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浅谈无功补偿及功率因数的方法和意义

发表时间:2021-11-15 访问量:21406

      无功是指长期使用两相(照明和使用电焊机)而造成偏压,即其中的一相或两相进线不做功或少做功。无功过高或过低时,会造成高压进线电流偏压、线路过热、电熔丝熔断导致缺相,致使运转的用电机具缺相而损坏。无功过高或过低要被罚款是电力部门控制用户要正确用电的一种手段!

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静止无功发生器  有源电力滤波器  低压动态无功补偿装置  高压静止型无功补偿装置

    通常的补救做法是在配电室内加安一组或数组功率补偿柜,在使用一相和两相电时(通常是在使用多台电焊机时),测电流调换电源接头使之均匀输出电压。

    有功功率是用到电设备正常运行所需的电功率,无功功率决不是无用功率,它的用处很大。电动机需要建立和维持旋转磁场,使转子转动,从而带动机械运动,电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。变压器也同样需要无功功率,才能使变压器的一次线圈产生磁场,在二次线圈感应为电压                                         为什么功率就要被罚设备:功率为100个单位,也就是说,有100个单位的功率输送到设备中。然而,因大部分电器系统存在固有的无功损耗,你只能使用70个单位的功率。很不幸,虽然仅仅使用70个单位,却要付100个单位的费用。在这个例子中,功率因数是0.7 (如果大部分设备的功率因数小于0.9时,将被罚款),这种无功损耗主要存在于电机设备中(又叫感性负载。功率因数是马达效能的计量标准。

本文阐述了提高功率因数的方法和意义,以及提高自然功率因数和人工补偿两方面改善功率因数的办法。

  一、概述
  在供用电系统中除了有功电源还有无功电源,两者缺一不可,感性负载过多时,其功率因数都较低,影响了线路及配电变压器的经济运行,就必须通过合理配置无功功率补偿设备,以提高系统的功率因数,从而达到节约电能,降低损耗的目的。


  1功率因数与无功功率的关系
  电压与电流之间的相位差(φ)的余弦叫做功率因数,用符号cosφ表示,在数值上,功率因数是有功功率和视在功率的比值,即cosφ=P/S。
  P2+Q2=S2
  在电力网的运行中,功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度,我们希望的是功率因数越大越好。这样电路中的无功功率可以降到最小。
 

 2输配电线路的有功功率损耗与功率因数的关系
  由于导线存在着电阻,电流通过线路时,线路自身产生有功功率损耗,其有功功率损耗又与电流平方成正比。所以,线路在输送一定的有功功率时,线路自身产生的有功功率损耗与功率因数的平方成反比,提高功率因数就能降低线路的有功功率损耗。


  3变压器的铜损耗与功率因数的关系
  变压器在运行中,输出一定的有功功率时,其铜损耗与变压器所带负荷视在功率的平方成正比,而视在功率又与变压器的功率因数成反比,所以,提高功率因数就能使变压器的铜损耗下降。
  

4变压器所需容量与功率因数的关系
  由于变压器在输出一定有功功率时,其视在功率与变压器的功率因数成反比,所以当变压器输出一定有功功率时,功率因数提高就能减少变压器的需要容量,从而提高变压器的供电能力。
  

二、提高功率因数
  一影响功率因数的主要因素
  1大量的电感性设备,如异步电动机、感应电炉等设备是无功功率的主要消耗者。在工矿企业所消耗的全部无功功率中,异步电动机的无功功耗占了60%~70%;而在异步电动机空载时所消耗的无功又占到电动机总无功消耗的60%~70%。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的提高负载率。
  2变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的10%~15%,它的空载无功功率约为满载时的1/3.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期处于低负载运行状态。
  3供电电压超过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,供电电压为额定值的110%时,一般无功将增加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。
  二无功补偿的一般方式
  1采取适当措施,设法提高系统自然功率因数
  提高自然功率因数是不需要任何补偿设备投资,仅采取各种管理上或技术上的手段来减少各种用电设备所消耗的无功功率,这是一种最经济的提高功率因数的方法:
  1) 合理选择电动机的容量,使其接近满负荷运转。
  2) 对实际负荷不超过额定容量40%的电动机,应更换为小容量电动机。
  3) 合理安排和调整工艺流程,改善用电设备的运转方式,应限制感应电动机空负荷运转。
  4) 正确选择变压器,提高变压器的负荷率(一般为75%~80%较为合适)。对于负荷率低于30%的变压器,应予以更换。
  5) 对于负荷率在60%~90%的绕线转子异步电动机,必要时可以使其同步化,此时电动机可以向电力系统输出无功功率。
  2人工补偿功率因数
  用户功率因数仅靠提高自然功率因数一般是不能满足要求的,因此,还必须进行人工补偿,无功补偿通过采用的方法主要有3种:低压个别补偿、低压集中补偿、高压集中补偿。
  1) 低压个别补偿
  低压个别补偿就是根据个别用电设备对无功的需要量将单台或多台低压电容器组分散地与用电设备并接,它与用电设备共用一套断路器。通过控制、保护装置与电机同时投切。随机补偿适用于补偿个别大容量且连续运行(如大中型异步电动机)的无功消耗,以补励磁无功为主。低压个别补偿的优点是:用电设备运行时,无功补偿投入,用电设备停运时,补偿设备也推出,因此不会造成无功倒送。具有投资少、占位小,安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低等优点。
  2) 低压集中补偿
  低压集中补偿是指将低压电容器通过低压开关接在配电变压器低压母线侧,以无功补偿投切装置作为控制保护装置,根据低压母线上的无功负荷而直接控制电容器的投切。电容器的投切是整组进行,做不到平滑的调节。低压补偿的优点:接线简单、运行维护工作量小,使无功就地平衡,从而提高配变利用率。
  3) 高压集中补偿
  高压集中补偿是指将并联电容器组直接装在变电所的6~10kV高压母线上的补偿方式。适用于用户远离变电所或在供电线路的末端,用户本身又有一定的补偿作用;补偿装置根据负荷的大小自动投切,从而合理地提高了用户的功率因数,避免功率因数降低导致电费的增加。
  3无功电源
  电力系统的无功电源除了同步电机外,还有静电电容器、静止无功补偿器以及静止无功发生器,除电容器外,其余几种既能吸收容性无功又能吸收感性无功。
  1) 同步电机
  同步电机中有发电机,电动机和调相机3种。同步发电机是的有功电源,同时又是最基本的无功电源,以滞后功率因数运行为主,向系统提供无功,但必要时,也可以减小励磁电流,使功率因数超前,即所谓的“进相运行”,以吸收系统多余的无功。同步调相机是空载运行的同步电机,优点是能在欠励或过励的情况下向系统吸收或供出无功,装有自励装置的同步电机能根据电压平滑地调节输入或输出的无功功率。但他有功损耗大、运行维护复杂、影响速度慢、进来已逐渐退出电网运行。
  2) 并联电容器
  并联电容器补偿是目前使用最广泛的一种无功电源,由于通过电容器的交变电流在相位上正好超前于电容器极板上的电压,相反于电感中的滞后,并联电容器本身功耗很小,装设灵活,节省投资;由它向系统提供无功可以改善功率因数,减少由发电机提供的无功功率。
  3) 静止无功补偿器
  静止无功补偿器是由晶闸管所控制投切电抗器和电容器组成,由于晶闸管对于控制信号反应极为迅速,而且通断次数也可以不受控制。当电压变化静止补偿器能快速、平滑地调节,以满足动态无功补偿的需要,同时还能做到分相补偿;对于三相不平衡负荷及冲击负荷有效较强的适应性;但由于晶闸管控制对电抗器的投切过程中会产生高次谐波,为此需加专门的滤波器。
  4) 静止无功发生器
  它的主体是一个电压源型逆变器,由可关晶闸管适当的通断,将电容上的直流电压转换成为与电力系统电压同步的三相交流电压,再通过电抗器和变压器并联接入电网。适当控制逆变器的输出电压,就可以灵活地改变其运行工况,使其处于容性、感性或零负荷状态。于静止无功补偿器相比,发生器相应速度更快,谐波电流更少,而且在系统电压较低时仍能向系统注入较大的无功。 

 三、结束语
  综上所述,提高功率因数对的能源利用、企业的经济效益起到促进作用, 是保证电力系统电能质量、电压质量、降低网络损耗以及安全运行所不可缺少的条件,应根据不同情况采取相应措施来提高功率因数,降低无功损耗,从而提高经济效益。


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