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衡水泰达生物质能发电有限公司 253800
摘要：本文对无功就地补偿技术在地方热电厂的应用中进行了分析，该技术能够起到节约电能、提高供电质量、节约材料费等作用，在热电厂供电系统中的应用有较好的发展前景。
关键词：无功补偿；就地；节能；应用
1、引言
功率因数是电力系统电气运行的一项重要指标，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。
特别对于电力用户尤为重要。提高电力用户负荷的功率因数可以使发、变、配电设备和输电线路的负载能力得到充分的发挥，降低供电变压器和线路的电压损失、并节约电能。目前用于提高功率因数的无功补偿装置各式各样，种类与方式较多，这里不一一陈述，只对无功就地补偿在某热电厂的简单应用做一下介绍。
2、热电厂的供电（厂用电）概况由于小型热电厂的发电机出口电压多为10KV，而常用高压电源电压通常为10KV，发电机本身通过调节励磁装置可以改变无功大小，故电厂内无需专设集中无功补偿。低压380V 厂用变压器多为集中布置，众多主要用电设备为电动机。对于一些距离变压器较远的电动机则存在着，线路长，电压损失加大，用电效率低的现象，如深井泵，工业水泵，循环泵等设备有时无法避免距离变压器较远的事实。此时便应用到了无功就地补偿的技术。
3、无功就地补偿原理及分析
电网中常用的无功补偿方式包括：
① 集中补偿：在高低压配电线路中安装并联电容器组；
② 分组补偿：在配电变压器低压侧和用户车间配电屏安装并联补偿电容器；
③ 单台电动机就地补偿：在单台电动机处安装并联电容器等。无功就地补偿技术采用静电电容器直接并联于电网末端的感性负载上，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2可由容性负荷输出的无功功率补偿，最大限度地减小系统中流过的无功功率。原理如下图：
图中i1—补偿前电流
ic—电容电流
i2—补偿后电流
如上图，在没有补偿前，线路电路i1 滞后于电压u Φ1 电角度，采用电容器进行无功补偿后，线路电流i2 滞后于电压u Φ2 电角度，因为Φ2 小于Φ1，所以cosΦ2 大于cosΦ1，即无功补偿后的功率因数值大于补偿前的功率因数值。因此，利用静电电容器进行无功功率补偿，可以提高电力设备运行功率因数。
3.1 无功就地补偿优点
3.1.1 可降低供电线路的功率损耗
由于用电设备自身无功功率的存在，使得供电系统向就地用电设备提供有功功率的同时还提供相应的无功功率，这样线路在输送有功电流的同时还输送一定的无功电流，总的视在电流增加了。如下列公式计算：
视在功率：S=1.732U·I·10-3（1）
式中 S—视在功率，KVA
有功功率：P=1.732U·I·cosΦ·10-3（2）
式中 P—有功功率，kW
I—相电流有效值，A
U—线电压有效值，V
cosΦ—功率因数
无功功率：Q=1.732U·I·sinΦ·10-3（3）
式中 Q—无功功率，KVAR
3
三相供电线路中的功率损耗主要是流过供电线路的视在电流在线路电阻上的热损耗。即：
P1=3·I2·R·10-3（4）
式中 P1—三相供电线路损耗，kWR—供电线路每相的直流电阻，Ω将式（2）代入式（4）中整理得出：
（5）由式（5）可以看出P1 与cos2Φ由成反比。
提高功率因数后，线损率也下降了，从而线路减少设计容量、减少
投资，运行期间减少了厂用电，增加电厂对外的有功功率的输送比例，
以及降低线损都直接影响着供电企业的经济效益。
3.1.2 可减少供电线路电压损失
线路电压损失可以按下两个公式计算：
（6）
（7）
按上式（6）的计算得出补偿后供电线路电电流减少，故由式（7）计算补偿后线路电压损失减少，这样有利于用电设备重负荷起动。
3.2 无功就地补偿缺点：
3.2.1 不能全面取代高压集中补偿和低压分组补偿：就地补偿区域最大，效果也好，但它总的静电电容器安装容量比其它两种方式要大，电容器的利用率低。高压集中补偿和低压分组补偿的电容器容量相对较小，利用率高，且能补偿变压器自身的无功损耗。因此，这三种补偿方式各有应用范围，应结合实际确定使用场合，各司其职。
3.2.2 电动机起动频繁或经常正反转的场合，不宜采用就地补偿：
异步电动机直接起动时，起动电流约为额定电流的4-7 倍，即使采用降压起动措施，其起动电流也是额定电流的2-3 倍。因此在电动机起动瞬
4
间，与电动机并联的电容器势必流过浪涌冲击电流，这对频繁起动的场合，不仅增加线损，而且引起电容器过热，降低使用寿命。此外，对具有正反转起动的场合，应把补偿电容器接到接触器电源进线侧，这虽能使电容随电动机的运行而投入。但当接触器刚断开时，电容器会向电动机绕组放电，，引起电动机自激产生高电压，这也有不妥之处。若将补偿电容器接于电源侧，当电动机停运时，电网仍向电容器供给电流，造成电容器负担加重，产生不必要的损耗。为此，对无功补偿功率较大的电容器，如需接在电源进线侧，则应对电容器另外加控制开关，在电动机停运时予以切除。
3.2.3 大容量电力电子装置，就地补偿不恰当：随着大型电力电子装置的广泛应用，尤其是采用大容量晶闸管电源供电后，致使电网波形畸变，谐波分量增大，功率因数降低。更由于此类负载经常是快速变化，谐波次数增高，危及供电质量，对通讯设备影响也很大，所以此类负载采用就地补偿是不安全，不恰当的。因为①电力电子装置会产生高次谐波，在负载电感上有部分被抑制。但当负载并联电容器后，高次谐波可顺利通过电容器，这就等效地增加了供电网络中的谐波成分。②由于谐波电流的存在，会增加电容器的负担，容易造成电容器的过流、过热，甚至损坏。③电力电子装置供电的负载如轧钢机、电弧炉等具有冲击性无功负载，这要求无功补偿的响应速度要快，但并联电容器的补偿方法是难以奏效。
4、实际应用
以某热电厂冷却水循环泵电动机为例，无功补偿装置直接安装在电动机进线处，进行比较。
该循环泵电机额定参数为：额定功率185KW，额定电压380V，额定电流347A，功率因数0.90，额定转速990rpm。电缆型号规格为HLYFG-1KV，3×240+120。距离约100 米。未安装无功补偿之前，电机运行电压约350V，运行电流约380A，功率因数约为0.65，这样就增大了供电线路的功率损耗。根据以下公式选择电容器容量：
Qc =α*P*（tgφ1—tgφ2）
摘要：本文对无功就地补偿技术在地方热电厂的应用中进行了分析，该技术能够起到节约电能、提高供电质量、节约材料费等作用，在热电厂供电系统中的应用有较好的发展前景。
关键词：无功补偿；就地；节能；应用
1、引言
功率因数是电力系统电气运行的一项重要指标，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。
特别对于电力用户尤为重要。提高电力用户负荷的功率因数可以使发、变、配电设备和输电线路的负载能力得到充分的发挥，降低供电变压器和线路的电压损失、并节约电能。目前用于提高功率因数的无功补偿装置各式各样，种类与方式较多，这里不一一陈述，只对无功就地补偿在某热电厂的简单应用做一下介绍。
2、热电厂的供电（厂用电）概况由于小型热电厂的发电机出口电压多为10KV，而常用高压电源电压通常为10KV，发电机本身通过调节励磁装置可以改变无功大小，故电厂内无需专设集中无功补偿。低压380V 厂用变压器多为集中布置，众多主要用电设备为电动机。对于一些距离变压器较远的电动机则存在着，线路长，电压损失加大，用电效率低的现象，如深井泵，工业水泵，循环泵等设备有时无法避免距离变压器较远的事实。此时便应用到了无功就地补偿的技术。
3、无功就地补偿原理及分析
电网中常用的无功补偿方式包括：
① 集中补偿：在高低压配电线路中安装并联电容器组；
② 分组补偿：在配电变压器低压侧和用户车间配电屏安装并联补偿电容器；
③ 单台电动机就地补偿：在单台电动机处安装并联电容器等。无功就地补偿技术采用静电电容器直接并联于电网末端的感性负载上，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2可由容性负荷输出的无功功率补偿，最大限度地减小系统中流过的无功功率。原理如下图：
图中i1—补偿前电流
ic—电容电流
i2—补偿后电流
如上图，在没有补偿前，线路电路i1 滞后于电压u Φ1 电角度，采用电容器进行无功补偿后，线路电流i2 滞后于电压u Φ2 电角度，因为Φ2 小于Φ1，所以cosΦ2 大于cosΦ1，即无功补偿后的功率因数值大于补偿前的功率因数值。因此，利用静电电容器进行无功功率补偿，可以提高电力设备运行功率因数。
3.1 无功就地补偿优点
3.1.1 可降低供电线路的功率损耗
由于用电设备自身无功功率的存在，使得供电系统向就地用电设备提供有功功率的同时还提供相应的无功功率，这样线路在输送有功电流的同时还输送一定的无功电流，总的视在电流增加了。如下列公式计算：
视在功率：S=1.732U·I·10-3（1）
式中 S—视在功率，KVA
有功功率：P=1.732U·I·cosΦ·10-3（2）
式中 P—有功功率，kW
I—相电流有效值，A
U—线电压有效值，V
cosΦ—功率因数
无功功率：Q=1.732U·I·sinΦ·10-3（3）
式中 Q—无功功率，KVAR
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三相供电线路中的功率损耗主要是流过供电线路的视在电流在线路电阻上的热损耗。即：
P1=3·I2·R·10-3（4）
式中 P1—三相供电线路损耗，kWR—供电线路每相的直流电阻，Ω将式（2）代入式（4）中整理得出：
（5）由式（5）可以看出P1 与cos2Φ由成反比。
提高功率因数后，线损率也下降了，从而线路减少设计容量、减少
投资，运行期间减少了厂用电，增加电厂对外的有功功率的输送比例，
以及降低线损都直接影响着供电企业的经济效益。
3.1.2 可减少供电线路电压损失
线路电压损失可以按下两个公式计算：
（6）
（7）
按上式（6）的计算得出补偿后供电线路电电流减少，故由式（7）计算补偿后线路电压损失减少，这样有利于用电设备重负荷起动。
3.2 无功就地补偿缺点：
3.2.1 不能全面取代高压集中补偿和低压分组补偿：就地补偿区域最大，效果也好，但它总的静电电容器安装容量比其它两种方式要大，电容器的利用率低。高压集中补偿和低压分组补偿的电容器容量相对较小，利用率高，且能补偿变压器自身的无功损耗。因此，这三种补偿方式各有应用范围，应结合实际确定使用场合，各司其职。
3.2.2 电动机起动频繁或经常正反转的场合，不宜采用就地补偿：
异步电动机直接起动时，起动电流约为额定电流的4-7 倍，即使采用降压起动措施，其起动电流也是额定电流的2-3 倍。因此在电动机起动瞬
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间，与电动机并联的电容器势必流过浪涌冲击电流，这对频繁起动的场合，不仅增加线损，而且引起电容器过热，降低使用寿命。此外，对具有正反转起动的场合，应把补偿电容器接到接触器电源进线侧，这虽能使电容随电动机的运行而投入。但当接触器刚断开时，电容器会向电动机绕组放电，，引起电动机自激产生高电压，这也有不妥之处。若将补偿电容器接于电源侧，当电动机停运时，电网仍向电容器供给电流，造成电容器负担加重，产生不必要的损耗。为此，对无功补偿功率较大的电容器，如需接在电源进线侧，则应对电容器另外加控制开关，在电动机停运时予以切除。
3.2.3 大容量电力电子装置，就地补偿不恰当：随着大型电力电子装置的广泛应用，尤其是采用大容量晶闸管电源供电后，致使电网波形畸变，谐波分量增大，功率因数降低。更由于此类负载经常是快速变化，谐波次数增高，危及供电质量，对通讯设备影响也很大，所以此类负载采用就地补偿是不安全，不恰当的。因为①电力电子装置会产生高次谐波，在负载电感上有部分被抑制。但当负载并联电容器后，高次谐波可顺利通过电容器，这就等效地增加了供电网络中的谐波成分。②由于谐波电流的存在，会增加电容器的负担，容易造成电容器的过流、过热，甚至损坏。③电力电子装置供电的负载如轧钢机、电弧炉等具有冲击性无功负载，这要求无功补偿的响应速度要快，但并联电容器的补偿方法是难以奏效。
4、实际应用
以某热电厂冷却水循环泵电动机为例，无功补偿装置直接安装在电动机进线处，进行比较。
该循环泵电机额定参数为：额定功率185KW，额定电压380V，额定电流347A，功率因数0.90，额定转速990rpm。电缆型号规格为HLYFG-1KV，3×240+120。距离约100 米。未安装无功补偿之前，电机运行电压约350V，运行电流约380A，功率因数约为0.65，这样就增大了供电线路的功率损耗。根据以下公式选择电容器容量：
Qc =α*P*（tgφ1—tgφ2）