低压配电系统无功补偿柜设计
摘要：无功功率补偿将降低供电系统的功率损耗和电能损耗，减少变压器和线路中的电压损失和提高供电设备利用率。本文通过本单位低压配电系统无功补偿柜的设计过程，阐述了低压配电系统无功补偿方式选择及无功补偿容量的确定。
关键词：无功功率； 功率因数； 补偿；
0. 前言
我公司变电所低压配电系统无功补偿柜因多年来年久失修、疏于管理，已多年没有正常投入使用，并且已有部分电力电容器损坏遗失。为了加强电力管理，公司决定重新配制低压配电系统无功功率补偿柜，以提高系统的功率因数,增加系统出力,降低网络损耗,改善电能质量。下面我将此次无功补偿柜配制过程中学到的无功补偿的原理、作用，补偿的方式选择及无功补偿的电力电容容量确定等相关知识同大家分享。
1. 无功补偿的基本原理
电力系统中，电动机及其它有线圈的设备用的很多，这类设备除从线路中取得一部分电流做功外，还要从线路上消耗一部分不做功的电感电流，这就使得线路上的电流要额外的加大一些，功率因数就是用来衡量这一部分不做功的电流的，当电感电流为0时，功率因数等于1，当电感电流所占比例逐渐增大时，功率因数逐渐下降，显然，功率因数越低，线路额外负担越大，发电机、电力变压器及配电装置的额外负担也较大，这除了降低线路及电力设备的利用率外，还会增加线路上的功率损耗，增大电压损失，降低供电质量。为此，应当提高功率因数。提高功率因数最方便的方法就是并联电容器，产生电容电流抵消电感电流，将不做功的所谓无功电流减小到一定范围以内。无功电源同有功电源一样，是保证电能质量不可缺少的部分，在电力系统中应保持无功平衡，否则，将会使系统电压降低，设备损坏，功率因数下降，严重时，会引起电压崩溃，系统解裂，造成大面积停电事故，因此，解决电网无功容量不足，增装无功补偿设备，提高网络的功率因数，对电网降损节电，安全可靠运行有着极为重要的意义。
2. 提高功率因数的办法
提高功率因数的方法常用的是补偿法,低压配电系统中常用并联电力电容器的办法来补偿用电设备需要的无功功率,这就称为电容无功补偿法。在感性负载上并联电容器可用电容器的无功功率来补偿感性负载的无功功率，从而减少甚至消除感性负载于电源之间原有的能量交换。在交流电路中，纯电阻电路，负载中的电流与电压同相位，纯电感负载中的电流滞后于电压90º，而纯电容的电流则超前于电压90º，电容中的电流与电感中的电流相差180º，能相互抵消。电力系统中的负载大部分是感性的，因此总电流将滞后电压一个角度，如图1所示，将并联电容器与负载并联，则电容器的电流将抵消一部分电感电流，从而使总电流减小，功率因数将提高。
3. 提高功率因数的实际意义
3.1 对于电力系统中的供电部分，提供电能的发电机是按要求的额定电压和额定电流设计的，发电机长期运行中，电压和电流都不能超过额定值，否则会缩短其使用寿命，甚至损坏发电机。由于发电机是通过额定电流与额定电压之积定额的，这意味着当其接入负载为电阻时，理论上发电机得到完全的利用，因为P=U*I*cosØ中的cosØ=1；但是当负载为感性或容性时，cosØ﹤1,发电机就得不到充分利用。为了最大程度利用发电机的容量，就必须提高其功率因数。
3.2 对于电力系统中的输电部分，输电线上的损耗：Pl=RI*I，负载吸收的平均功率：P.=V*I*cosØ ，因为I=P./V/ cosØ，所以Pl=R*P./V/cosØ（V是负载端电压的有效值）。由以上式中可以看出，在V和P都不变的情况下，提高功率因数cosØ会降低输电线上的功率损耗。
3.3在实际中，提高功率因数意味着：
3.3.1提高用电质量，改善设备运行条件，可保证设备在正常条件下工作，这就有利于安全生产。
3.3.2可节约电能，降低生产成本，减少企业的电费开支。
3.3.3 能提高企业用电设备的利用率，充分发挥企业的设备潜力。
3.3.4可减少线路的功率损失，提高电网输电效率。因发电机的发电容量的限定，故提高cosØ也就使发电机能多出有功功率。
4. 无功补偿方式的选择
4.1 个别补偿：
即在用电设备附近按其本身无功功率的需要量装设电容器组，与用电设备同时投入运行和断开，也就是再实际中将电容器直接接在用电设备附近。
4.2分组补偿：
即将电容器组分组安装在车间配电室或变电所各分路出线上，它可与工厂部分负荷的变动同时投入或切除，也就是再实际中将电容器分别安装在各车间配电盘的母线上。
4.3集中补偿：
即把电容器组集中安装在变电所的一次或二次侧的母线上。在实际中会将电容器接在变电所的高压或低压母线上，电容器组的容量按配电所的总无功负荷来选择。
对于低压配电系统中的无功补偿,通常采用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。我公司焦化厂即采用这种无功补偿方式，在配电变压器的低压侧利用无功功率自动补偿控制器,随着负荷的变化,根据测得的功率因数自动地投入或切除电容器的部分或全部容量。
5. 无功补偿电力电容容量的确定
这里只介绍在配电变压器低压侧多负荷补偿容量的补偿方式，因为我公司采用了这种无功补偿方式，其它的不再介绍。多负荷补偿容量的选择是根据补偿前后的功率因数来确定。
5.1 对已生产企业欲提高功率因数，其补偿容量Qc按下式选择：
Qe=KmKj(tgφ1-tgφ2)/Tm
式中：Km为最大负荷月时有功功率消耗量，由有功电能表读得；Kj为补偿容量计算系数，可取0.8～0.9；Tm为企业的月工作小时数；tgφ1为补偿前的功率因数正切值，tgφ2为补偿后的功率因数正切值，tgφ1由有功和无功电能表读数求得。
5.2 对处于设计阶段的企业，无功补偿容量Qc按下式选择：
Qc=KnPn(tgφ1-tgφ2)
式中：Kn为年平均有功负荷系数，一般取0.7～0.75；Pn为企业有功功率之和；tgφ1、tgφ2意义同前。tgφ1可根据企业负荷性质查手册近似取值，也可用加权平均功率因数求得cosφ1。
多负荷的集中补偿电容器安装简单，运行可靠、利用率较高。但电气设备不连续运转或轻负荷运行时，会造成过补偿，使运行电压抬高，电压质量变坏。因此这种方法选择的容量，对于低压来说最好采用电容器组自动控制补偿，即根据负荷大小自动投入无功补偿容量的多少，对高压来说应考虑采取防过补偿措施。
6. 结语
本文对无功补偿的作用，无功补偿的方式选择和无功补偿容量的确定作了探讨。在实际应用中，要根据当地电网的情况及用户的需要，具体问题具体分析,使无功补偿获得良好的经济效益。
参考文献
[1] 勒龙章、丁毓山.，电网无功补偿实用技术1997。
[2] 戴晓亮.，无功补偿技术在配电网中的应用 1999。
