２０１０年第８期 内蒙古石油４￣．ｒ－ １ｌ３ 电容补偿在配电系统中的应用 白秀虹 （内蒙古呼和浩特供电局，内蒙古呼和浩特０１００２０） 摘 要：因供电回路中电压Ｕ和电流Ｉ之间的存在相位差 ，则值为ｃｏｓ 的功率因数低对电网有重 大影响。本文对功率因数低对供电系统的影响、电容的补偿方式及计算做了详细介绍。 关键词：功率因数；感性负载；电压降；功率损耗；集中补偿；分组补偿；就地补偿；分相补偿；电容器 容量 中图分类号：ＴＭ７１４．３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６－－７９８１（２Ｏ１Ｏ）０８一Ｏ１１３一Ｏ２ １ 为什么要进行无功功率补偿 们的功率因数较低，一般在０．６－－￣０．９左右。那么功 在交流电路中，电感两端的电压和流过它的电 率因数低对供电系统有什么影响呢？ 流有９０度的相位差，是电压超前电流；流过电容器 的电流和其两端的电压也有９０度的相位差，是电压 滞后电流；电阻两端的电压和电流却是同相位的。 在电感和电阻串联的回路中，虽然电阻上的电 压Ｕ 与流过的电流Ｉ同相位，但电感上的电压Ｕ 却 超前Ｉ ９０度，总电压Ｕ应是Ｕ 和Ｕ 的矢量和，如图 １所示。 我们定义上述电路中电压Ｕ和电流Ｉ之间的相 位差角为 ，则此电路的有功功率为Ｐ＝ＵＩｃｏｓ￣，式 图１ Ｒ—Ｌ串联电路 中ｃｏｓ 为功率因数。 首先，功率因数低，电源设备的容量得不到充分 在工业生产中，大量的用电设备是感性负载，它 利用。 ＰＲ取接收端灵敏度；Ｐ 及Ｍｃ为预留值，Ｐ 是为防 参数计算及设置，这种特点使得光纤通道很容易满 止设备长期使用后光器件老化而预留的，Ｍｃ是为 足继电保护对通道所要求的技术参数。经过ＯＴＤＲ 防止将来光缆迁改或损坏、老化等因素预留的，加上 测试仪测试，光通道正常并符合上述计算值范围，联 两端的两条光纤活动连接器，Ｐ ＋Ｃ＋Ｍｃ ３项取值 接两端保护装置，开机后发端保护装置发送的信息 可为５ｄＢ。 经通道传输后到达收端，使收端保护装置所看到的 １．３．２保护通道定值 信息与发端原始发送信息完全一致。 继电保护用光纤对衰耗值要求较高，不同波长 ３结论 的光信号衰耗值不同，单模光纤的传输衰耗值最小， 光纤通道的大容量、较高的抗干扰能力，为纵联 波长１３１０ ｎｍ处是光纤的一个低损耗窗口，所以继 电流差动的应用提供了可能。随着大规模集成电路 电保护用光纤均使用单模光纤，使用１３１０ ｎｍ的波 的应用，数字式电流差动保护广泛应用开来。光纤保 长段。 护通道的频率高，频带宽，传输的信息量大，可以使 根据上述计算，光衰减定值定在一１０ｄＢ较为合 线路两端保护装置尽可能多的交换信息，从而可以 适，则实际运行光衰减值一（一１０ｄＢ）＋（一５．４２ｄＢ） 大大加强继电保护动作的正确性和可靠性。尽管目 ＝一１５．４２ｄＢ，实际值符合保护通道取值范围（一 前光纤保护在长距离和超高压输电线路上的应用还 ８ｄＢ＂－——２８ｄＢ）。 存在一定的局限性，但是从长远看，随着光纤网络的 ２系统测试 ． 逐步完善、光纤保护必将占据线路保护的主导地位。 光纤与纵联保护配合构成保护通道，经过以上 收稿日期：２Ｏ１Ｏ—Ｏ２—１５ ｌｌ４ 内蒙古石油４Ｌ．．ｖ－－ ２０１０年第８期 根据Ｐ—ＵＩｃｏｓＴ可知：负载的功率因数愈低，在保证 变压器输出电流不超过额定电流的情况下，能输出 的有功功率就越小。也就是说，有相当大的一部分功 率在电源的负载之来回传输，而这部分功率又不能 ０．９５以上，在轻负荷时能可以更高。采用就地补偿， 有如下优点：①线路电流一般可减少１Ｏ ９／６—１５ ；② 线路损耗一般可减少２ｏ％⑧可减少线路电压降，改 善受电电压质量，从而改善电动机启动和运行条件； ④可以释放系统容量。加了电容补偿后，提高了功率 因数，系统就可以提供更多的有功功率。⑤由于线路 做有用的功，所以发电机和变压器都不能被充分利 用。 其次，功率因数偏低，在线路上会产生较大原电 压降和功率损耗。在电力线路上输送的有功功率为 电流减小，输电导线截面可减小，这就节约了有色 金属，减少了线路投资。⑥可减小热保护整定、减轻 Ｐ—ＵＩｃｏｓＴ，无功功率为Ｑ＝ＵｌｓｉｎＴ＝ＵＩ１－－ｃｏｓｔ，当 开关和接触器负荷。 要求输送的有功功率一定时，ｃｏｓｔ越低，说明线路 ３分相补偿 上的无功功率越大在，因而通过线路的电流越大在。 当三相负载不对称时，采用三相统一补偿效果 而线路具有一定的电阻和感抗，电流越大，则线路上 欠佳时，可采用分相补偿，即对各相分别根据该相负 的电压降和功率损耗越大。线路压降增大，则负载上 载情况进行补偿。一般的科研单位、高等院校、机关、 的电压降低，有可能导致负载工作不正常。线路上功 宾馆和大商场等，大量使用着单相感性负载，如空 率损耗增大，就会造成电能的浪费。 调、电扇、大型照明设备、广告灯光设备等。从单个设 因此，为了使发电、变电设备的容量能得到充分 备来说，无功损失并不大，但设备数量多，整体考虑 利用，为了节约能源，为了保障用电设备的安全优质 损失就大了。在这种场合，比较适合用分相补偿的方 运行，我们需要采取有效措施，提高电力系统的功率 法。 ． 因数。 ４补偿电容的选择 目前，提高电力系统的功率因数的有效措施，就 补偿电容的选择主要取决于电动机的额定功 是在感性负载上并联电容器，进行无功功率补偿。 率。有些资料给出了多种计算方法。根据几种不同 ２无功功率补偿的方式 的方法计算出来的结果差别不大。 ２．１ 集中补偿 日本《电气计算》杂志１９８０年１１月号给出的经 集中补偿是电容器安装于企业或地方总降压变 验表达式为： 电站的６—１０ＫＶ母线上，以提高整个变电站的功率 Ｑｃ＝（Ｏ．２５—０．５）Ｐｎ 因数，使该变电站供电范围内的无功功率基本平衡。 式中Ｑｃ和Ｐｎ分别为电容器容量和电动机容 这种补偿方式可减少高压线路的无功损耗，还能提 量。该杂志还给出了一般中速电动机容量和补偿电 高变电站的供电电压质量。 容器容量对照表，如下： ２．２分组补偿 表１ 电动机容量和电容器容量对照表 分组补偿是将电容器组安装的功率因数较低的 ＰＩ】（ｋＷ）３００ ｌ８５】１０ ７５ ５０ ４Ｏ，３Ｏ ２２ 】３ １０ ７．５ 中小企业、大企业车间或村镇终端变电所的高压或 Ｑｃ（ｋＶａｒ）９６ ６ ４２ ２８ ｌ６ １４ １０ ８ ６ ４ ４ 低压线路上，这种补偿方式的优点和集中补偿相同， Ｑｃ／Ｐｎ ０．３２ ０．３５ Ｏ．３８ ０．３７ ０．３２ ０．３５ ０．３３ ０．３６ ０．４６ ０．４Ｏ ０．５３ 只是补偿容量和补偿范围较小。 美国电工电子工程学会推荐的Ｑｃ计算公式为： ２．３就地补偿 Ｑｃ一２．７（ｃｏｓ２－－ｃｏｓ１）Ｐｎ 就地补偿是将电容器安装于感性负载附近，就 例如Ｐｎ＝３０Ｋｗ，补偿前功率因数ｃｏｓＴ１：＝＝Ｏ。８５， 地进行无功补偿时功率。这种方式也称为单独补偿 要求补偿后达到ｃｏｓＴ１：０．９７，则Ｑｃ＝２．７×（Ｏ．９７ 或个别补偿。我国有关标准规定，工厂和大型民用建 —０．８５）Ｘ ３０＝９．７（ｋＶａｒ），和表一给出的数据差不 筑中容量较大的异步电动机就进行单机补偿，也就 多。 是就地补偿。另外一些比较分散的感性用电负载，也 适合就地补偿。异步电动机的功率因数低，尤其是在 ［参考文献］ 轻负荷时功率因数更低。而一般机械设备选择电动 ［１］ 劳动部培训司．工厂变配电技术．北京：中国 机功率时往往大于负荷需要，即电动机在一般情况 劳动出版社１９９３． 下并非满负荷运行，若不加以补偿，功率因数就会很 Ｆ２］王兆安，等．谐波抑制和无功功率补偿．北京： 低。另外，电动机从轻负荷到满负荷，其无功功率的 机械工业出版社１９９８． 增加不是很大，这种特性采用就地补偿特别有利。适 ［３］ＡＢＢ Ｓ．Ｐ．Ａ．ＡＢＢ ＳＡＣＥ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ编著．ＡＢＢ 当选择并联电容器的容量，可使电动机在整个负荷 （中国）有限公司译．低压配电电气设计安装 范围内的功率因数都比较高。一般满负荷时能达到 手册．机械工业出版社，２００８．