1、什么是無功功率？對(duì)無功功率的認(rèn)識(shí)。

答：無功功率是一交換功率的幅值，反映了內(nèi)部與外部交換能量的能力大小，即電源與電感與電容之間能量交換的最大值。

（1） 電力網(wǎng)在運(yùn)行時(shí)，電源供給的無功功率是用來在電氣設(shè)備中建立和維持磁場(chǎng)，進(jìn)行能量的交換的，它為能量的輸送、轉(zhuǎn)換創(chuàng)造了必須的條件。沒有它，變壓器就不能變壓和輸送電能，沒有它，電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)就建立不起來，電動(dòng)機(jī)就旋轉(zhuǎn)。

（2） 由于無功電力不直接做實(shí)際消耗之功，他僅完成電磁能量的相互轉(zhuǎn)換，反映出交流電流電路中的電感、電容和電源之間進(jìn)行能量交換的規(guī)模，因而也就不消耗燃料或水能。

（3） 無功功率和有功功率是密切相關(guān)的，輸送有功電力時(shí)需要消耗無功功率，輸送無功功率時(shí)需要消耗有功功率，無功功率和有功功率都是通過電流傳輸?shù)?，?dǎo)體中的電流成分既包括無功成分，也包括有功成分。這個(gè)電流通過導(dǎo)體的電阻和電抗時(shí)，就會(huì)造成無功損耗和有功損耗，還會(huì)造成電壓降落，直接影響電力網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行。

（4） 電力系統(tǒng)中的無功損耗包括變壓器的無功損耗：勵(lì)磁損耗和繞組中的損耗，以及電力線路的無功損耗：并聯(lián)電納和串聯(lián)電抗。

2、電力網(wǎng)中為什么要進(jìn)行無功補(bǔ)償？

答：在電力系統(tǒng)中，如變壓器、電動(dòng)機(jī)等許多工作時(shí)需要?jiǎng)?lì)磁的設(shè)備都需要從電力系統(tǒng)中吸收感性無功功率來勵(lì)磁工作的，還有輸電線路具有分布電容，在電壓下將產(chǎn)生容性無功功率，也就是說線路要吸收感性無功。在電力系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)是唯一的有功電源，也是為基本的無功電源。如果我們只依靠發(fā)電機(jī)來提供無功功率的話，電力系統(tǒng)中之間由于無功功率不斷地來回地交換會(huì)引起發(fā)電、輸電及供配電設(shè)備上的電壓損耗及功率損失，況且發(fā)電機(jī)發(fā)出的所有功率等于有功功率與無功功率的矢量和，提供的無功功率多時(shí)，提供的有功功率就少了，這種運(yùn)行方式也是很不經(jīng)濟(jì)的。假如系統(tǒng)會(huì)用這種方式運(yùn)行，由于各種變壓器、電動(dòng)機(jī)等感性無功負(fù)荷離發(fā)電機(jī)太遠(yuǎn)，無功功率不斷地在這些點(diǎn)之間來回地進(jìn)行流動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致線損增大此時(shí)還會(huì)增加發(fā)電機(jī)、變壓器及其他電器設(shè)備和導(dǎo)線的容量，還會(huì)使用戶選擇控制、測(cè)量的規(guī)格加大。何況上述運(yùn)行方式下，提供的無功功率是很有限的，對(duì)于整個(gè)電力系統(tǒng)來說，對(duì)我功功率的需求是很大的。當(dāng)無功功率不足時(shí)，會(huì)使線路及變壓器的壓降增大，如果是沖擊性無功功率負(fù)載，會(huì)產(chǎn)生電壓劇烈波動(dòng)，使供電質(zhì)量嚴(yán)重降低。比如電弧爐、軋鋼機(jī)等設(shè)備會(huì)頻繁的無功功率沖擊，會(huì)使電網(wǎng)電壓劇烈波動(dòng)，甚至是同一電網(wǎng)上的用戶無法正常工作。當(dāng)電壓降落時(shí)，會(huì)對(duì)許多設(shè)備的使用產(chǎn)生不良影響。比如降落過多，電動(dòng)機(jī)可能停止運(yùn)轉(zhuǎn)，或不能啟動(dòng)。電壓降低，電動(dòng)機(jī)電流將顯著增大，繞組溫度升高，嚴(yán)重情況下會(huì)使電動(dòng)機(jī)燒毀。

3、如何進(jìn)行無功補(bǔ)償？

答：電容電路與電感電路相似，在電容元件與電源之間也有無功功率在進(jìn)行交換，只是時(shí)間上差半個(gè)周期，即當(dāng)電感電路從電源吸收能量的半個(gè)周期，恰為電容放電過程，另半個(gè)周期則是電感元件向電源送還能量，而電容電路恰為充電過程。將電容與電感并聯(lián)起來，電容元件就可以取代電源，與電感進(jìn)行這部分無功功率的交換。交流電源是必須有的，它是提供有功功率的。其實(shí)無功功率也是很難做到完全補(bǔ)償?shù)摹?/span>

注釋：絕大部分電氣設(shè)備的等效電路可看作電阻R與電感L串聯(lián)的電路。

4、電力網(wǎng)采取的無功補(bǔ)償方式都有哪些？

答：電力網(wǎng)常用的無功補(bǔ)償方式包括：集中補(bǔ)償方式、分散就地補(bǔ)償方式和單機(jī)就地補(bǔ)償方式。

a) 將補(bǔ)償電容器直接接在變電所的高壓或低壓母線上，對(duì)該變電所供電范圍內(nèi)的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，成為集中補(bǔ)償方式。

電容器集中裝設(shè)在企業(yè)或地方總降壓變電所的6~10kV母線上，用來提高整個(gè)變電所的功率因數(shù)，使該變電所的供電范圍內(nèi)無功功率基本平衡?？梢詼p少高壓線路的無功損耗，而且能夠提高本變電所的供電電壓質(zhì)量。

b) 將電容器接在車間動(dòng)力箱母線上，對(duì)附近的電動(dòng)機(jī)等無功負(fù)荷進(jìn)行無功補(bǔ)償，相對(duì)于在總配電房的集中補(bǔ)償而言，稱為分散就地補(bǔ)償。

適用于高壓配電裝置或低壓動(dòng)力裝置配電箱附近有比較密集的電動(dòng)機(jī)群。特別適用于低壓4kW及以下的電動(dòng)機(jī)群或相互備用的高壓電動(dòng)機(jī)群。

c) 將電容器置于電動(dòng)機(jī)附近，對(duì)其進(jìn)行單獨(dú)就地補(bǔ)償，稱為單機(jī)就地補(bǔ)償方式。

單機(jī)就地補(bǔ)償方式主要適用于年運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)的電動(dòng)機(jī)。

5、電力網(wǎng)采取的無功補(bǔ)償方式都有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？

答：集中補(bǔ)償方式的優(yōu)點(diǎn)：

這種裝設(shè)方式與分散補(bǔ)償方式相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1） 能方便的同電容器組的自動(dòng)投切裝置配套，自動(dòng)追蹤無功功率變化而改變用戶的補(bǔ)償容量，避免在總的補(bǔ)償水平上產(chǎn)生過補(bǔ)償或欠補(bǔ)償，從而使用戶功率因數(shù)始終保持在規(guī)定范圍之內(nèi)。在這種意義上講，可使用戶達(dá)到較優(yōu)補(bǔ)償。

（2） 集中補(bǔ)償有利于控制用戶本身的無功潮流，避免受電力網(wǎng)的電壓變化或負(fù)荷變化而產(chǎn)生過大的電壓波動(dòng)。當(dāng)電壓波動(dòng)超過允許范圍時(shí)，可借助自動(dòng)投切裝置調(diào)準(zhǔn)母線電壓水平，以改善電壓質(zhì)量。

（3） 電容器組的基本容量是根據(jù)用戶正常負(fù)荷需要確定的，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，利用率高，補(bǔ)償效益就高;而且集中補(bǔ)償方式在運(yùn)行維護(hù)上較為方便，事故率相對(duì)減少，相應(yīng)的提高了補(bǔ)償效益。

集中補(bǔ)償方式的缺點(diǎn)：

這種方式只能減少裝設(shè)點(diǎn)以上線路和變壓器因輸送無功功率所造成的損耗，而不能減少用戶內(nèi)部通過配電線路向用電設(shè)備輸送無功功率所造成的損耗。其降損節(jié)電效益必然受到限制。這也就是說，集中補(bǔ)償容量再多，起作用僅限于減少變壓器本身及以上配電線路的無功損耗。

分組補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)：

（1） 分組不常有利于對(duì)無功進(jìn)行內(nèi)部分區(qū)控制，實(shí)現(xiàn)無功負(fù)荷分區(qū)平衡，減少無功功率在變配電站以下配電線路中的流動(dòng)，使內(nèi)部線損顯著降低。

（2） 對(duì)于實(shí)行分車間考核用電指標(biāo)的用戶，分組補(bǔ)償有利于分車間加強(qiáng)無功電力管理，提高本車間的功率因數(shù)，降低產(chǎn)品單耗和生產(chǎn)成本。

（3） 分組電容器的投切隨車間總的負(fù)荷水平而變化，其利用率較單臺(tái)補(bǔ)償高;分組補(bǔ)償也比單臺(tái)電動(dòng)機(jī)易于控制和管理。

分組補(bǔ)償?shù)娜秉c(diǎn)：

d) 不如集中補(bǔ)償便于管理。

e) 如果在車間裝設(shè)電容器未能分組，則補(bǔ)償容量無法調(diào)整，可能會(huì)出現(xiàn)過補(bǔ)償或欠補(bǔ)償。

f) 如果只進(jìn)行分組補(bǔ)償，則用戶變壓器消耗無功功率必須由車間電容器向上倒送，或由電網(wǎng)輸送，顯然效果不好。

g) 分組補(bǔ)償?shù)囊淮涡酝顿Y大于集中補(bǔ)償。

補(bǔ)償方式的選擇原則：以移相電容器為主，全面規(guī)劃，合理布局，分散補(bǔ)償，就地平衡，自動(dòng)控制，集中調(diào)節(jié)。

集中調(diào)節(jié)與分散補(bǔ)償相結(jié)合，以分散補(bǔ)償為主;調(diào)節(jié)補(bǔ)償與固定補(bǔ)償相結(jié)合，以固定補(bǔ)償為主;高壓補(bǔ)償和低壓補(bǔ)償相結(jié)合，以低壓補(bǔ)償為主。實(shí)現(xiàn)提高功率與降損并重為目的。

6、配電網(wǎng)的無功補(bǔ)償方式有哪幾種？

答：配電網(wǎng)無功補(bǔ)償方式主要有五種：變電站補(bǔ)償、配電線路補(bǔ)償、隨機(jī)補(bǔ)償、隨器補(bǔ)償、跟蹤補(bǔ)償。

h) 變電站補(bǔ)償

針對(duì)電網(wǎng)無功平衡，在變電站進(jìn)行集中補(bǔ)償，補(bǔ)償裝置包括并聯(lián)電容器、同步調(diào)相機(jī)、靜止補(bǔ)償器等，主要目的是平衡電網(wǎng)的無功功率，改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，提高系統(tǒng)終端變電所的母線電壓，補(bǔ)償變電站主變壓器和高壓輸電線路的無功損耗。這些補(bǔ)償裝置一般集中接在變電站10kV母線上。

i) 配電線路補(bǔ)償

線路無功補(bǔ)償即通過在線路桿塔上安裝電容器實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償。線路補(bǔ)償方式主要提供線路和變壓器需要的無功。線路補(bǔ)償點(diǎn)不宜過多，控制從簡(jiǎn)，一般不采用分組投切控制，補(bǔ)償容量不宜過大，避免出現(xiàn)過補(bǔ)償現(xiàn)象；保護(hù)也要從簡(jiǎn)，可采用熔斷器和避雷器作為過流和過壓保護(hù)。

j) 隨機(jī)補(bǔ)償

隨機(jī)補(bǔ)償就是將低壓電容器組與電動(dòng)機(jī)并聯(lián)，通過控制、保護(hù)裝置與電動(dòng)機(jī)同時(shí)投切的一種無功補(bǔ)償方式。搞好電動(dòng)機(jī)的無功補(bǔ)償，使其無功就地補(bǔ)償平衡，既減少了配電線路的損耗，同時(shí)還可以提高電動(dòng)機(jī)的出力。

k) 隨器補(bǔ)償

隨器補(bǔ)償是指將將低壓電容器通過低壓熔斷器接在配電變壓器二次側(cè)，以補(bǔ)償變壓器空載無功補(bǔ)償方式。配電變壓器在輕載或空載時(shí)的無功負(fù)荷主要是變壓器的空載勵(lì)磁無功，配電變壓器空載無功是農(nóng)網(wǎng)負(fù)荷的主要部分。

l) 跟蹤補(bǔ)償

跟蹤補(bǔ)償是指以無功補(bǔ)償投切裝置作為控制和保護(hù)裝置，將低壓電容器組補(bǔ)償在用戶配電變壓器低壓側(cè)的補(bǔ)償方式。這種補(bǔ)償方式部分相當(dāng)于隨器補(bǔ)償?shù)淖饔茫m用于100kVA及以上的專用配電變壓器用戶。

7． 各種補(bǔ)償方式的優(yōu)缺點(diǎn)?

(1)變電站的補(bǔ)償

優(yōu)點(diǎn)：管理容易，維護(hù)方便。

缺點(diǎn)：這種補(bǔ)償對(duì)10KV配電網(wǎng)的降損不起作用。

（2）配電線路補(bǔ)償

優(yōu)點(diǎn)：投資小，回收快，與管理和維護(hù)，適用于功率因數(shù)低，負(fù)荷重的長(zhǎng)線路。

缺點(diǎn)：存在適應(yīng)能力差，重載情況下補(bǔ)償不足。

（3）隨機(jī)補(bǔ)償

優(yōu)點(diǎn)：用電設(shè)備運(yùn)行時(shí)，無功裝置投入；用電設(shè)備停用時(shí)，補(bǔ)償裝置退出。更具有投資少，占地小，安裝容易，配置方便靈活，維護(hù)簡(jiǎn)單，事故率低的特點(diǎn)。適用于：補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)無功消耗。以補(bǔ)勵(lì)磁無功為主，可較好地限制配電網(wǎng)無功峰荷。年運(yùn)行小時(shí)在1000h以上的電動(dòng)機(jī)實(shí)用在隨機(jī)補(bǔ)償較其他補(bǔ)償方式更經(jīng)濟(jì)。

（4）隨器補(bǔ)償

優(yōu)點(diǎn)：接線簡(jiǎn)單，維護(hù)管理方便，能有效的補(bǔ)償配電變壓器的空載無功，限制農(nóng)網(wǎng)的基荷，使該部分就地平衡，從而提高配電變壓器的利用率，降低無功網(wǎng)損，提高用戶的功率因數(shù)，改善用戶的電壓質(zhì)量，具有較高的經(jīng)濟(jì)性，是目前無功補(bǔ)償?shù)挠行У氖侄沃弧?/span>

缺點(diǎn)：由于配電變壓器的數(shù)量多、安裝地點(diǎn)分散，因此，補(bǔ)償工作投資比較大，運(yùn)行維護(hù)工作量大。

（5）跟蹤補(bǔ)償

優(yōu)點(diǎn)：可較好的跟蹤無功補(bǔ)償?shù)淖兓?，運(yùn)行方式靈活，補(bǔ)償效果好，主要適用于大容量、大負(fù)荷的配變。

缺點(diǎn)：費(fèi)用高，且自動(dòng)投切裝置較隨機(jī)或隨機(jī)補(bǔ)償?shù)谋Ｗo(hù)裝置復(fù)雜，如有任一元件損壞，則可導(dǎo)致電容器不能投切。

8、 補(bǔ)償容量如何確定？?jī)?yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比。

答：（1）按功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)確定補(bǔ)償容量：Qc=P(tanΦ1-tanΦ2)

（2）按供電能力要求確定補(bǔ)償容量

（3）高供高計(jì)的用戶變壓器無功補(bǔ)償容量的確定

1250kVA的變壓器的有功功率：P=S*cosΦ=1250*0.85=1062.5Kw

按功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)確定的補(bǔ)償容量：Qc=P(tanΦ1-tanΦ2)=1062.5*(0.6197-0.3287)=309.19 kvar

800kVA的變壓器的有功功率：P=S*cosΦ=800*0.85=680kW

按功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)確定的補(bǔ)償容量：Qc=P(tanΦ1-tanΦ2)=197.88*((0.6197-0.3287)= 197.88kvar

所以，1250kVA的變壓器的無功補(bǔ)償容量確定為310kvar，800kVA的變壓器的無功補(bǔ)償容量確定為200kvar。

9、常見的10 kV 線路無功補(bǔ)償接線方式

常規(guī)情況下， 電力電容器在線路上有4 種不同的接線方式：

一、三相電力電容器通過跌落式熔斷器接入線路；

二、3 只單相電力電容器接成星形直接接入線路；

三、3 只單相電力電容器通過跌落式熔斷器接入線路；

四、3 只單相電力電容器尾端接高壓熔絲，套熔管100～150 mm 后接入線路。

（1）單相電力電容器如熔絲選擇得當(dāng)，則一相擊穿時(shí)，并不影響其他二相。而三相電力電容器如一相擊穿，則電力電容器就會(huì)報(bào)廢，同時(shí)，第一種接線方式選用三相電力電容器還需安裝1 組跌落式熔斷器，增加投資的同時(shí)加大了工作量。

（2）第二種接線方式工作可靠性差，當(dāng)一相電力電容器擊穿后，另二相會(huì)因?yàn)槌惺芫€電壓而燒壞，造成3 只電力電容器全部損壞。同時(shí)，電力電容器擊穿也會(huì)造成三相短路，導(dǎo)致線路停電。

（3） 第三種接線在安裝時(shí)也需增加1 組跌落式熔斷器，安裝工作量大，投資也大。

（4）第四種接線具有第三種接線工作穩(wěn)定、投資小且安裝工作量小的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)一相電力電容器擊穿時(shí)該相熔絲已熔斷，故障相與其他二相立即分離，同時(shí)熔管脫落，使巡視人員能及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，并得到妥善處理。另外，由于該種接線取消了跌落式熔斷器，不僅節(jié)省了投資，還減少了工作量。

因此，安裝電力電容器采取第四種接線方式較為恰當(dāng)。

來源：電工電氣學(xué)習(xí)網(wǎng)

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