无功补偿的作用及原理

电网中的许多用电设备是根据电磁感应原理工作的。它们在能量转换过程中建立交变磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等，这种功率叫无功功率。电力系统中，不但有功功率平衡，无功功率也要平衡。

有功功率、无功功率、视在功率之间的关系 如图1所示

式中

  S——视在功率，kVA

  P——有功功率，kW

  Q——无功功率，kvar

    φ角为功率因数角，它的余弦(cosφ)是有功功率与视在功率之比即cosφ＝P/S称作功率因数。

     由功率三角形可以看出，在一定的有功功率下，用电企业功率因数cosφ越小，则所需的无功功率越大。如果无功功率不是由电容器提供，则必须由输电系统供给，为满足用电的要求，供电线路和变压器的容量需增大。这样，不仅增加供电投资、降低设备利用率，也将增加线路损耗。为此，国家供用电规则规定：无功电力应就地平衡，用户应在提高用电自然功率因数的基础上，设计和装置无功补偿设备，并做到随其负荷和电压变动及时投入或切除，防止无功倒送。还规定用户的功率因数应达到相应的标准，否则供电部门可以拒绝供电。因此，无论对供电部门还是用电部门，对无功功率进行自动补偿以提高功率因数，防止无功倒送，从而节约电能，提高运行质量都具有非常重要的意义。

     无功补偿的基本原理是：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。

     当前，国内外广泛采用并联电容器作为无功补偿装置。这种方法安装方便、建设周期短、造价低、运行维护简便、自身损耗小。

     采用并联电容器进行无功补偿的主要作用：

    1、提高功率因数

    如图2所示 图中

  P——有功功率

  S1——补偿前的视在功率

  S2——补偿后的视在功率

  Q1——补偿前的无功功率

  Q2——补偿后的无功功率

  φ1——补偿前的功率因数角

  φ2——补偿后的功率因数角

  由图示可以看出，在有功功率P一定的前提下，无功功率补偿以后(补偿量Qc＝Q1-Q2)，功率因数角由φ1减小到φ2，则cosφ2＞cosφ1提高了功率因数。

    2、降低输电线路及变压器的损耗

    三相电路中，功率损耗ΔP的计算公式为

式中

   P——有功功率，kW；

   U——额定电压，kV；

   R——线路总电阻，Ω。

   由此可见，当功率因数cosφ提高以后，线路中功率损耗大大下降。

由于进行了无功补偿，可使补偿点以前的线路中通过的无功电流减小，从而使线路的供电能力增加，减小损耗。

例：某县电力公司某配电所，2005年1月～2月份按实际供售电量情况进行分析。该站1～2月份，有功供电量152.6万kW·h，无功供电量168.42万kvar·h，售电量133.29万kW·h，功率因数0.67，损耗电量19.31万kW·h，线损率12.654%。装设电容器进行无功补偿后，如功率因数由原来的0.67提高到0.95 时，

(1)可降低的线路损耗

2)减少线损率12.654%×0.5=6.333%

　　(3)减少损耗电量152.6×6.333%=9.6642万kW·h

　　(4)按购电价0.237元计算，可减少购电费

　　0.237×96642=22904.15元

　　总之，增加无功补偿后会减少无功在电网中流动，其主要目的是降低线损，其次，能很好地改善电压质量，从而提高供电企业的经济效益。

    3、改善电压质量

     线路中电压损失ΔU的计算公式

式中

   P——有功功率，KW；

   Q——无功功率，Kvar；

   U——额定电压，KV；

   R——线路总电阻，Ω

   XL——线路感抗，Ω。

   由上式可见，当线路中，无功功率Q减小以后，电压损失ΔU也就减小了。

    4、提高设备出力

     如图3所示，由于有功功率P＝S·cosφ，当供电设备的视在功率S一定时，如果功率因数cosφ提高，即功率因数角由φ1到φ2，则设备可以提供的有功功率P也随之增大到P+ΔP，可见，当增加了无功补偿装置以后在一定的范围内增加有功设备的出力而不需要增加供电设备的视在功率，从而提高了供电设备的带负载能力。

电容器容量的选择：

     电容器安装容量的选择，可根据使用目的的不同，按改善功率因数，提高运行电压和降低线路损失等因素来确定。

     按改善功率因数确定补偿容量的方法简便、明确，为国内外所通用。根据功率补偿图(如图2)中功率之间的向量关系，可以求出无功补偿容量Qc，

或

式中

   P——最大负荷月的平均有功功率，KW；

   tgφ1、tgφ2——补偿前后功率因数角的正切值；

   cosφ1、cosφ2——补偿前后功率因数值。

   可利用查表法，查出每1KW有功功率、功率因数，改善前后所需补偿的容量。再乘以最大负荷的月平均有功功率，即可计算出所需要的无功补偿容量。