電網(wǎng)中的電力負(fù)荷如電動機、變壓器等，大部分屬于感性負(fù)荷，在運行過程中需向這些設(shè)備提供相應(yīng)的無功功率。在電網(wǎng)中安裝并聯(lián)電容器等無功補償設(shè)備以后，可以提供感性電抗所消耗的無功功率，減少了電網(wǎng)電源向感性負(fù)荷提供、由線路輸送的無功功率，由于減少了無功功率在電網(wǎng)中的流動，因此可以降低線路和變壓器因輸送無功功率造成的電能損耗，這就是無功補償。無功補償可以提高功率因數(shù)，是一項投資少，收效快的降損節(jié)能措施。 

 

    電網(wǎng)中常用的無功補償方式包括：①集中補償：在高低壓配電線路中安裝并聯(lián)電容器組；②分組補償：在配電變壓器低壓側(cè)和用戶車間配電屏安裝并聯(lián)補償電容器；③單臺電動機就地補償：在單臺電動機處安裝并聯(lián)電容器等。

 

    加裝無功補償設(shè)備，不僅可使功率消耗減小，功率因數(shù)提高，還可以充分挖掘設(shè)備輸送功率的潛力。 

 

    確定無功補償容量時，應(yīng)注意以下兩點：①在輕負(fù)荷時要避免過補償，倒送無功造成功率損耗增加，也是不經(jīng)濟的。②功率因數(shù)越高，每千乏補償容量減少損耗的作用將變小，通常情況下，將功率因數(shù)提高到0.95就是合理補償。


無功補償具有顯著優(yōu)點：

    ◎改善電能質(zhì)量

 

    電網(wǎng)中無功補償設(shè)備的合理配置，與電網(wǎng)的供電電壓質(zhì)量關(guān)系十分密切。合理安裝補償設(shè)備可以改善電壓質(zhì)量。 

 

負(fù)荷(P+JQ)電壓損失ΔU簡化計算如下：

ΔU=(PR+QX)/U(1) 

 

式中　U-線路額定電壓，kV 

P-輸送的有功功率，kW 

Q-輸送的無功功率，kvar 

R-線路電阻，Ω 

X-線路電抗，Ω 

 

安裝補償設(shè)備容量Qc后，線路電壓降為ΔU1，計算如下：

ΔU1=[PR＋(Q－Qc)X]/U(2) 

 

很明顯，ΔU1＜ΔU，即安裝補償電容后電壓損失減小了。由式(1)、(2)可得出接入無功補償容量Qc后電壓升高計算如下： 

ΔU-ΔU1=QcX/U(3) 

 

由于越靠近線路末端，線路的電抗X越大，因此從(3)式可以看出，越靠近線路末端裝設(shè)無功補償裝置效果越好。 

 

◎降低電能損耗 

 

安裝無功補償主要是為了降損節(jié)能，如輸送的有功P為定值，加裝無功補償設(shè)備后功率因數(shù) 

 

由cosφ提高到cosφ1，因為P＝UIcosφ，負(fù)荷電流I與cosφ成反比，又由于P＝I2R，線路的有功損失與電流I的平方成正比。當(dāng)cosφ升高，負(fù)荷電流I降低，即電流I降低，線路有功損耗就成倍降低。反之當(dāng)負(fù)荷的功率因數(shù)從1降低到cosφ時，電網(wǎng)元件中功率損耗將增加的百分?jǐn)?shù)為ΔPL%，計算如下： 

 

ΔPL%＝(1/cos2φ-1)·100%(4) 

 

功率因數(shù)降低與功率損耗增加的百分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系如表1。

 

表1 

功率因數(shù)從1降低到左列數(shù)值	0.95	0.9	0.85	0.8	0.75	0.7	0.65
電網(wǎng)元件中有功損耗增加百分?jǐn)?shù)△PL%	11	23	38	56	78	104	136

功率因數(shù)提高對降低有功功率損耗的影響見表2。
表2

功率因數(shù)由右列數(shù)值提高到0.95	0.6	0.65	0.7	0.75	0.8	0.85	0.9
可變有功功率損耗降低的百分?jǐn)?shù)	60	53	46	38	29	20	10

◎挖掘發(fā)供電設(shè)備潛力 

 

(1)　在設(shè)備容量不變的條件下，由于提高了功率因數(shù)可以少送無功功率，因此可以多送有功功率?？啥嗨偷挠泄β师計算如下： 

ΔP=P1-P=S(cosφ1-cosφ)(5) 

 

(2)　如需要的有功不變，則由于需要的無功減少，因此所需要的配變?nèi)萘恳蚕鄳?yīng)地減少ΔS計算如下： 

ΔS＝S-S1＝P(1/cosφ-1/cosφ1)(6) 

 

可以減少供電設(shè)備容量占原容量的百分比為ΔS/S計算如下：

ΔS/S=(cosφ1-cosφ)/cosφ1=(1-cosφ/cosφ1) (7) 

 

(3)　安裝無功補償設(shè)備，可使發(fā)電機多發(fā)有功功率。系統(tǒng)采取無功補償后，使無功負(fù)荷降低，發(fā)電機就可少發(fā)無功，多發(fā)有功，充分達到銘牌出力。 

 

◎減少用戶電費支出 

 

(1)　可以避免因功率因數(shù)低于規(guī)定值而受罰。 

 

(2)　可以減少用戶內(nèi)部因傳輸和分配無功功率造成的有功功率損耗，因而相應(yīng)可以減少電費的支出。 

 

就三種補償方式而言，無功就地補償克服了集中補償和分組補償?shù)娜秉c，是一種較為完善的補償方式：

 

(1)　因電容器與電動機直接并聯(lián)，同時投入或停用，可使無功不倒流，保證用戶功率因數(shù)始終處于滯后狀態(tài)，既有利于用戶，也有利于電網(wǎng)。

 

(2)　有利于降低電動機起動電流，減少接觸器的火花，提高控制電器工作的可靠性，延長電動機與控制設(shè)備的使用壽命。

 

無功就地補償容量可以根據(jù)以下經(jīng)驗公式確定：

Q≤   U I0

式中：Q——無功補償容量(kvar)

U——電動機的額定電壓(V) 

I0——電動機空載電流(A) 

 

但是無功就地補償也有其缺點：

 

(1)不能全面取代高壓集中補償和低壓分組補償： 

 

眾所周知，無功補償按其安裝位置和接線方法可分為：高壓集中補償、低壓分組補償和低壓就地補償。其中就地補償區(qū)域最大，效果也好。但它總的電容器安裝容量比其它兩種方式要大，電容器利用率也低。高壓集中補償和低壓分組補償?shù)碾娙萜魅萘肯鄬^小，利用率也高，且能補償變壓器自身的無功損耗。為此，這三種補償方式各有應(yīng)用范圍，應(yīng)結(jié)合實際確定使用場合，各司其職。 

 

(2)大容量電力電子裝置，就地補償不恰當(dāng)： 

 

隨著大型電力電子裝置的廣泛應(yīng)用，尤其是采用大容量晶閘管電源供電后，致使電網(wǎng)波形畸變，諧波分量增大，功率因數(shù)降低。更由于此類負(fù)載經(jīng)常是快速變化，諧波次數(shù)增高，危及供電質(zhì)量，對通訊設(shè)備影響也很大，所以此類負(fù)載采用就地補償是不安全，不恰當(dāng)?shù)摹?nbsp;

 

因為：①電力電子裝置會產(chǎn)生高次諧波，在負(fù)載電感上有部分被抑制。但當(dāng)負(fù)載并聯(lián)電容器后，高次諧波可順利通過電容器，這就等效地增加了供電網(wǎng)絡(luò)中的諧波成分。②由于諧波電流的存在，會增加電容器的負(fù)擔(dān)，容易造成電容器的過流、過熱，甚至損壞。③電力電子裝置供電的負(fù)載如電弧爐、軋鋼機等具有沖擊性無功負(fù)載，這要求無功補償?shù)捻憫?yīng)速度要快，但并聯(lián)電容器的補償方法是難以奏效。 

 

(3)電動機起動頻繁或經(jīng)常正反轉(zhuǎn)的場合，不宜采用就地補償： 

 

異步電動機直接起動時，起動電流約為額定電流的4～7倍，即使采用降壓起動措施，其起動電流也是額定電流的2～3倍。因此在電動機起動瞬間，與電動機并聯(lián)的電容器勢必流過浪涌沖擊電流，這對頻繁起動的場合，不僅增加線損，而且引起電容器過熱，降低使用壽命。 

 

此外，對具有正反轉(zhuǎn)起動的場合，應(yīng)把補償電容器接到接觸器觸頭電源進線側(cè)，這雖能使電容隨電動機的運行而投入。但當(dāng)接觸器剛斷開時，電容器會向電動機繞組放電，引起電動機自激產(chǎn)生高電壓，這也有不妥之處。若將補償電容器接于電源側(cè)，當(dāng)電動機停運時，電網(wǎng)仍向電容器供給電流，造成電容器負(fù)擔(dān)加重，產(chǎn)生不必要的損耗。 

 

為此，對無功補償功率較大的電容器，如需接在電源進線側(cè)，則應(yīng)對電容器另加控制開關(guān)，在電動機停運時予以切除。 

 

(4)就地補償?shù)碾娙萜鞑灰瞬捎闷胀娏﹄娙萜鳎?nbsp;

 

推廣就地補償技術(shù)時，不宜直接使用普通油浸紙質(zhì)電力電容器，因為其自愈功能很差，使用中可能產(chǎn)生永久性擊穿，甚至引起爆炸，危及人身安全。 

 

電動機并聯(lián)電容器的就地補償，當(dāng)電動機停運時，電容器會向繞組放電，放電電流會引起電動機自激產(chǎn)生高電壓。為保證電動機停運時，電容器能可靠放電，應(yīng)設(shè)有放電電路，而普通電力電容器不具備放電電路。同時其體積大，重量重，安裝使用不方便，所以不宜采用。 

 

 　　為此，就地補償應(yīng)使用金屬化聚丙烯干式電力電容器，或?qū)Ｓ镁偷匮a償裝置。