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无功补偿基本原理和形式有哪些？
发布时间：
2023-07-31
来源：
电气圈
一般来说，系统中提到的无功负载大多是感性无功负载，将具有容性功率负载的装置与感性功率负载连接在同一电路上。当感性无功负载吸收能量时，容性负载释放能量，而当感性负载释放能量时，容性负载吸收能量，能量在容性负载和感性负载之间交换，使容性负载吸收的无功功率可以从容性负载装置输出的无功功率中得到补偿，无功功率可以就地平衡，从而减少线路损失，提高带载能力，降低电压损失，缓解电厂供电压力。这是无功补偿的基本原理。
相位分析无功补偿的基本原理：
电感负载中的电流IL滞后电压为90°，而纯电容的电流IC超前电压为90°。
电容器中的电流与电感器中的电流相位相差180°，可相互抵消。
电力系统中的负载大多是感性负载，因此总电流I将滞后电压在一个角度φ1。如果并联电容器与负载并联，则I'=I+IC，电容器的电流会抵消部分电感电流，从而使总电流从I降低到I'，相位角从φ1降低到φ2，可以提高功率因数，无功就地平衡。
无功补偿的补偿形式:
1.个别补偿
个别补偿是单台电气设备所需的无功就近补偿方法。电容器直接连接到单台电气设备的同一电路，由同一开关控制，同时投入运行或断开。
这种补偿方法效果最好。电容器靠近电气设备，就地平衡无功电流，避免无负荷过度补偿，保证供电质量。
这种补偿方法常用于高低压电机等电气设备。但当用户设备不连续运行时，电容器利用率低，无法充分发挥其补偿效益。
2.分散补偿
分散补偿是将电容器分组安装在车间配电室或变电站各分路的出线上，可根据系统负荷的变化投入或切断电容器组，补偿效果更好。但是成本比较高。
3.集中补偿
集中补偿是电容器组集中安装在变电站一次或二次侧的母线上。
这种补偿方式安装简单，运行可靠，但补偿效果比前两种补偿方式差，成本相对较高。
无功补偿的收获：
1.补偿无功功率，提高功率因数(如下图所示)
2.减少输电线路和变压器的损耗
合理的补偿可以有效地降低系统电流。以系统自然功率0.7为例。如果系统功率因数通过补偿装置提高到接近1的水平，系统电流将降低30%左右，即线路和变压器的损耗可降低到P=I2R=(1-30%)2R=0.49R，即线路和变压器的损耗可降低51%。
电力企业的自然功率因数一般在0.7左右，功率因数从0.7提高到0.95以上，线损降低率和变压器铜损降低率如下表所示：
降低线路和变压器损耗，节约有功功率，是一项重要的节能措施。
比如在石油行业，如果线路比较长，比较复杂，可以通过增加无功补偿设备来降低运行电流，从而减少线路损耗，节约有功功率，节能效果明显。
3. 提高电网传输能力，提高设备利用率
由于补偿装置能有效降低系统电流和视觉功率，能有效降低电网建设中所有相关设备的容量，从而降低电网建设中的投资。
对于功率因数在0.7左右的系统，由于有效的补偿，系统电流可以降低30%，即电厂和配电设施的带载能力可以提高30%。
若变压器及线路小容量不足，可通过安装无功补偿装置解决。
无功补偿装置的安装可以使无功功率就地平衡，从而降低流过线路和变压器的电流，减缓导线和变压器的绝缘老化速度，延长使用寿命。
同时可以释放变压器和线路的容量，增加变压器和线路的负荷能力。
例如，有一台100KVA变压器，目前负载率为85%，COSφ=0.7。
若安装无功补偿设备，可使变压器释放30%的带载量，用户可在变压器不增容的情况下，增加负载，扩大再生产。
4.提高电压质量
由于系统中大量的感性负载会导致供电线路的压降，尤其是在供电线路的末端合理的补偿可以有效地缓解线路压降，提高电能质量。
电路中电压损失的计算公式如下：
由于系统的感抗远远大于阻抗，从上面的公式可以看出，无功率的变化会导致电压的巨大变化。
在线路中，无功功率Q降低后，电压损失也会降低。
对供电线路末端电压一般较低，可通过增加无功补偿装置来提高线路末端电压，使用记忆设备安全可靠运行。
另一方面，随着工业的发展，使用了大量的自动控制设备和非线性负载，大量谐波在供配电网络中流动，污染了电网。
通过合理配置补偿滤波设备，抑制或大幅降低谐波对供电系统和电气设备的影响是提高电能质量的主要手段之一。
5.节约电费支出
通过合理的补偿，使计量点的功率因数符合国家标准的要求，可以消除电力电费，大大降低电力用户的电费支出。
注:动态无功补偿装置的有功节能只降低了补偿点与发电机之间的供配电损耗。
因此，高压网侧的无功补偿不能减少低压阀侧的损耗，也不能提高低压供电变压器的利用率。根据最佳补偿理论，当地动态无功补偿节能效果最为显著。
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