另一方面來(lái)優(yōu)化調(diào)整開(kāi)關(guān)系統(tǒng)，將機(jī)械閉鎖設(shè)備配在開(kāi)關(guān)中，這樣即使電磁開(kāi)關(guān)閉合，在電氣鏈接點(diǎn)的支持下，能夠斷開(kāi)控制線圈，這樣就會(huì)讓電磁開(kāi)關(guān)進(jìn)入無(wú)壓運(yùn)轉(zhuǎn)模式，從而優(yōu)化功率因數(shù)，控制電能的不合理使用，達(dá)到多方面的積極效果。
2.6人工無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)
采用同步電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償，這一補(bǔ)償模式的優(yōu)勢(shì)為：功率因數(shù)超前時(shí)，同步電動(dòng)機(jī)也能夠工作，可以輸出無(wú)功功率來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)企業(yè)用電的無(wú)功補(bǔ)償，從而全面提升其功率因數(shù)。這其中低速電動(dòng)機(jī)同生產(chǎn)機(jī)械有效配合在一起，就不必使用減速箱，如果電網(wǎng)頻率平穩(wěn)時(shí)，對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)也處于勻速運(yùn)行狀態(tài)，有效提高了供電效率，而且同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)也不會(huì)受到變化電壓的影響。同時(shí)，選擇強(qiáng)行勵(lì)磁，能夠有效確保供電系統(tǒng)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。正是因?yàn)橥诫妱?dòng)機(jī)體現(xiàn)出以上多方面的優(yōu)勢(shì)，適合引入到大型工業(yè)企業(yè)中，將其運(yùn)用到水泵、通風(fēng)機(jī)等機(jī)械設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)機(jī)械設(shè)備的高效拖動(dòng)與運(yùn)轉(zhuǎn)。同步電動(dòng)機(jī)的使用成本較高且不方便維修，但是其所創(chuàng)造的無(wú)功補(bǔ)償效果卻十分顯著。與之相對(duì)應(yīng)的并聯(lián)電容器則較為經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，方便維修與維護(hù)，而且其故障問(wèn)題的輻射范圍十分有限，也可以嘗試用在大型工業(yè)企業(yè)用電系統(tǒng)中，然而，其缺陷為并聯(lián)電容器只具有有級(jí)調(diào)節(jié)功能，當(dāng)無(wú)功功率發(fā)生變化時(shí)，無(wú)法實(shí)施無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。
2.7動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償模式
2.7.1全補(bǔ)償。這一模式狀態(tài)下，是要讓功率因數(shù)為1，在供電系統(tǒng)中僅僅選擇有功功率，全補(bǔ)償狀態(tài)下，無(wú)功裝置的容量和負(fù)載的感性無(wú)功變化量保持一致。
2.7.2部分補(bǔ)償。這種補(bǔ)償方式具有一定的優(yōu)點(diǎn)，體現(xiàn)在可以維護(hù)母線電壓的安全、穩(wěn)定，使其有效抵御負(fù)載的襲擊，同時(shí)在一些特殊的時(shí)間段中，如：T1～T6的時(shí)間范圍內(nèi)，QS＞0，此時(shí)會(huì)對(duì)母線電壓產(chǎn)生不良影響，造成一定程度的波動(dòng)，功率因數(shù)＜0，然而，從總體來(lái)看，平均功率因數(shù)還是處于相對(duì)高的水平。
