野猫能养吗:当代最大科技之谜(在电源学报中设立无功补偿讨论专栏)

无功补偿方案的探讨

一、怎样进行无功补偿??
应采取就地平衡的原则，使电网任一时刻无功总出力(含无功补偿)与无功总负荷(含无功总损耗)保持平衡。望奎局已实现了变电所的集中补偿，本文不再涉及，仅就10kV线路，配变与电动机的补偿加以讨论。
(1)10kV配电线路的无功补偿：
望奎局在每条10kV配电线路上安装1～2处高压无功自动补偿装置，补偿容量按线路配变总容量的10%掌握。望奎局公用配变容量为40500kVA，需补偿无功容量约为4000kvar，约需资金55万元。经计算，安装一处时，宜将无功自动补偿装置安装在距线路首端的2/3线路长度处。安装两处时，第一处安装在距线路首端的2/5线路长度处，另一处安装在距线路首端的4/5线路长度处，各处容量为线路总补偿容量的一半。具体安装时，还应考虑便于操作、维护和检修工作等。
(2)配电变压器的无功补偿：
农网的大部分配电变压器昼夜负荷变化较大，许多村屯用电多为居民生活用电，白天及后半夜多数变压器处于轻载或空载状态。我们知道变压器的损耗包括有功损耗和无功损耗，无功损耗包括空载励磁损耗及漏磁无功损耗。从配电网线损理论计算可知，配电变压器的无功损耗约占配电网总损耗的60%左右。为有效补偿配电变压器本身的无功功率，避免轻载时功率因数超前，电压升高及节约资金，对容量在200kVA以下的配电变压器按配变容量的5%左右掌握实行静态无功补偿。将补偿装置装设在配变低压出口处，随配变同时投切。对200kVA及以上的配变安装自动跟踪补偿装置。
(3)电动机的无功补偿：
7.5kW及以上投运率高的电动机最好进行无功补偿，为防止出现因过补而产生的谐振过电压，烧毁电动机，应将电动机空载时的功率因数补偿到接近1。因为电动机空载时的无功负荷最小，补偿后满载的电动机功率因数仍为滞后，这样就避免过补偿现象的发生。将低压电容器同设备一起投切，直接补偿设备本身的无功损耗。
①机械负荷惯性较小的电动机(如风机等)：
Qc≈0.9Qo　　　　　(1)
式中Qc--补偿容量，kvar
Qo--电动机空载无功功率，kvar
电动机空载电流可由厂家提供，如无，可参照(2)式确定：
Io=2Ie(1-cosφ)A (2)
式中Io--电动机空载电流(A)
Ie--电动机额定电流(A)
cosφ--电动机额定负荷时功率因数
②机械负荷惯性较大的电动机(如水泵等)：
Qc=(1.3～1.5)Qo 　　　　 (3)
③车间、工厂集中补偿容量可按(4)式确定：
Qc=Pm(tgφ1-tgφ2)　 　　　(4)
式中 Pm--最高负荷时平均有功功率
　 tgφ1--补偿前功率因数角的正切值
tgφ2--补偿后功率因数角的正切值
电动机的无功补偿，由于受益方主要是客户本身，因此投资应由客户自己承担。
二、 经济效益分析
(1)配电变压器无功补偿经济效益分析：
电网实现无功补偿后，不仅降低配变用电设备的损耗，而且使高低压配电电流减少，导致线损率的降低，同时主变铜损及上一级输电线路的导线损失降低。全部考虑将使计算复杂。为简化计算程序，可以采用无功补偿经济当量来计算无功补偿后的经济效益。它的物理意义是每安装1kvar的补偿电容器，相当于有功损耗降低多少千瓦。补偿装置于配电变压器低压母线侧，无功经济当量值查有关手册可取0.15。为使计算更具科学性，根据望奎县实际情况，计算时取0.1。望奎县供电区需安装无功补偿容量为2500kvar，经计算，每年可减少电量损失170万kW?h，每kW?h购电单价按0.3元计算，每年可有50万元的收益。
(2)10kV配电线路无功补偿经济效益分析：
10kV配电线路共需无功补偿容量约为4000kvar，无功经济当量查有关手册可取0.06，补偿设备每天投运按6小时左右，经计算，每年可减少电量损失节约50万kW?h，每kW?h按0.3元购电单价计算，每年可有15万元的收益。
(3)无功补偿设备本身的经济效益分析：
安装无功补偿设备后，设备本身损耗的电量可按下式计算：
A=Qc?tgφ　　　　　(5)
式中 Qc--投运电容器容量，kvar
tgφ--电容器介质损失角的正切值
T--电容器投运时间
经计算，无功补偿设备年消耗电量为16万kW?h，每年有5万元的负收益。
通过以上分析表明，无功补偿总投资约为100万元，设备投运后每年可有60万元的收益，两年即可收回全部投资。
三、　结论
进行合理的无功补偿的确是一条投资小、见效快、收益高、切实可行的、能较大幅度降低线损，提高电能质量的有效途径。
作者: 张必成 毕艳玲

还真没碰到这种情况的 我所见只有KVA的情况
不过搂主把KVA理解成KW 还是有些不妥的
KW：有功功率（P）单位
KVA：视在功率（S）单位
VAR： 无功功率Q 单位
最起码这三者还是要分开的 而作为电力变压器 标示容量时应为KVA
补偿无功功率节电原理2008-11-25

在交流电路中，由电源供给负载率有两种：一种是有功功率，一种是无功功率。
有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量（机械能、光能、热能）的电功率。比如：5.5千瓦的电动机就是把5.5千瓦的电能转换为机械能，带动水泵抽水或脱粒机脱粒；各种照明设备将电能转换为光能，供人们生活和工作照明。有功功率的符号用P表示，单位有瓦（W）、千瓦（KW）、兆瓦（MW）。
无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。比如40瓦的日光灯，除需40多瓦有功功率（镇流器也需消耗一部分有功功率）来发光外，还需80乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。由于它不对外做功，才被称之为“无功”。无功功率的符号用Q表示，单位为乏（Var）或千乏（kVar）。
无功功率决不是无用功率，它的用处很大。电动机的转子磁场就是靠从电源取得无用功率建立的。变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。为了形象地说明问题，现举一个例子：农村修水利需要挖土方运土，运土时用竹筐装满土，挑走的土好比是有功功率，挑空竹筐就好比是无功功率，竹筐并不是没用，没有竹筐泥土怎么运到堤上呢？
在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，那么，这些用点设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。
无功功率对供、用电产生一定的不良影响，主要表现在：
（1） 降低发电机有功功率的输出。
（2） 降低输、变压设备的供电能力。
（3） 造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。
（4） 造成底功率因数运行和电压下降，使电气设备容量得不到充分发挥。
从发电机和高压电线供给的无功功率，远远满足不了负荷的需要，所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率，以保证用户对无功功率的需要，这样用电设备才能在额定电压下工作。这就是电网需要装设无功补偿装置的道理。
2、功率因数
电网中的电力负荷如电动机、变压器等，属于既有电阻又有电感的电感性负载。电感性负载的电压和电流的相量间存在着一个相位差，通常用相位角φ的余弦cosφ来表示。Cos φ称为功率因数，又叫力率。功率因数是反映电力用户设备合理使用状况、电能利用程度和用电管理水平的一项重要指标。三相功率因数的计算公式为：


式中cosφ———功率因数；
P————有功功率，kw；
Q————无功功率，kVar；
S————视在功率，kv，A。
U————用电设备的额定电压，V。
I————用电设备的运行电流，A。
功率因数分为自然功率因数、瞬时功率因数和加权平均功率因数。
（1）自然功率因数：是指用电设备没有安装无功补偿设备时的功率因数，或者说用电设备本身所具有的功率因数。自然功率因数的高低主要取决于用电设备的负荷性质，电阻性负荷（白炽灯、电阻炉）的功率因数较高，等于1。而电感性负荷（电动机、电焊机）的功率因数比较低，都小于1。
（2）瞬时功率因数：是指在某一瞬间由功率因数表读出的功率因数。瞬时功率因数是随着用电设备的类型、负荷的大小和电压的高低而时刻在变化。
（3）加权平均功率因数：是指在一定时间段内功率因数的平均值，其计算公式为：
提高功率因数的方法有两种，一种是改善自然功率因数，另一种是安装人工补偿装置。
无功功率补偿的种类和特点
1． 集中补偿
在高低压配电所内设置若干组电容器，电容器接在配电母线上，补偿供电范围内的无功功率，如图1所示。1.2组合就地补偿（分散就地补偿）电容器接在高压配电装置或动力箱的母线上，对附近的电动机进行无功补偿，如图2所示。

2． 单独就地补偿
将电容器装于箱内，放置在电动机附近，对其单独补偿。图3为电容器直接接在电动机端子上或保护设备末端，一般不需要电容器用的操作保护设备，称为直接单独就地补偿。
油井使用电容补偿器后，无功功率和视在功率下确实很明显，但是为什么有功功率和单井有功电量都上升了。这样的话，究竟是节电了还是耗电增加了？无功补偿见到效果，应该有哪些体现？单井有功电量应该有什么反应？请专家赐教！
答：一般的用电负载都有线圈，如异步电动机绕组、电器的线圈等。线圈消耗感性无功（即常称为滞后无功），电容则消耗容性无功（即常称为超前无功）。

无功功率是不消耗能量的功率，只是在交流电的半个周期内暂时将电能以磁场（感性无功）或电场（容性无功）的形式储存起来，然后再另外半个周期内将所储存的能量返还给电网。

虽然无功不消耗电能，但是要储存电功率就必须通过增加电流来实现。而电流的增加，电网传输线路的损耗将增大。所以增加无功本身不消耗功率，而是增加电流使电能传输的损耗增加。此外，由于电流的增加，供配电设备的负担加重，负载能力下降。因此，应该进行补偿。否则，电业部门将增收一定的额外收费以作线路损耗和其它因此而造成的费用。

你说：油井使用电容补偿器后，无功功率和视在功率下降确实很明显，但是为什么有功功率和单井有功电量都上升了？其实，若油井或单井设备的工作量没有增加，有功功率和单井有功电量都不会上升。

你说的情况可能是：1、无功功率占视在功率的比重上升了，或者说功率因数上升了。或者说是由于电网电流下降，可以增加负载。2、油井或单井的用点设备增加，因才可能使有功电量上升。
对于第一种情况，应该说是省电了，或能量损耗减少了；对于第二种情况，不能说不是节电，应该说提高了供电设备的效率。也就是说，如果不补偿，同样的供电设备和线路提供不了那么多的有功功率，现在补偿后能够提供那么多的有功功率是设备的效率或利用率增加了，也是有很高的经济效益的。

补偿电容器的主要作用是通过补偿无功来提高用电设备的功率因数，所以说从用电部门来讲不会有什么集体的不同感觉，有功电量的消耗也不会有明显增加，但无功的消耗一定是明显降低的，由于供电局向工业企业供电时无功消耗也是计费的，着也就是说用电企业会因无功消耗的降低而节约很大一笔开支，在许多地区，如果企业能将功率因数提高到0.9以上的，供电局会返还一定比例的电费作为奖励，如果你单位的功率因数较高，建议你去当地的供电部门咨询一下。

电网中的许多点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 Q
S= S
式中
S————视在功率，KVA φ
P————有功功率，KW P
Q————无功功率，kvar 图一
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称为功率因数。
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、降低设备利用律，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。
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连接在同一电路，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
Q1 P————有功功率
S1————补偿前的视在功率
S1 S2 Q2 S2————补偿后的视在功率
Q1————补偿前的无功功率
φ2 φ1 Q2————补偿后的无功功率
P φ1————补偿前的功率因数角
图二 φ2————补偿后的功率因数角
由图示中可以看出，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φ1φ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△P的计算公式为
△ P=3
式中P——有功功率，KW
U————额定电压，KV；
R————线路总电阻，?。
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。
3、 改善电压质量
线路中电压损失△U的计算公式
U=3
Q1
S1 式中P————有功功率，KW；
S2 Q————无功功率，Kvar；
Q2 U————额定电压，KV；
φ2 φ1 R————线路总电阻，?；
P 图三 X ————线路感抗，?。
由上式可见，当线路中，无功功率Q减小以后，电压损失△U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+△P，可见，设备的有功出力提高了。
电容器容量的选者：
电容器安装容量的选者，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,
(kvar)
或 (kvar)

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。
感性负载：即和电源相比当负载电流滞后负载电压一个相位差时负载为感性（如负载为电动机、变压器）
容性负载：即和电源相比当负载电流超前负载电压一个相位差时负载为容性（如负载为补偿电容）
阻性负载：即和电源相比当负载电流负载电压没有相位差时负载为阻性（如负载为白炽灯：电炉） 混联电路中容抗比感抗大，电路呈容性反之为感性。

电容单位换算　2009-01-27 23:49
分类：模电/数电/单片机
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电容器Q容量Kvar换算C容值uF公式
I＝0.314×C×U
C=Q / 0.314×U×U
Q容量=单位Kvar
C容值=单位uF
1F=1000000μF
I为补偿电流，单位为A，
式中0.314＝2πf/1000
U电压单位=KV
补充
C=Q/U
式中 C——电容器的电容，单位为法拉（F）
Q——电容器所带电荷，单位为库仑（C）
U——电容器两级间的电势差，单位为伏特（V）
1F=1000000 uf (6个0) =1000000000000 PF（12个0）
当给电容器两端施以正弦交流电压时，它发出的无功功率称为无功容量。用如下公式表示：
Q=UU/Xc=2 π fCUU　
例如：1Kvar 额定电压为0.4KV 计算容值uf
Q=2πfCUU　
C=Q/2πfUU
C（F）=1000(var)/2×3.14×50×400（V）×400（V）
C=1000/50240000
C=0.00001990445
0.00001990445(F)×1000000=19.90445(uf)
简化公式为
C=Q / 0.314×U×U 　
其实0.4 KV电容Kvar换算uf 乘以系数就好，误差也不大，系数为20
还可以口算就能算出来（系数可以自已多算几个电压等级的）
1Kvar×20=20 uf 10Kvar×20=200 uf 20Kvar×20=400uf
电容定义：
电容是表征电容器容纳电荷的本领的物理量。我们把电容器的两极板间的电势差增加1伏所需的电量，叫做电容器的电容。
电容的符号是C。
在国际单位制里，电容的单位是法拉，简称法，符号是F,常用的电容单位有毫法(mF)、微法(μF)、纳法(nF)和皮法(pF)(皮法又称微微法)等，换算关系是：
1法拉(F)= 1000毫法(mF)＝1000000微法(μF)
1微法(μF)= 1000纳法(nF)= 1000000皮法(pF)。
相关公式：
一个电容器，如果带1库的电量时两级间的电势差是1伏，这个电容器的电容就是1法，即：C=Q/U 但电容的大小不是由Q或U决定的，即：C=εS/4πkd 。其中，ε是一个常数，S为电容极板的面积，d为电容极板的距离， k则是静电力常量。
电容器的电势能计算公式：E=CU^2/2

无功补偿的意义和方法

意义和方法如下：

◎改善电能质量
负荷(P+JQ)电压损失ΔU简化计算如下：
ΔU=(PR+QX)/U (1)
式中　U-线路额定电压，kV
P-输送的有功功率，kW
Q-输送的无功功率，kvar
R-线路电阻，Ω
X-线路电抗，Ω
安装补偿设备容量Qc后，线路电压降为ΔU1，计算如下：
ΔU1=[PR＋(Q－Qc)X]/U (2)
很明显，ΔU1＜ΔU，即安装补偿电容后电压损失减小了。由式(1)、(2)可得出接入无功补偿容量Qc后电压升高计算如下：
ΔU-ΔU1=QcX/U (3)
由于越靠近线路末端，线路的电抗X越大，因此从(3)式可以看出，越靠近线路末端装设无功补偿装置效果越好。

◎降低电能损耗
安装无功补偿主要是为了降损节能，如输送的有功P为定值，加装无功补偿设备后功率因数由cosφ提高到cosφ1，因为P＝UIcosφ，负荷电流I与cosφ成反比，又由于P＝I2R，线路的有功损失与电流I的平方成正比。当cosφ升高，负荷电流I降低，即电流I降低，线路有功损耗就成倍降低。反之当负荷的功率因数从1降低到cosφ时，电网元件中功率损耗将增加的百分数为ΔPL%，计算如下：
ΔPL%＝(1/cos2φ-1)•100% (4)
功率因数降低与功率损耗增加的百分数之间的关系如表1。
表1
功率因数从1降低到左列数值 0.95 0.9 0.85 0.8 0.75 0.7 0.65
电网元件中有功损耗增加百分数△PL% 11 23 38 56 78 104 136
功率因数提高对降低有功功率损耗的影响见表2。
表2
功率因数由右列数值提高到0.95 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9
可变有功功率损耗降低的百分数 60 53 46 38 29 20 10

◎挖掘发供电设备潜力
(1)在设备容量不变的条件下，由于提高了功率因数可以少送无功功率，因此可以多送有功功率。可多送的有功功率ΔP计算如下：
ΔP=P1-P=S(cosφ1-cosφ) (5)
(2)如需要的有功不变，则由于需要的无功减少，因此所需要的配变容量也相应地减少ΔS计算如下：
ΔS＝S-S1＝P(1/cosφ-1/cosφ1) (6)
可以减少供电设备容量占原容量的百分比为ΔS/S计算如下：
ΔS/S=(cosφ1-cosφ)/cosφ1=(1-cosφ/cosφ1) (7)
(3)安装无功补偿设备，可使发电机多发有功功率。系统采取无功补偿后，使无功负荷降低，发电机就可少发无功，多发有功，充分达到铭牌出力。

◎减少用户电费支出
(1)可以避免因功率因数低于规定值而受罚。
(2)可以减少用户内部因传输和分配无功功率造成的有功功率损耗，因而相应可以减少电费的支出