田源

摘 要：在配電網(wǎng)中，僅靠供電網(wǎng)注入的無功功率，遠遠不能滿足負荷對無功的要求，所以在配電網(wǎng)中，需要消耗無功功率的地方產(chǎn)生無功功率，這就是無功功率的就地補償。并聯(lián)電容器組是配電網(wǎng)中應(yīng)用最廣泛的無功補償設(shè)備，通過投切電容器組可有效調(diào)整配電網(wǎng)中的無功功率，以滿足在正常電壓水平下系統(tǒng)對無功功率的需求。

關(guān)健詞：無功補償 功率因數(shù) 無功補償?shù)挠嬎?/p>

1.前言

為減少用電網(wǎng)對供電網(wǎng)無功功率的需求，提高電力系統(tǒng)的電壓水平，減小網(wǎng)絡(luò)損耗和改善電力系統(tǒng)的動態(tài)性能，在電力系統(tǒng)中的變電所或直接在電能用戶變電所裝設(shè)無功功率電源，這種技術(shù)措施稱為無功補償。

2.功率因數(shù)與無功補償

2.1 自然功率因數(shù)

功率因數(shù)為供電網(wǎng)輸送的有功功率P與視在功率S的比值，稱為功率因數(shù)cosφ。其計算方式為：

視在功率 S2=P2+Q2

功率因數(shù) cosφ=P/S

式中S—視在功率 P—有功功率 Q—無功功率

在電力網(wǎng)的運行中，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。這樣供電線路中的無功功率可以降到最小，視在功率將大部分用來供給有功功率，從而提高電能輸送的功率。

在用電設(shè)備沒有安裝無功補償設(shè)備時的功率因數(shù)，即用電設(shè)備本身所具有的功率因數(shù)，稱為自然功率因數(shù)。

2.2 無功補償對功率因數(shù)的影響

在油氣田建設(shè)中，采用并聯(lián)電容器集中補償?shù)姆绞竭M行無功補償。在用電系統(tǒng)中，根據(jù)無功負荷，就地投切所需電容器，為用電設(shè)備提供其所需無功功率，使所需的無功功率就地平衡，這樣就使得供電網(wǎng)輸送的無功功率減少，相應(yīng)的視在功率也相應(yīng)減少。無功功率的就地平衡不僅可以在輸送有功功率不變的情況下減少供電網(wǎng)輸送的視在功率，提高功率因數(shù)及電網(wǎng)效率，還避免了無功功率長距離輸送，使無功電流在線路上造成的線損大大減少。

簡而言之，無功補償可以減少供電網(wǎng)的無功功率，提高功率因數(shù)，提高供電質(zhì)量，提高電網(wǎng)效率，減少供電損失。

3.無功補償?shù)挠嬎?/p>

無功補償?shù)娜萘咳暨^小，則不能使功率因數(shù)及供電效率達到理想效果；無功補償?shù)娜萘咳暨^大，則會造成無功功率向供電網(wǎng)倒供，使功率因數(shù)超前，造成不必要的經(jīng)濟損失。

因此，對用電網(wǎng)進行無功補償容量進行計算，合理選擇無功功率補償器的容量，具有重大的經(jīng)濟效益和社會意義。

根據(jù)查閱相關(guān)資料，無功補償?shù)娜萘坑梢韵鹿接嬎悖?/p>

Qc=Pj（tgφ1-tgφ2） （1）

式中 Pj—補償前的負荷有功功率

Qc—無功補償?shù)娜萘?，即移相電容器容?/p>

cosφ1—無功補償前的功率因數(shù)

cosφ2—無功補償后的功率因數(shù)

4.舉例分析無功補償?shù)挠嬎?/p>

無功補償在油氣田配電網(wǎng)建設(shè)中有著重要的作用，本文就寧夏石油儲備庫臨時用電及靖邊防腐廠節(jié)能改造的兩個實例，典型分析下無功補償?shù)挠嬎惴椒ā?/p>

4.1 寧夏石油儲備庫臨時用電的無功補償計算

經(jīng)過寧夏石油儲備庫施工設(shè)備的負荷計算、變壓器選型等準備工作，確定以下數(shù)據(jù)資料：

變壓器容量為630kVA，補償前功率因數(shù)為cosφ1=0.75，目標補償后功率因數(shù)為cosφ2=0.9。

即按照變壓器滿負荷運行的情況下

Pj=630kW，tgφ1=tg（arcosφ1）=0.88，tgφ2=tg（arcosφ2）= 0.48

根據(jù)計算公式，所需無功補償?shù)娜萘繛?/p>

Qc=630×（0.88-0.48）=252kvar

即容量為630kVA的變壓器滿負荷運行，若功率因數(shù)從0.75提升到0.9，即可選用255kvar的無功功率補償電容器。

4.2 靖邊防腐廠節(jié)能改造的無功補償計算

待補償?shù)淖儔浩鳛橐慌_用于中頻爐的800kVA變壓器，一臺用于照明維修的500kVA變壓器。

4.2.1 用于中頻爐的800kVA變壓器的無功補償計算

此臺變壓器的主要負載為兩臺中頻爐設(shè)備：

（1）額定功率500KW，實際運行功率200-400KW；

（2）額定功率350KW，實際運行功率150-280KW。

中頻爐的工作特性是負荷越大功率因數(shù)越高，負荷超過80%時，功率因數(shù)大約為0.80，但如果僅是滿負荷的40%，功率因數(shù)僅大約為0.45。

日常工作時中頻爐最大及最小工作負荷如下：

最大負荷是Pmax=400+280=680KW，大約占額定功率的80%，此時按功率因數(shù)cosφmax=0.80。

最小負荷是Pmin=200+150=350KW，大約占額定功率的40%，此時功率因數(shù)按cosφmin=0.45。

經(jīng)過無功補償后，目標功率因數(shù)按cosφ=0.95計算。

（1）最大負荷情況下無功補償計算

Pmax=680kW，tg（arcosφmax）=0.75，tgφ=tg（arcosφ）=0.33

因此，Qmax=680×（0.75-0.33）=286kvar

（2）最小負荷情況下無功補償計算

Pmin=350kW，tg（arcosφmin）=1.98，tgφ=tg（arcosφ）=0.33

因此，Qmin=350×（1.98-0.33）=578kvar

綜合考慮，選擇無功補償電容器的容量為550kvar，即使在最小負荷時，目標功率因數(shù)也能達到91.5%以上。

4.2.2 用于照明維修的500kVA變壓器的無功補償計算

變壓器容量為500kVA，補償前功率因數(shù)為cosφ1=0.7，目標補償后功率因數(shù)為cosφ2=0.95。

即按照變壓器滿負荷運行的情況下

Pj=500kW，tgφ1=tg（arcosφ1）=1.02，tgφ2=tg（arcosφ2）= 0.33

根據(jù)計算公式，所需無功補償?shù)娜萘繛?/p>

Qc=500×（1.02-0.33）=345kvar

即容量為630kVA的變壓器滿負荷運行，若功率因數(shù)從0.7提升到0.95，即可選用350kvar的無功功率補償電容器。

針對不同的用電負荷、不同的無功功率需求、不同的功率因數(shù)，應(yīng)根據(jù)實際情況，對其進行不同的無功補償?shù)娜萘坑嬎?，才不至于造成不必要的?jīng)濟損失。

5 結(jié)束語

本文通過對寧夏石油儲備庫臨時用電系統(tǒng)的無功補償計算及靖邊防腐廠節(jié)能改造的無功補償進行實例計算，提出了無功補償?shù)挠嬎惴椒?，并分析了無功補償容量的合理選型，指出實際工作中對于不同負荷、不同無功功率需求、不同功率因數(shù)，如何進行無功補償計算及如何合理選用無功補償容量。