鞍山博旭電力技術有限公司

淺談無功補償及功率因數的方法和意義

發表時間:2021-11-15 訪問量:13192

      無功是指長期使用兩相(照明和使用電焊機)而造成偏壓,即其中的一相或兩相進線不做功或少做功。無功過高或過低時,會造成高壓進線電流偏壓、線路過熱、電熔絲熔斷導致缺相,致使運轉的用電機具缺相而損壞。無功過高或過低要被罰款是電力部門控制用戶要正確用電的一種手段!

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靜止無功發生器  有源電力濾波器  低壓動態無功補償裝置  高壓靜止型無功補償裝置

    通常的補救做法是在配電室內加安一組或數組功率補償柜,在使用一相和兩相電時(通常是在使用多臺電焊機時),測電流調換電源接頭使之均勻輸出電壓。

    有功功率是用到電設備正常運行所需的電功率,無功功率決不是無用功率,它的用處很大。電動機需要建立和維持旋轉磁場,使轉子轉動,從而帶動機械運動,電動機的轉子磁場就是靠從電源取得無功功率建立的。變壓器也同樣需要無功功率,才能使變壓器的一次線圈產生磁場,在二次線圈感應為電壓                                         為什么功率就要被罰設備:功率為100個單位,也就是說,有100個單位的功率輸送到設備中。然而,因大部分電器系統存在固有的無功損耗,你只能使用70個單位的功率。很不幸,雖然僅僅使用70個單位,卻要付100個單位的費用。在這個例子中,功率因數是0.7 (如果大部分設備的功率因數小于0.9時,將被罰款),這種無功損耗主要存在于電機設備中(又叫感性負載。功率因數是馬達效能的計量標準。

本文闡述了提高功率因數的方法和意義,以及提高自然功率因數和人工補償兩方面改善功率因數的辦法。

  一、概述
  在供用電系統中除了有功電源還有無功電源,兩者缺一不可,感性負載過多時,其功率因數都較低,影響了線路及配電變壓器的經濟運行,就必須通過合理配置無功功率補償設備,以提高系統的功率因數,從而達到節約電能,降低損耗的目的。


  1功率因數與無功功率的關系
  電壓與電流之間的相位差(φ)的余弦叫做功率因數,用符號cosφ表示,在數值上,功率因數是有功功率和視在功率的比值,即cosφ=P/S。
  P2+Q2=S2
  在電力網的運行中,功率因數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越大越好。這樣電路中的無功功率可以降到最小。
 

 2輸配電線路的有功功率損耗與功率因數的關系
  由于導線存在著電阻,電流通過線路時,線路自身產生有功功率損耗,其有功功率損耗又與電流平方成正比。所以,線路在輸送一定的有功功率時,線路自身產生的有功功率損耗與功率因數的平方成反比,提高功率因數就能降低線路的有功功率損耗。


  3變壓器的銅損耗與功率因數的關系
  變壓器在運行中,輸出一定的有功功率時,其銅損耗與變壓器所帶負荷視在功率的平方成正比,而視在功率又與變壓器的功率因數成反比,所以,提高功率因數就能使變壓器的銅損耗下降。
  

4變壓器所需容量與功率因數的關系
  由于變壓器在輸出一定有功功率時,其視在功率與變壓器的功率因數成反比,所以當變壓器輸出一定有功功率時,功率因數提高就能減少變壓器的需要容量,從而提高變壓器的供電能力。
  

二、提高功率因數
  一影響功率因數的主要因素
  1大量的電感性設備,如異步電動機、感應電爐等設備是無功功率的主要消耗者。在工礦企業所消耗的全部無功功率中,異步電動機的無功功耗占了60%~70%;而在異步電動機空載時所消耗的無功又占到電動機總無功消耗的60%~70%。所以要改善異步電動機的功率因數就要防止電動機的空載運行并盡可能的提高負載率。
  2變壓器消耗的無功功率一般約為其額定容量的10%~15%,它的空載無功功率約為滿載時的1/3.因而,為了改善電力系統和企業的功率因數,變壓器不應空載運行或長期處于低負載運行狀態。
  3供電電壓超過規定范圍也會對功率因數造成很大的影響。當供電電壓高于額定值的10%時,由于磁路飽和的影響,無功功率將增長得很快,供電電壓為額定值的110%時,一般無功將增加35%左右。當供電電壓低于額定值時,無功功率也相應減少而使它們的功率因數有所提高。但供電電壓降低會影響電氣設備的正常工作。
  二無功補償的一般方式
  1采取適當措施,設法提高系統自然功率因數
  提高自然功率因數是不需要任何補償設備投資,僅采取各種管理上或技術上的手段來減少各種用電設備所消耗的無功功率,這是一種最經濟的提高功率因數的方法:
  1) 合理選擇電動機的容量,使其接近滿負荷運轉。
  2) 對實際負荷不超過額定容量40%的電動機,應更換為小容量電動機。
  3) 合理安排和調整工藝流程,改善用電設備的運轉方式,應限制感應電動機空負荷運轉。
  4) 正確選擇變壓器,提高變壓器的負荷率(一般為75%~80%較為合適)。對于負荷率低于30%的變壓器,應予以更換。
  5) 對于負荷率在60%~90%的繞線轉子異步電動機,必要時可以使其同步化,此時電動機可以向電力系統輸出無功功率。
  2人工補償功率因數
  用戶功率因數僅靠提高自然功率因數一般是不能滿足要求的,因此,還必須進行人工補償,無功補償通過采用的方法主要有3種:低壓個別補償、低壓集中補償、高壓集中補償。
  1) 低壓個別補償
  低壓個別補償就是根據個別用電設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備并接,它與用電設備共用一套斷路器。通過控制、保護裝置與電機同時投切。隨機補償適用于補償個別大容量且連續運行(如大中型異步電動機)的無功消耗,以補勵磁無功為主。低壓個別補償的優點是:用電設備運行時,無功補償投入,用電設備停運時,補償設備也推出,因此不會造成無功倒送。具有投資少、占位小,安裝容易、配置方便靈活、維護簡單、事故率低等優點。
  2) 低壓集中補償
  低壓集中補償是指將低壓電容器通過低壓開關接在配電變壓器低壓母線側,以無功補償投切裝置作為控制保護裝置,根據低壓母線上的無功負荷而直接控制電容器的投切。電容器的投切是整組進行,做不到平滑的調節。低壓補償的優點:接線簡單、運行維護工作量小,使無功就地平衡,從而提高配變利用率。
  3) 高壓集中補償
  高壓集中補償是指將并聯電容器組直接裝在變電所的6~10kV高壓母線上的補償方式。適用于用戶遠離變電所或在供電線路的末端,用戶本身又有一定的補償作用;補償裝置根據負荷的大小自動投切,從而合理地提高了用戶的功率因數,避免功率因數降低導致電費的增加。
  3無功電源
  電力系統的無功電源除了同步電機外,還有靜電電容器、靜止無功補償器以及靜止無功發生器,除電容器外,其余幾種既能吸收容性無功又能吸收感性無功。
  1) 同步電機
  同步電機中有發電機,電動機和調相機3種。同步發電機是的有功電源,同時又是最基本的無功電源,以滯后功率因數運行為主,向系統提供無功,但必要時,也可以減小勵磁電流,使功率因數超前,即所謂的“進相運行”,以吸收系統多余的無功。同步調相機是空載運行的同步電機,優點是能在欠勵或過勵的情況下向系統吸收或供出無功,裝有自勵裝置的同步電機能根據電壓平滑地調節輸入或輸出的無功功率。但他有功損耗大、運行維護復雜、影響速度慢、進來已逐漸退出電網運行。
  2) 并聯電容器
  并聯電容器補償是目前使用最廣泛的一種無功電源,由于通過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,并聯電容器本身功耗很小,裝設靈活,節省投資;由它向系統提供無功可以改善功率因數,減少由發電機提供的無功功率。
  3) 靜止無功補償器
  靜止無功補償器是由晶閘管所控制投切電抗器和電容器組成,由于晶閘管對于控制信號反應極為迅速,而且通斷次數也可以不受控制。當電壓變化靜止補償器能快速、平滑地調節,以滿足動態無功補償的需要,同時還能做到分相補償;對于三相不平衡負荷及沖擊負荷有效較強的適應性;但由于晶閘管控制對電抗器的投切過程中會產生高次諧波,為此需加專門的濾波器。
  4) 靜止無功發生器
  它的主體是一個電壓源型逆變器,由可關晶閘管適當的通斷,將電容上的直流電壓轉換成為與電力系統電壓同步的三相交流電壓,再通過電抗器和變壓器并聯接入電網。適當控制逆變器的輸出電壓,就可以靈活地改變其運行工況,使其處于容性、感性或零負荷狀態。于靜止無功補償器相比,發生器相應速度更快,諧波電流更少,而且在系統電壓較低時仍能向系統注入較大的無功?!?/span>

 三、結束語
  綜上所述,提高功率因數對的能源利用、企業的經濟效益起到促進作用, 是保證電力系統電能質量、電壓質量、降低網絡損耗以及安全運行所不可缺少的條件,應根據不同情況采取相應措施來提高功率因數,降低無功損耗,從而提高經濟效益。


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