什么是无功功率(为什么需要无功功率)

1.什么是无功功率？对无功功率的理解。答:无功功率是一个交换功率的幅值，反映了内外能量交换的能力，即电源与电感、电容之间能量交换的最大值。

(1)电网运行时，利用电源提供的无功功率在电气设备中建立和维持磁场，进行能量交换，为能量的传输和转换创造了必要的条件。没有它，变压器就不能转换和输送电能。没有它，电机的旋转磁场无法建立，电机旋转。

(2)由于无功不直接做实际消耗的功，只完成电磁能的相互转换，反映了交流电流回路中电感、电容和电源之间能量交换的规模，所以不消耗燃料或水能。

(3)无功功率和有功功率密切相关。输送有功功率时，需要消耗无功功率，输送无功功率时，无功功率和有功功率都是用电流输送的。导体中的电流分量包括无功分量和有功分量。当这种电流通过导体的电阻和电抗时，会引起无功功率损耗和有功功率损耗，还会引起电压下降，直接影响电网的经济安全运行。

(4)电力系统的无功损耗包括变压器的无功损耗:励磁损耗和绕组损耗，电力线路的无功损耗:并联电纳和串联电抗。

2、电力网中为什么要进行无功补偿？

答:在电力系统中，如变压器、电动机等许多工作时需要励磁的设备需要从电力系统中吸收感性无功功率进行励磁。还有分布电容的输电线路，在电压下会产生容性无功，也就是说线路要吸收感性无功。在电力系统中，发电机是唯一的有功功率源和基本的无功功率源。如果仅仅依靠发电机提供无功功率，电力系统之间不断交换无功功率，会造成发电、输电和供配电设备上的电压损失和功率损失。而且发电机发出的所有功率等于有功功率和无功功率的矢量和，提供的无功功率越多，提供的有功功率越少。这种运营模式也很不划算。如果系统会这样运行，由于变压器、电动机等各种感性无功负载离发电机太远，无功功率会不断在这些点之间来回流动，导致线损增加。此时，发电机、变压器等电气设备和电线的容量也将增加，供用户选择控制和测量的规格也将增加。更何况在上述运行模式下，提供的无功功率是非常有限的。对于整个电力系统来说，对我的电力需求是非常大的。当无功不足时，线路和变压器的压降会增大；如果是冲击性无功负荷，电压会剧烈波动，严重降低供电质量。比如电弧炉、轧机等设备会有频繁的无功冲击，使电网电压剧烈波动，甚至同一电网的用户无法正常工作。当电压下降时，会对许多设备的使用产生不利影响。例如，如果着陆次数过多，电机可能会停止运行或无法启动。当电压降低时，电机电流会明显增大，绕组温度升高，严重时会烧坏电机。

3、如何进行无功补偿？

答:电容电路和电感电路类似，都是电容元件和电源之间交换无功功率，但时间上的区别是半个周期，即电感电路从电源吸收能量时，半个周期正好是电容放电的过程，另半个周期是电感元件向电源返还能量的过程，而电容电路正好是充电的过程。通过并联电容和电感，电容元件可以代替电源，与电感交换这部分无功功率。交流电源是必要的，它提供有功功率。实际上，无功功率很难完全补偿。

注:大部分电气设备的等效电路可以看作电阻R和电感l的串联电路。

4、电力网采取的无功补偿方式都有哪些？

答:电网中常见的无功补偿方式有集中补偿、分散就地补偿和单机就地补偿。

a)将补偿电容器直接接入变电站的高压或低压母线，补偿变电站供电范围内的无功功率，成为集中补偿方式。

电容器集中安装在企业或地方总降压变电站的6~10kV母线上，用于提高整个变电站的功率因数，基本平衡变电站供电范围内的无功功率。它可以降低高压线路的无功损耗，提高变电站的供电电压质量。

b)将电容器接入车间动力箱母线，对附近电机等无功负荷进行无功补偿。与总配电室集中补偿相比，称为分散式局部补偿。

适用于高压配电设备或低压电力设备。配电箱附近有比较密集的电机组。特别适用于4kW及以下的低压电动机组或互为备用的高压电动机组。

c)电容器放置在电动机附近，单独就地补偿，称为单机就地补偿。

单机就地补偿主要适用于年运行时间较长的电动机。

5、电力网采取的无功补偿方式都有哪些优缺点？

答:集中补偿的优势:

与分散补偿方式相比，这种安装方式具有以下优点:

(1)能方便地与电容器组的自动投切装置配合，自动跟踪无功功率的变化来改变用户的补偿容量，避免在整体补偿水平上的过补偿或欠补偿，使用户的功率因数始终保持在规定的范围内。从这个意义上说，用户可以实现最优补偿。

(2)集中补偿有利于控制用户自身的无功潮流，避免电网电压变化或负荷变化引起的过大电压波动。当电压波动超过允许范围时，可借助自动切换装置调节母线电压水平，改善电压质量。

(3)电容器组的基本容量根据用户正常负荷需求确定，补偿效益高，运行时间长，利用率高；而且集中赔偿方式在操作维护上更加方便，事故率相对降低，赔偿效益也相应提高。

集中补偿的缺点:

这种方法只能减少安装点以上的线路和变压器输送无功功率造成的损耗，而不能减少用户内部通过配电线路向用电设备输送无功功率造成的损耗。它的损耗减少和功率节省的好处必然是有限的。也就是说，无论集中补偿容量有多大，其作用也仅限于降低变压器本身及以上配电线路的无功损耗。

分组的优势:

(1)分组不是很有利于无功内部分区控制，实现无功分区平衡，减少变电站、配电站以下配电线路的无功流量，显著降低内部线损。

(2)对于实行车间用电指标考核的用户，组补有利于加强车间无功管理，提高车间功率因数，降低产品单耗和生产成本。

(3)成组电容器的投切随车间总负荷水平而变化，其利用率高于单一补偿；组补偿也比单个电机更容易控制和管理。

分组的缺点:

d)不像集中补偿那样容易管理。

e)如果安装在车间的电容器未能分组，补偿容量无法调整，可能会出现过补偿或欠补偿。

f)如果只进行分组补偿，用户变压器消耗的无功功率必须由车间电容器送上来或由电网输送，显然效果不好。

g)团体薪酬的一次性投入大于集中薪酬。

补偿方式的选择原则:以移相电容器为主，统筹规划，合理布局，分散补偿，就地平衡，自动控制，集中调节。

集中调剂与分散补偿相结合，以分散补偿为主；调整与定额补偿相结合，以定额补偿为主；高压补偿和低压补偿相结合，低压补偿为主。目的是增加功率，减少损耗。

6、配电网的无功补偿方式有哪几种？

答:配电网无功补偿主要有五种方式:变电站补偿、配电线路补偿、随机补偿、随动补偿和跟踪补偿。

h)变电站补偿

针对电网的无功平衡，在变电站进行集中补偿。补偿装置包括并联电容器、同步相位调节器、静态补偿器等。主要目的是平衡电网的无功功率，提高电网的功率因数，提高系统终端变电站的母线电压，补偿变电站内主变压器和高压输电线路的无功损耗。这些补偿装置通常连接到变电站的10kV母线上。

I)配电线路补偿

线路无功补偿是通过在线路杆塔上安装电容器来实现的。线路补偿主要提供线路和变压器所需的无功功率。线补偿点不要太多，控制要简单。一般不采用分组投切控制，补偿容量不宜过大，避免过补偿。保护也要简单。保险丝和避雷器可用作过电流和过压保护。

j)随机补偿

随机补偿是将低压电容器组与电动机并联，通过控制和保护装置同时开启和关闭电动机的一种无功补偿方式。做好电动机的无功补偿，就地平衡其无功功率，不仅可以降低配电线路的损耗，还可以提高电动机的出力。

k)跟随器补偿

随动补偿是指低压电容器通过低压熔断器连接到配电变压器二次侧，补偿变压器的无功功率空。配电变压器在轻载或空负荷下的无功负荷主要是变压器的励磁无功，配电变压器空负荷的无功是农村电网负荷的主要部分。

l)跟踪薪酬

跟踪补偿是指以无功补偿开关装置作为控制和保护装置，在用户配电变压器低压侧补偿低压电容器组的补偿方式。这种补偿方式部分等同于跟随器补偿的功能，适用于100kVA及以上专用配电变压器的用户。

7． 各种补偿方式的优缺点?

(1)变电站补偿

优点:易于管理，维护方便。

缺点:这种补偿对10KV配电网降损没有作用。

(2)配电线路补偿

优点:投资小，回收快，管理维护方便，适用于功率因数低，负荷大的长线路。

缺点:适应性差，重载下补偿不足。

(3)随机补偿

优点:电气设备运行时，无功功率装置投入使用；当电气设备停止时，补偿装置退出。具有投资少、占地小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低的特点。适用于补偿电机的无功功率消耗。通过补充励磁无功，可以更好地限制配电网无功峰值负荷。年运行小时数超过1000小时的电机，随机补偿比其他补偿方式更经济。

(4)用设备进行补偿

优点:接线简单，维护管理方便，能有效补偿配电变压器空负荷的无功功率，限制农村电网的基本负荷，局部平衡这部分，从而提高配电变压器的利用率，降低无功网损耗，提高用户的功率因数，改善用户的电压质量。它具有很高的经济性，是目前最有效的无功补偿手段之一。

缺点:由于配电变压器数量多，安装地点分散，补偿投入比较大，运维工作量大。

(5)跟踪薪酬

优点:能跟踪无功补偿的变化，运行方式灵活，补偿效果好，主要适用于大容量、大负荷的配电变压器。

缺点:成本高，自动切换装置比随机或随机补偿的保护装置复杂。如果任何元件损坏，电容器不能切换。

8、 补偿容量如何确定？优缺点进行对比。

答:(1)根据功率因数标准确定补偿容量:QC = P (tan φ 1-tan φ 2)

(2)根据供电容量的要求确定补偿容量。

(3)高电源高表用户变压器无功补偿容量的确定

1250kVA变压器有功功率:p = s * cos φ = 1250 * 0.85 = 1062.5kw。

根据功率因数标准确定的补偿容量:QC = p(tanφ1-tanφ2)= 1062.5 *(0.6197-0.3287)= 309.19 kvar。

800kVA变压器有功功率:p = s * cos φ = 800 * 0.85 = 680kw

根据功率因数标准确定的补偿容量:QC = p(tanφ1-tanφ2)= 197.88 *(0.6197-0.3287)= 197.88 kvar。

因此，1250kVA变压器无功补偿容量确定为310kvar，800kVA变压器无功补偿容量确定为200 kva。

9、常见的10 kV 线路无功补偿接线方式

通常，线路上的电力电容器有四种不同的接线方式:

单相和三相电力电容器通过跌落式熔断器连接到线路上；

两个或三个单相电力电容器连接成星形直接接入线路；

3.三个单相电力电容器通过跌落式熔断器连接到线路上；

四个或三个单相电力电容器末端接高压熔断器，熔丝管100 ~ 150mm后接入线路。

(1)如果单相电力电容器的熔断器选择得当，当一相发生冲击时，不会影响其他两相。但是，如果三相电力电容器中有一相发生故障，电力电容器就会报废。同时，第一种接线方式选用三相电力电容器，需要安装一套跌落式熔断器，增加了投资和工作量。

(2)第二种连接方式的可靠性差。当一相电力电容器被击穿时，另一相将由于线电压而烧坏，导致所有三个电力电容器被损坏。同时，电力电容器的击穿也会造成三相短路，导致线路停电。

(3)第三种接线在安装时也需要增加一套跌落式熔断器，需要大量的安装工作量和投资。

(4)四次接线具有三次接线的优点，运行稳定，投资少，安装工作量小。当一相电力电容器发生故障时，该相的熔断器已经熔断，故障相立即与其他两相分离，熔丝管同时脱落，以便巡视人员及时发现故障并妥善处理。此外，由于在这种连接中取消了跌落式熔断器，因此节省了投资并减少了工作量。

因此，采用第四种接线方式安装电力电容器较为合适。