无功补偿对低压电网功率因数 ...

为什么要无功补偿，低压无功补偿柜是怎么自动工作的？~

1、要了解无功补偿，必须先了解功率因数。
功率因数，是用来衡量用电设备（包括：广义的用电设备，如：电网的变压器、传输线路，等等）的用电效率的数据。
功率因数的定义公式：功率因数＝有功功率/视在功率。
有功功率，是设备消耗了的，转换为其他能量的功率。
无功功率，是维持设备运转，但是并不消耗的能量。他存在于电网与设备之间，是电网和设备不可缺少的能量部分。但是无功功率如果被设备占用过多，就造成电网效率低下，使得线损高浪费严重为了减少电网的无功传送，电业局就要求用户在用电端，给自身设备提供无功功率，这种提供无功功率的行为，就是无功补偿。提供无功功率的补偿设备，称之为：无功补偿装置。
2、至于如何实现自动工作是在补偿装置一般装有自动控制器，通过采集用户电流电压作为计算数据，根据功率因数或无功功率发出投切信号给投切开关实现自动工作。还有一些基本保护功能。
无功功率补偿简称无功补偿，在电力供电系统中起提高电网的功率因数的作用，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。合理的选择补偿装置，可以做到最大限度的减少电网的损耗，使电网质量提高。反之，如选择或使用不当，可能造成供电系统，电压波动，谐波增大等诸多因素。

呵呵 在我们公司从事无功补偿设备研发、生产、销售的29年里，常常有新手向我们提类似的问题。这样：按照国家的规定，只要低压用户的功率因数超过0.90，就算合格，不会罚款。不过要注意，这里的0.90，是供电公司按照整月的用电数据计算出来的，不是补偿柜上显示的，如果你自己要看数据，一定要看供电公司的电表的数据才行。
对于功率因数高于0.90，国家规定是有奖励的，只是奖励微乎其微，一般人也就不会在意了。所以，0.90与0.95的区别，就是0.95有几块水果糖的奖励。
供电公司执行的文件和做法是这样：1、供电公司是依照：原水利电力部、国家物价局文件（83）水电财字第215号文件 1983年12月2日颁布的《功率因数调整电费办法》，这个文件来来考核用户的功率因数。2、供电公司依据电表的数据，计算出用户月均功率因数，查上述文件的数据，就得出一个“功率因数调节系数”。附图是文件的附表之一，总共有三个表。

3、以用户的有功用电量为基数，乘上述系数，就得出“功率因数调节费”，也就是我们所说的无功罚款。你可以上网找到这个文件全文。上面有详细的解释。更多关于无功补偿、功率因数等等问题的资料可到这里来查找和讨论：https://zhidao.baidu.com/uteam/view?teamId=36954

无功补偿，就其概念而言早为人所知，它就是借助于无功补偿设备提供必要的无功功率，以提高系统的功率因数，降低能耗，改善电网电压质量。无功补偿的合理配置原则,从电力网无功功率消耗的基本状况可以看出，各级网络和输配电设备都要消耗一定数量的无功功率，尤以低压配电网所占比重最大。为了最大限度地减少无功功率的传输损耗，提高输配电设备的效率，无功补偿设备的配置，应按照“分级补偿，就地平衡”的原则，合理布局。

(1 ) 总体平衡与局部平衡相结合，以局部为主。
(2) 电力部门补偿与用户补偿相结合。
在配电网络中，用户消耗的无功功率约占50%～60%，其余的无功功率消耗在配电网中。因此，为了减少无功功率在网络中的输送，要尽可能地实现就地补偿，就地平衡，所以必须由电力部门和用户共同进行补偿。

(3) 分散补偿与集中补偿相结合，以分散为主。
集中补偿，是在变电所集中装设较大容量的补偿电容器。分散补偿，指在配电网络中分散的负荷区，如配电线路，配电变压器和用户的用电设备等进行的无功补偿。集中补偿，主要是补偿主变压器本身的无功损耗，以及减少变电所以上输电线路的无功电力，从而降低供电网络的无功损耗。但不能降低配电网络的无功损耗。因为用户需要的无功通过变电所以下的配电线路向负荷端输送。所以为了有效地降低线损，必须做到无功功率在哪里发生，就应在哪里补偿。所以，中、低压配电网应以分散补偿为主。

(4) 降损与调压相结合，以降损为主。
2、影响功率因数的主要因素
功率因数的产生主要是因为交流用电设备在其工作过程中，除消耗有功功率外，还需要无功功率。当有功功率P一定时，如减少无功功率Q，则功率因数便能够提高。在极端情况下，当Q=0时，则其力率=1。因此提高功率因数问题的实质就是减少用电设备的无功功率需要量。

2. 1、异步电动机和电力变压器是耗用无功功率的主要设备
异步电动机的定子与转子间的气隙是决定异步电动机需要较多无功的主要因素。而异步电动机所耗用的无功功率是由其空载时的无功功率和一定负载下无功功率增加值两部分所组成。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。变压器消耗无功的主要成份是它的空载无功功率，它和负载率的大小无关。因而，为了改善电力系统和企业的功率因数，变压器不应空载运行或长其处于低负载运行状态。

2. 2、 供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响
当供电电压高于额定值的10%时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，据有关资料统计，当供电电压为额定值的110%时，一般工厂的无功将增加35%左右。当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。所以，应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。

2 .3、电网频率的波动也会对异步电机和变压器的磁化无功功率造成一定的影响
2 .4、以上论述了影响电力系统功率因数的一些主要因素，因此必须要寻求一些行之有效的、能够使低压电力网功率因数提高的一些实用方法，使低压网能够实现无功的就地平衡，达到降损节能的效果。

3、 低压配电网无功补偿的方法
提高功率因数的主要方法是采用低压无功补偿技术，我们通常采用的方法主要有三种：随机补偿、随器补偿、跟踪补偿。

3. 1、随机补偿
随机补偿就是将低压电容器组与电动机并接，通过控制、保护装置与电机，同时投切。随机补偿适用于补偿电动机的无功消耗，以补励磁无功为主，此种方式可较好地限制用电单位无功负荷。
随机补偿的优点是：用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停运时，补偿设备也退出，而且不需频繁调整补偿容量。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活，维护简单、事故率低等。

3. 2、随器补偿
随器补偿是指将低压电容器通过低压保险接在配电变压器二次侧，以补偿配电变压器空载无功的补偿方式。配变在轻载或空载时的无功负荷主要是变压器的空载励磁无功，配变空载无功是用电单位无功负荷的主要部分，对于轻负载的配变而言，这部分损耗占供电量的比例很大，从而导致电费单价的增加。
随器补偿的优点：接线简单、维护管理方便、能有效地补偿配变空载无功，限制农网无功基荷，使该部分无功就地平衡，从而提高配变利用率，降低无功网损，具有较高的经济性，是目前补偿无功最有效的手段之一。

3. 3、 跟踪补偿
跟踪补偿是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置，将低压电容器组补偿在大用户0.4kv母线上的补偿方式。适用于100kVA以上的专用配变用户，可以替代随机、随器两种补偿方式，补偿效果好。
跟踪补偿的优点是运行方式灵活，运行维护工作量小，比前两种补偿方式寿命相对延长、运行更可靠。但缺点是控制保护装置复杂、首期投资相对较大。但当这三种补偿方式的经济性接近时，应优先选用跟踪补偿方式。

4、无功功率补偿容量的选择方法
无功补偿容量以提高功率因数为主要目的时，补偿容量的选择分两大类讨论，即单负荷就地补偿容量的选择（主要指电动机）和多负荷补偿容量的选择（指集中和局部分组补偿）。

4. 1、单负荷就地补偿容量的选择的几种方法
（1）、美国资料推荐：Qc=(1/3)Pe [额定容量的1/3]
（ 2）、日本方法：从电气计算日文杂志中查到：1/4~1/2容量计算
考虑负载率及极对数等因素，按式（5）选取的补偿容量，在任何负载情况下都不会出现过补偿，而且功率因数可以补偿到0.90以上。此法在节能技术上广泛应用，对一般情况都可行，特别适用于Io/Ie比值较高的电动机和负载率较低的电动机。但是对于Io/Ie较低的电动机额定负载运行状态下，其补偿效果较差。
（3）、经验系数法：由于电机极数不同，按极数大小确定经验系数选择容量 比较接近实际需要的电容器，采用这种方法一般在70%负荷时，补后功率因数可在0.95~0.97 之间
经验系数表
电机类型 一般电机 起重电机 冶金电机
极数 2 4 6 8 10 8 10
补偿容量（kvar/kw） 0.2 0.2~0.25 0.25~0.3 0.35~0.4 0.5 0.6 0.75
电机容量大时选下限，小时选上限 ；电压高时选下限，小时选上限4、Qc=P[√1/COS2φ1-1-√1/COS2φ2-1]
实际测试比较准确方法此法适用于任何一般感性负荷需要精确补偿的就地补偿容量的计算。
（4）、如果测试比较麻烦，可以按下式
Qc≤ √3UeIo×10-3 (kvar)
Io-空载电流=2Ie(1-COSφe ) 瑞典电气公司推荐公式
Qo<QC
若电动机带额定负载运行，即负载率β=1,则：Qo<QC
根据电机学知识可知，对于Io/Ie较低的电动机（少极、大功率电动机），在较高的负载率β时吸收的无功功率Qβ与激励容量Qo的比值较高，即两者相差较大，在考虑导线较长，无功经济当量较高的大功率电动机以较高的负载率运行方式下，此式来选取是合理的。

（5）、按电动机额定数据计算：
Q= k(1- cos2φe )3UeIe×10-3 (kvar)
K为与电动机极数有关的一个系数
极数： 2 4 6 8 10
K值： 0.7 0.8 0.85 0.9
4.2、多负荷补偿容量的选择
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。
（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、tgφ2意义同前，tgφ1由有功和无功电能表读数求得。
（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0.7～0.75n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。

5、无功补偿的效益
在现代用电企业中，在数量众多、容量大小不等的感性设备连接于电力系统中，以致电网传输功率除有功功率外，还需无功功率。如自然平均功率因数在0.70～0.85之间。企业消耗电网的无功功率约占消耗有功功率的60%～90%,如果把功率因数提高到0.95左右，则无功消耗只占有功消耗的30%左右。由于减少了电网无功功率的输入，会给用电企业带来效益。

5.1、节省企业电费开支。提高功率因数对企业的直接经济效益是明显的，因为国家电价制度中，从合理利用有限电能出发，对不同企业的功率因数规定了要求达到的不同数值，低于规定的数值，需要多收电费，高于规定数值，可相应地减少电费。可见，提高功率因数对企业有着重要的经济意义。

5.2、提高设备的利用率。对于原有供电设备来讲，在同样有功功率下，因功率因数的提高，负荷电流减少，因此向负荷传送功率所经过的变压器、开关和导线等供配电设备都增加了功率储备，从而满足了负荷增长的需要；如果原网络已趋于过载，由于功率因数的提高，输送无功电流的减少，使系统不致于过载运行，从而发挥原有设备的潜力；对尚处于设计阶段的新建企业来说则能降低设备容量，减少投资费用，在一定条件下，改善后的功率因数可以使所选变压器容量降低。因此，使用无功补偿不但减少初次投资费用，而且减少了运行后的基本电费。

5.3、降低系统的能耗
补偿前后线路传送的有功功率不变，P= IUCOSφ，由于COSφ提高，补偿后的电压U2稍大于补偿前电压U1,为分析问题方便，可认为U2≈U1从而导出I1COSφ1=I2COSφ2。即I1/I2= COSφ2/ COSφ1,这样线损 P减少的百分数为：
ΔP%= (1-I22/I12)×100%=（1- COS2φ1/ COS2φ2） × 100%
当功率因数从0.70～0.85提高到0.95时，由(2)式可求得有功损耗将降低20%～45%。

5.4、改善电压质量。以线路末端只有一个集中负荷为例，假设线路电阻和电抗为R、X,有功和无功为P、Q,则电压损失ΔU为：
△U=（PR+QX）/Ue×10-3(KV) 两部分损失：PR/ Ue→输送有功负荷P产生的；QX/Ue→输送无功负荷Q产生的；
配电线路：X=（2~4）R，△U大部分为输送无功负荷Q产生的
变压器：X=（5~10）R QX/Ue=(5~10) PR/ Ue 变压器△U几乎全为输送无功负荷Q产生的
可以看出，若减少无功功率Q,则有利于线路末端电压的稳定，有利于大电动机的起动。因此，无功补偿能改善电压质量（一般电压稳定不宜超过3%）。但是如果只追求改善电压质量来装设电容器是很不经济的，对于无功补偿应用的主要目的是改善功率因数，减少线损，调压只是一个辅助作用。

5.5、三相异步电动机通过就地补偿后，由于电流的下降，功率因数的提高，从而增加了变压器的容量，计算公式如下：
△S=P/ COSφ1×[（ COSφ 2/ COSφ1）-1]
如一台额定功率为155KW水泵的电机，补前功率因数为0.857，补偿后功率因数为0.967，根据上面公式计算其增容量为：
（155÷0.857） ×[（0.967 ÷0.857）-1]=24KVA

6、应用实例：
烟台市能源监测中心于2003年4月24、29、30日对烟台氨纶股份有限公司B区制冷机、空压机电机进行了电机补偿装置的安装调试，从安装后测试结果看，平均降低电流22-51（A），电机功率因数提高到0.98，（见测试结果对比表），减少了公司内部低压电网的消耗，从而达到了节电的目的。
测试结果对比表
设备名称 设备容量（kW） 补前功率因数COSφ1 补后功率因数COSφ2 电流下降△（A）
制冷压缩机LM1-110M、B4 110 0.84 0.98 22
制冷压缩机LM1-200M、B2 220 0.89 0.98 41
制冷压缩机LM1-250MA1、C1 250 0.86 0.98 51
制冷压缩机2DLGS-K2、D2 250 0.89 0.986 49
制冷压缩机2DLGS-K2、D5 250 0.89 0.98 48
空气压缩机20S-200A、D1 150 0.87 0.98 38
空气压缩机20S-200A、D2 150 0.86 0.978 36
空气压缩机20S-200A、D3 150 0.87 0.982 40
空气压缩机60A-160、B1 160 0.88 0.98 46
空气压缩机60A-160、B2 160 0.89 0.973 48
1、由于电流减少，变压器的铜损及公司内部的低压损耗都降低。
配电系统电流下降率△I％＝（1－0.87/0.98）×100％＝11％；
配电系统损耗下降率 △P％＝(1-0.872/0.982)×100％＝21％

2.该公司B区制冷机、空压机电动机补偿的总容量为780千乏，电流平均总下降518（A）,依据GB/T12497-1997中计算公式，安装电动机补偿装置后，年可节电量＝补偿容量×无功经济当量×年运行时间＝780×0.04×24×300＝224640kWh，节约价值11.2万元，补偿投资费用(包括设备的购置、安装及现场调试)为：6.24万元。(80元/千乏)

七、 结论
文中集中探讨了无功补偿技术对用电单位的低压配电网的影响以及提高功率因数所带来的经济效益和社会效益，介绍了影响功率因数的主要因素和提高功率因数的方法，讨论了如何确定无功功率的补偿容量，确保补偿技术经济、合理、安全可靠，达到节约电能的目的。

参考资料： 江苏海国节能审计事务有限公司

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卓尼县18347353155： 无功补偿对低压电网功率因数基本内容?求高人解答 - ？
哈行珍德： 无功补偿 简单的理解就是并联一个电容从而与感性的电路发生武功补偿 可以提高功率因数 一般是欠补偿 比如把功率因数从0.6(滞后)提高到0.9 还有全补偿(提高到1)和过补偿(0.几 但是是超前)

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哈行珍德： 不可能,因为电网中的负载是时刻变化的,负载的变化将会是电网的无功发生变化,要是功率因数的提高,就要进行无功补偿,一般是在低压侧进行,由于补偿是不能时刻变化的,所以电网的功率因数永远不能为1,但可以接近1,一般功率因数都达到0.9以上.

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哈行珍德： 呵呵 在我们公司从事无功补偿设备研发、生产、销售的29年里,常常有新手向我们提类似的问题.这样: 按照国家的规定,只要低压用户的功率因数超过0.90,就算合格,不会罚款.不过要注意,这里的0.90,是供电公司按照整月的用电数据...

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哈行珍德： 1、没听说过功率因数在0.98还要罚款的;除非是这个数据是[平均功率因数],而实际功率因数在某个时间段出现[超前]-即成为[电容性负荷],那样的话对电网不利.2、对于电网来说,功率因数的[-0.9]和[0.9]相比,可能前者危害更大.3、自动补...

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哈行珍德： 1、要了解无功补偿,必须先了解功率因数. 功率因数,是用来衡量用电设备(包括:广义的用电设备,如:电网的变压器、传输线路,等等)的用电效率的数据. 功率因数的定义公式:功率因数=有功功率/视在功率. 有功功率,是设备消耗了...

卓尼县18347353155： 低压用电设备(感性)的功率因数很低,提高输电线路的功率因数有帮助吗? - ？
哈行珍德： 用电设备功率因数低,表示该电器用电的无功功率成分过大.总电流里面的无功分量占用了线路的输电资源,增大了线路压降,使用电器的供电电压降低.解决的办法是“实现无功功率就地补偿”,就是在负载处加装补偿电容器.这样一来,线路输送的无功减少了,线路电流变小了,线路压降也就小了,负载的电压就提高了.注意:是提高负载的功率因数,不是提高线路的功率因数.

卓尼县18347353155： 电网功率因数补偿 - ？
哈行珍德： 电网功率因数补偿实际是电网无功补偿,一般是通过并联安装合适的电容器等无功补偿设备来实现. 电网中的电力负荷如电动机、变压器等,大部分属于感性负荷,在运行过程中需向这些设备提供相应的无功功率.在电网中安装并联电容器等...