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為什么要進行無功補償？無功補償的原理、形式是什么？

閱讀：425 發布時間：2021-4-13

功率因數是針對不同的負載說的，在之前的直流電時代，是沒有功率因數這一說的，那時候功率因數都是1；伴隨著交流電時代的開啟，功率因數一般都是小于1的。下面就介紹一下無功補償的原理、補償形式，供大家學習參考。

一、為什么要進行無功補償？

無功功率絕不是無用功率，在交流供電系統中，電感和電容都是*的負載，如電動機、變壓器等鐵磁性負載，如果沒有感性無功的勵磁，設備無法正常工作，比如定距離送電的線路本身，就是容性負載，只要是送電當中就會相當于電容器在工作。那么也就是說在交流供電系統中，無功的存在對能量的傳輸和交換有著巨大意義，*，或者說離開無功功率的交換系統就不能正常工作。

那么，大量的無功由哪里來？系統中眾多的無功負載，尤其是感性無功負載，正常來講，這些負載所吸收的無功功率是由發電廠提供的，也就是說發電機在工作時就會向系統釋放有功電能，同時對感性負載提供相應的無功電能。發電機運行時必須要保持適當的無功輸出，如果沒有無功輸出就會對發電系統造成破壞性的影響,也就是說保護系統的無功平衡至關重要。

當系統中無功功率需求增大時，如果不在系統人為地安裝無功補償裝置，發電廠要通過調相的方式來加大無功功率輸出，由于發電機的容量是有限的，那么就勢必要減少有功功率的輸出量，也就是降低發電機的輸出能力，為滿足用電的要求，發電機、供電線路和變壓器的容量需增大，這樣不僅增加供電投資、降低設備利用率，也將增加線路損耗。

為了降低發電廠的無功供給壓力，我們在供電系統中感性負載消耗較大的點投入相應的電容器來為感性負載提供無功功率，這樣就減輕了發電廠的無功供給壓力。用戶應在提高用電自然功率因數的基礎上，設計和裝設無功補償裝置，并做到隨其負荷和電壓變動及時投入或切除，防止無功倒送。同時將用戶的功率因數達到相應的標準，以避免供電部門加收力率電費。因此，無論對供電部門還是用電部門，對無功功率進行自動補償以提高功率因數，防止無功倒送，對節約電能、提高運行質量都具有非常重要的意義。

二、無功補償的基本原理

一般在系統中所說的無功負載大部分是感性無功負載，把具有容性功率負荷的裝置與感性功率負荷并聯接在同一電路，當感性無功負載吸收能量時，容性負載釋放能量，而感性負載釋放能量時，容性負荷卻在吸收能量，能量在容性負載和感性負載之間交換，這樣容性負載所吸收的無功功率可以從容性負荷裝置輸出的無功功率中得到補償，無功功率就地平衡掉，以降低線路損失，提高帶載能力，降低電壓損失及緩解發電廠的供電壓力，這就是無功補償的基本原理。

相位分析無功補償的基本原理：

電感負載中電流I_L滯后電壓90°,而純電容的電流I_C則超前電壓90°。電容中的電流與電感中的電流相位相差180°,可以相互抵消。

電力系統中的負載大部分是感性負載，因此總電流I將滯后電壓一個角度Φ1,如果將并聯電容器與負載并聯，這時I′＝I+I_C,電容器的電流將抵消一部分電感電流，從而使總電流從I降低到I′，相位角由Φ1減少為Φ2,可以提高功率因數，無功就地平衡掉。

三、無功補償的補償形式

1）個別補償

個別補償就是對單臺用電設備所需的無功就近補償的辦法，把電容器直接接到單臺用電設備的同一個電氣回路，用同一臺開關控制，同時投運或斷開。這種補償方法的效果，電容器靠近用電設備，就地平衡無功電流，可避免無負荷時的過補償，使供電質量得到保證。這種補償方式常用于高低壓電動機等用電設備。但這種補償方式在用戶設備非連續運轉時，電容器利用率低，不能充分發揮其補償效益。

2）分散補償

分散補償是將電容器分組安裝在車間配電室或變電所各分路的出線上，它可根據系統負荷的變化投入或切除電容器組，補償效果也比較好，但造價相對較高。

3）集中補償

集中補償是將電容器組集中安裝在變電所的一次或二次側的母線上。這種補償方式安裝簡單，運行可靠，但補償效果較前兩種補償方式差，造價也相對較高。

四、無功補償的收益

1）補償無功功率，提高功率因數

2）降低輸電線路及變壓器的損耗合理的補償可以有效的降低系統電流，以系統自然功率0.7為例，如通過補償裝置將系統功率因數提高到接近1的水平，系統電流將下降30%左右，即線路和變壓器的損耗可降為P=I2R＝(1-30%)2R=0.49R，即線路和變壓器損耗可降低51%。

用電企業的自然功率因數一般在0.7左右，功率因數從0.7提高到0.95以上線損降低率和變壓器的銅損降低率如下表：

降低線路及變壓器損耗，節約有功電度，是重要的節能措施。如在石油行業中，線路比較長，而且比較復雜，那么可以通過增加無功補償設備來降低運行電流，從而降低線路損耗，節約有功電度，節能效果明顯。

3）增加電網的傳輸能力，提高設備利用率由于補償裝置可以有效的降低系統電流和視在功率，故可以有效的降低電網建設中所有相關設備的容量，從而降低電網建設中的投資。功率因數在0.7左右的系統，由于有效的補償可使系統電流下降30%，即提高發電廠、變配電設施30%的帶載能力。

如果變壓器及線路的容量不足時，可以通過安裝無功補償裝置的方法解決。安裝無功補償裝置可以使無功功率就地平衡，從而減小流過線路及變壓器的電流，減緩導線及變壓器的絕緣老化速度，延長使用壽命。同時可以釋放變壓器及線路的容量，增加變壓器及線路帶負荷能力。

如，有一臺100KVA變壓器，目前負載率為85%,COSΦ=0.7。如果加裝無功補償設備，可使變壓器釋放30%的帶載量，用戶可在變壓器不增容的情況下，增加負載，進行擴大再生產。

4）改善電壓質量由于系統存在的大量感性負載將造成供電線路壓降，尤其在供電線路末端更為嚴重，通過合理的補償可以有效的緩解線路壓降，改善電能質量。

線路中的電壓損失的計算公式如下：

由于系統的感抗遠遠大于阻抗，從上式中可以看到,無功的變化會引起電壓產生很大的變化。當線路中，無功功率Q減小以后，電壓損失也就減少了。

對于供電線路末端電壓一般較低，可通過增加無功補償裝置來提升線路末端電壓，使用時設備安全可靠運行。

另一方面，隨著工業的發展，大量的自控設備及非線性負載的使用，使大量諧波在供配電網絡中的流動，污染電網。通過合理的配置補償濾波設備，抑制或大幅度降低諧波對供電系統和用電設備的影響是改善電能質量的主要手段之一。

5）節約電費支出通過合理的補償，使計量點的功率因數達到國家標準的要求，可以消除力率電費，從而使電力用戶電費支出大幅度降低。

注：動態無功功率補償裝置的有功節能只是降低了補償點至發電機之間的供配電的損耗。所以高壓網側的無功補償不能減少低壓閥側的損耗，亦不能使低壓供電變壓器的利用率提高，根據補償理論，就地動態無功功率補償節能*。

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