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[摘 要]在交流电路中，纯电阻元件不存在无功功率，而纯电感、电容元件是不存在有功功率的，只有无功功率。在选煤厂中，产生无功功率的负载有很多，如：变压器、高频开关和电机等感性负载。它们依靠建立交变磁场才能进行能量的传递和转换。在这里，所谓的无功功率并不是没有用处的功率，它维持设备的运转，只是其功率不转化成机械能、热能、化学能。
[关键词]电容器；无功补偿技术；选煤厂；应用
中图分类号：TM571 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）44-0007-01
在功率三角形中，有功功率P和视在功率S的比值，就是功率因数cosφ。从中能看出功率因数反应了电源输出的视在功率被有效利用的程度。当cosφ越大，视在功率将大部分用来供给有功功率，从而降低了无功功率。选煤厂的设备功率因数一般在0.7左右，系统传送的有功功率相对来说很低，从而无法使设备的效率得到充分的利用，直接影响到企业的经济效益。同时，功率因数低时，无功损耗大，容易造成设备使用寿命的缩短，使安全问题增加。因此选煤厂的设计中通过提高功率因数来进行无功补偿。无功补偿是一项能够有效提高功率因数的节能措施，有着见效快、投资少的特点。并联补偿电容器的工作原理简单，操作方便，运行经济效益高，并且能够分组投切以保证电压合格率和功率因数的合理性。目前，我国很大一部分地区的配电网和农网的平均因数过低，相信通过采用补偿电容器进行合理的补偿，其供电质量一定能够得到有效提高，并能取得更为明显的经济效益。
1 无功补偿的意义
1.1 降低输电线路的有功功率损耗
提高电网输电效率式（1）中，ΔP为线路有功功率损失，kW；I为电流，kA；R为线路每相电阻，Ω；P1为线路输送的有功功率，kW；U为线路电压，kV。由式（1）可看出，有功功率的损失和功率因数的平方成反比。当提高cosφ值，ΔP值下降。
（1）
1.2 提高母线运行电压
线路电压损失：
（2）
式（2）中，ΔU为线路电压损失，%；I1为负荷电流，A；cosφ1为负荷功率因数；sinφ1为负荷功率因数角的正弦值；tanφ1为负荷功率因数角的正切值；Un为系统标称电压，kV；P2为负荷的有功功率，kW；l为线路长度，km；R'为三相线路单位长度的电阻，Ω；X'为三相线路单位长度的电抗，Ω/km。由式（2）可看出，线路电压损失和tanφ1值成正比。当cosφ1提高了，tanφ1值变小，则ΔU变小。即当提高功率因数，电压降落值降低。
1.3 释放变压器容量
在额定容量为S1的变压器，保持有功功率P不变时，进行无功补偿，将负荷的功率因数由cosφ1提高到cosφ2，此时变压器的容量为S2。则：
（3）
式（3）中，ΔS为无功补偿前后变压器容量差值，kvar。由于cosφ2>cosφ1，ΔS>0，即S2>S1。
1.4 节约电能减少电费支出
中国规定：100kVA及以上高压供电的用户功率因数为0.90以上。功率因数达不到供电局的要求，会造成无功功率罚款，甚至拒绝供电。同时为了防止因用户功率因数过低，对电网产生不利影响，制定了“按功率因数调整电费的办法”。当cosφ比设定标准值高时，cosφ每提高0.01都会降低电费单价，当cosφ比设定标准值低时，cosφ每降低0.01都会增加电费单价。因此，当cosφ提高后，会减少电费支出。
2 无功功率补偿的种类和特点
2.1 集中补偿
集中补偿将无功补偿装置设在企业或地方总降压变电所的母线上，用来提高整个变电所的功率因数，使该变电所的供电范围内无功功率基本平衡。在变电所内安装集中补偿电容器，是当前无功补偿的主要形式。具有安装简单、投资相对较低、检修方便等优点。其缺点是不能减少干线和分支线的无功功率。
2.2 就地补偿
就地补偿是将无功补偿装置分别装设在异步电动机或电感性用电设备附近，就地进行无功补偿。能将用电设备至发电厂全程供配电设备、线路都得到补偿。特别是低压线路和变压器的损耗大幅度降低。其缺点是电容器将随着用电设备同工作同停止，所以利用率较低、后期维护费用较大、管理不方便。这种补偿方式只适用于长期运行的大容量电气设备及所需无功补偿容量较大的负荷，或由较长线路供电的电气设备。
2.3 分组补偿
将补偿设备分别装设在功率因数较低的车间变电所的高压或低压母线上，也称分散补偿，这种方式和集中补偿具有相同的优点，但是设备补偿容量和范围相对较小。目前采用比较广泛。
3 选煤厂采取无功补偿的例分析
以山西大东沟选煤厂为例。电气楼变电所低压采用660V系统对原煤系统、主厂房系统、浓缩车间、产品储运系统、装车系统和生产清水池泵房进行供电。在电气楼变电所内，在低压侧母线安装并联电容器柜进行集中补偿。
下面计算需要的电容器的容量。
有功功率的计算公式：
P=KxPe，（4）
式（4）中，Pe为用电设备组的工作容量，kW；
无功功率的计算公式：
Q=Ptanφ，（5）
式（5）中，Q为无功功率，kvar。
并联电容器容量QC的计算公式是：
QC=αP（tanφ1-tanφ2），（6）
式（6）中，QC为并联电容器容量，kvar；α为平均负荷系数；考核电网高峰时的功率因数，按最不利条件（用户高峰与系统同时出现），可取α=1；tanφ1为补偿前计算负荷功率因数正切值；tanφ2为补偿后功率因数正切值。补偿后的功率因数为：
（7）
式（7）中，P2为补偿后的有功功率，kW；Q2为补偿后的无功功率，kvar。
补偿后，功率因数变为0.93时，计算得QC=1781kvar。
因此，选取补偿电容器的电容为1800kvar，变电所电气楼功率因数提高到0.93，此时有功功率还是3115.93kW，无功功率变为1212.29kvar，视在功率是3343.45kV·A。这时变压器的有功损耗ΔP，ΔP=0.01S=33.43kW，变压器的无功损耗ΔQ，ΔQ=0.05S=167.17kvar。折至10kV侧负荷，有功功率为3149.36kW，无功功率为1379.47kvar，视在功率为3438.23kV·A。干燥车间变电所功率因数提高到0.94时，计算得QC=490kvar，選取补偿电容器值为500kvar；电气楼变电所380V负荷，功率因数提高到0.92时，计算得QC=145.68kvar，选取补偿电容器值为150kvar；生活区变电所380V负荷，功率因数提高到0.94时，计算得QC=93.6kvar，选取补偿电容器值为90kvar；高压负荷10kV，功率因数提高到0.92，计算得QC=209.95kvar，选取补偿电容器值为210kvar。
3 结论
选煤厂进行无功补偿以后，可使功率因数满足要求，减少电能的损耗，提升电能质量，降低生产成本。同时，解决了系统三相不平衡问题，起到稳压的作用。目前，在中国无功补偿技术发展迅速，设备的稳定性也在逐渐提高，一些新的产品、新的技术也在逐渐成熟，取得较好的经济效益。
参考文献
[1] 张滨滨.低压电容器无功就地补偿技术的应用及效果[J].水泥工程，1999（01）：36-38.
[2] 唐立春.动态无功补偿技术探讨[J].农村电气化，2007（04）：44-45.
[关键词]电容器；无功补偿技术；选煤厂；应用
中图分类号：TM571 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）44-0007-01
在功率三角形中，有功功率P和视在功率S的比值，就是功率因数cosφ。从中能看出功率因数反应了电源输出的视在功率被有效利用的程度。当cosφ越大，视在功率将大部分用来供给有功功率，从而降低了无功功率。选煤厂的设备功率因数一般在0.7左右，系统传送的有功功率相对来说很低，从而无法使设备的效率得到充分的利用，直接影响到企业的经济效益。同时，功率因数低时，无功损耗大，容易造成设备使用寿命的缩短，使安全问题增加。因此选煤厂的设计中通过提高功率因数来进行无功补偿。无功补偿是一项能够有效提高功率因数的节能措施，有着见效快、投资少的特点。并联补偿电容器的工作原理简单，操作方便，运行经济效益高，并且能够分组投切以保证电压合格率和功率因数的合理性。目前，我国很大一部分地区的配电网和农网的平均因数过低，相信通过采用补偿电容器进行合理的补偿，其供电质量一定能够得到有效提高，并能取得更为明显的经济效益。
1 无功补偿的意义
1.1 降低输电线路的有功功率损耗
提高电网输电效率式（1）中，ΔP为线路有功功率损失，kW；I为电流，kA；R为线路每相电阻，Ω；P1为线路输送的有功功率，kW；U为线路电压，kV。由式（1）可看出，有功功率的损失和功率因数的平方成反比。当提高cosφ值，ΔP值下降。
（1）
1.2 提高母线运行电压
线路电压损失：
（2）
式（2）中，ΔU为线路电压损失，%；I1为负荷电流，A；cosφ1为负荷功率因数；sinφ1为负荷功率因数角的正弦值；tanφ1为负荷功率因数角的正切值；Un为系统标称电压，kV；P2为负荷的有功功率，kW；l为线路长度，km；R'为三相线路单位长度的电阻，Ω；X'为三相线路单位长度的电抗，Ω/km。由式（2）可看出，线路电压损失和tanφ1值成正比。当cosφ1提高了，tanφ1值变小，则ΔU变小。即当提高功率因数，电压降落值降低。
1.3 释放变压器容量
在额定容量为S1的变压器，保持有功功率P不变时，进行无功补偿，将负荷的功率因数由cosφ1提高到cosφ2，此时变压器的容量为S2。则：
（3）
式（3）中，ΔS为无功补偿前后变压器容量差值，kvar。由于cosφ2>cosφ1，ΔS>0，即S2>S1。
1.4 节约电能减少电费支出
中国规定：100kVA及以上高压供电的用户功率因数为0.90以上。功率因数达不到供电局的要求，会造成无功功率罚款，甚至拒绝供电。同时为了防止因用户功率因数过低，对电网产生不利影响，制定了“按功率因数调整电费的办法”。当cosφ比设定标准值高时，cosφ每提高0.01都会降低电费单价，当cosφ比设定标准值低时，cosφ每降低0.01都会增加电费单价。因此，当cosφ提高后，会减少电费支出。
2 无功功率补偿的种类和特点
2.1 集中补偿
集中补偿将无功补偿装置设在企业或地方总降压变电所的母线上，用来提高整个变电所的功率因数，使该变电所的供电范围内无功功率基本平衡。在变电所内安装集中补偿电容器，是当前无功补偿的主要形式。具有安装简单、投资相对较低、检修方便等优点。其缺点是不能减少干线和分支线的无功功率。
2.2 就地补偿
就地补偿是将无功补偿装置分别装设在异步电动机或电感性用电设备附近，就地进行无功补偿。能将用电设备至发电厂全程供配电设备、线路都得到补偿。特别是低压线路和变压器的损耗大幅度降低。其缺点是电容器将随着用电设备同工作同停止，所以利用率较低、后期维护费用较大、管理不方便。这种补偿方式只适用于长期运行的大容量电气设备及所需无功补偿容量较大的负荷，或由较长线路供电的电气设备。
2.3 分组补偿
将补偿设备分别装设在功率因数较低的车间变电所的高压或低压母线上，也称分散补偿，这种方式和集中补偿具有相同的优点，但是设备补偿容量和范围相对较小。目前采用比较广泛。
3 选煤厂采取无功补偿的例分析
以山西大东沟选煤厂为例。电气楼变电所低压采用660V系统对原煤系统、主厂房系统、浓缩车间、产品储运系统、装车系统和生产清水池泵房进行供电。在电气楼变电所内，在低压侧母线安装并联电容器柜进行集中补偿。
下面计算需要的电容器的容量。
有功功率的计算公式：
P=KxPe，（4）
式（4）中，Pe为用电设备组的工作容量，kW；
无功功率的计算公式：
Q=Ptanφ，（5）
式（5）中，Q为无功功率，kvar。
并联电容器容量QC的计算公式是：
QC=αP（tanφ1-tanφ2），（6）
式（6）中，QC为并联电容器容量，kvar；α为平均负荷系数；考核电网高峰时的功率因数，按最不利条件（用户高峰与系统同时出现），可取α=1；tanφ1为补偿前计算负荷功率因数正切值；tanφ2为补偿后功率因数正切值。补偿后的功率因数为：
（7）
式（7）中，P2为补偿后的有功功率，kW；Q2为补偿后的无功功率，kvar。
补偿后，功率因数变为0.93时，计算得QC=1781kvar。
因此，选取补偿电容器的电容为1800kvar，变电所电气楼功率因数提高到0.93，此时有功功率还是3115.93kW，无功功率变为1212.29kvar，视在功率是3343.45kV·A。这时变压器的有功损耗ΔP，ΔP=0.01S=33.43kW，变压器的无功损耗ΔQ，ΔQ=0.05S=167.17kvar。折至10kV侧负荷，有功功率为3149.36kW，无功功率为1379.47kvar，视在功率为3438.23kV·A。干燥车间变电所功率因数提高到0.94时，计算得QC=490kvar，選取补偿电容器值为500kvar；电气楼变电所380V负荷，功率因数提高到0.92时，计算得QC=145.68kvar，选取补偿电容器值为150kvar；生活区变电所380V负荷，功率因数提高到0.94时，计算得QC=93.6kvar，选取补偿电容器值为90kvar；高压负荷10kV，功率因数提高到0.92，计算得QC=209.95kvar，选取补偿电容器值为210kvar。
3 结论
选煤厂进行无功补偿以后，可使功率因数满足要求，减少电能的损耗，提升电能质量，降低生产成本。同时，解决了系统三相不平衡问题，起到稳压的作用。目前，在中国无功补偿技术发展迅速，设备的稳定性也在逐渐提高，一些新的产品、新的技术也在逐渐成熟，取得较好的经济效益。
参考文献
[1] 张滨滨.低压电容器无功就地补偿技术的应用及效果[J].水泥工程，1999（01）：36-38.
[2] 唐立春.动态无功补偿技术探讨[J].农村电气化，2007（04）：44-45.