无功补偿基本知识

一、基础介绍

什么叫无功功率、功率因数？无功补偿的原理及作用又是什么呢？

• 无功功率概念

电网中电力设备大多是根据电磁感应原理工作的，它们在能量转换过程中建立交变的磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等。电源能量在通过纯电感或纯电容电路时并没有能量消耗，仅在负荷与电源之间往复交换，在三相之间流动，由于这种交换功率不对外做功，因此称为无功功率。

• 功率因数概念

实际供用电系统中的电力负荷并不是纯感性或 纯容性的，是既有电感或电容、又有电阻的负载。

这种负载的电压和电流的相量之间存在着一定的相位差，相位角的余弦cosφ称为功率因数。它是有功功率与视在功率之比。

三相功率因数的计算公式为：

式中：

cosφ—功率因数

P—有功功率，kW

Q—无功功率，kvar

S—视在功率，kVA

• 无功补偿的原理

由式cosφ=P/S可知，在一定的有功功率下，功率因数cosφ 越小，所需的无功功率越大。为满足用电的要求，供电线路和变压器的容量就需要增加。这样，不仅要增加供电投资、降低设备利用率，也将增加线路损耗。为了提高电网的经济运行效率，根据电网中的无功类型，人为的补偿容性无功或感性无功来抵消线路的无功功率。

• 无功补偿的作用

1 、提高电压质量。

把线路中电流分为有功电流Ia 和无功电流Ir, 则线路中的电压损失：

提高功率因数后可减少线路上传输的无功功率Q,若保持有功功率不变，而R、X1均为定值，无功功率Q越小，电压损失越小，从而提高了电压质量。

式中：

P—有功功率，kW

Q—无功功率，kvar

U—额定电压，kV

R—线路总电阻，Ω

X1一线路感抗， Ω

2、 提高变压器的利用率，减少投资。

功率因数由cosφ1提高到cosφ2提高变压器利用率为△S%，可以带更多的负荷，减少了输变电设备的投资。

3、提高电力网传输能力。

有功功率与视在功率的关系式为：P=Scosφ。可见，在传输一定有功功 率的条件下，功率因数越高，需要电网传输的功率越小。

二、装置介绍

• 无功补偿装置分类

无功补偿有很多种类：从补偿的范围划 分可以分为负荷补偿与线路补偿，从补偿的 性质划分可以分为感性补偿与容性补偿。如 按并联容性补偿的方法可以分为：同步调相 机、并联电容器、SVC以及SVG。

• 并联电容器

并联电容器是目前主要的无功补偿方法。其主要特点是价格低， 效率高，运行成本低，在保护完善的情况下可靠性也很高。并联电容器 的补偿作用有：

1 、降低总电流。

I₁=IR+jI

I₂=I₁+Ic=IR+j(I-Ic)

2 、提高功率因数。

并联电容器补偿向量图

• SVG

SVG是一种使用IGBT全控型高速电力电子器件作为开关控制电流的装置。该装置主要用来补偿电网中频繁波动的无功功率，抑制电网闪变和谐波，提高电网的功率因数，改善配电网的供电质量和使用效率，进而降低网络损耗，有利于延长输电线路的使用寿命。

三、合理投切

• 无功补偿装置的容量选择

例题：已知系统电压Ui,负荷节点j的功率Pj+jQj,线路和变压器阻抗，变压器变比，要求通过补偿设备的容量QC调节，使负荷点的电压满足调压目标要求U'jc=U'jcd

解：等值电路如下

近似计算不考虑电压降落的横分量

• 电压无功自动控制系统AVC

电压无功自动控制系统的整定原则：在保证无 功就地平衡和变压器二次侧电压在允许范围内的前 提下，严格按照中调分接头调节的规定进行整定，并具有闭锁手段；主变有载调压开关、电容器或并 联电抗器开关自动投切次数不能过于频繁；应有相 关的闭锁功能，避免从系统大量吸收无功负荷。

四、注意事项

1、应避免并联电容器与并联电抗器同时投入；

2、应避免在5分钟内分合电容器；

3、调整主变分接头时，应避免短时间内连续调档，防止主变抽头跳空开；

4、手动投切电容器后或调整主变分接头后应及时复归AVC。