有关无功功率研究的论文

我也是这个专业的，去年写的论文，记得当时还是找铭文网的老师帮忙的，很不错，从开题报告到最后的修改定稿，帮我省了好多事，老师一会让我改任务书，一会让我给他看修改的稿件，铭文网的王老师都不厌其烦的帮我弄好，搞得我都不好意思了。如果想咨询这方面的文章，可以参考下哦。~嘻嘻

为了提高矿热炉供电系统的功率因数，本文研制了矿热炉低压无功补偿控制器。它能实时在线采集电网电压电流，计算出有功功率、无功功率、视在功率、电网频率、功率因数等参数，通过复合开关投切补偿电容器组实现无功功率的补偿。课题内容主要包括无功功率补偿相关理论分析、复合开关控制研究、控制器硬件设计和软件设计四部分。论文首先从理论上推导了各个电网电量参数的计算过程，分析了通过并联电容器来实现无功功率补偿基本原理，同时讨论了无功补偿三种方式的优缺点及无功补偿的控制依据。之后通过比较机械式投切开关、电力电子开关和复合开关的优缺点，得出复合开关是电容投切比较理想的开关。硬件电路设计采用ATmega48作为核心处理芯片，设计了电源模块电路、信号采样调理电路、投切控制电路、节点温度监控电路以及通讯模块电路等芯片外围电路，充分利用ATmega48内部集成的A/D、UART、定时计数器等嵌入式功能模块。设计了基于CAN工业通信总线和RS485总线，为现场监控与远程监测提供了方便，提高了控制器的适用性。在软件设计方面，编写了基于ATmega48的下位机程序，主要包括用统计算法来获得电量参数、智能化的投切控制程序设计及通信程序设计。电网参数采集程序主要是对电流电压进行AD采集，并计算出功率因数等参数。投切控制程序实现双向可控硅和真空接触器按照一定的投切顺序完成补偿电容器的投切。通信程序实现将实时参数传送至上位机，同时完成接收上位机的投切指令等功能。研制的控制器在实验室进行了关键参数的测试实验，各项技术参数都基本符合设计要求，控制器已经投入实际使用，实践结果表明：该控制器能动态快速的进行投切控制，及时对矿热炉无功功率进行补偿，各项功能发挥正常

第一讲：基础知识一、为什么要进行无功补偿？交流电力系统需要电源供给两部分能量，一部分用于作功而被消耗掉，这部分能量将转换成机械能、光能、热能和化学能，我们称之为“有功功率”。另一部分能量是用来建立磁场，用于交换能量使用的，对于外部电路它并没有作功，有电能转换为磁能，再有磁能转换为电能，周而复始，并没有消耗，这部分能量我们称之为“无功功率”。无功是相对于有功而言的，不能说无功是无用之功，没有这部分功率，就不能建立感应磁场，电动机、变压器等设备就不能运转。在电力系统中，除了负荷无功功率外，变压器和线路上的电抗上也需要大量的无功功率。在电网中安装并联电容器、同步调相机等容性设备以后，可以供给感性电抗消耗的部分无功功率小电网电源向感性负荷提供无功功率。也即减少无功功率在电网中的流动，因此可以降低输电线路因输送无功功率造成的电能损耗，改善电网的运行条件。这种做法称为“无功补偿”。无功功率的定义 国际电工委员会给出的无功功率的定义为：电压与无功电流的成积。 QC=U×IC 其物理意义为：电路中电感元件与电容元件活动所需的功率交换称为无功功率。（插入讲解电感元件及电容元件）电磁（电感）元件建立磁场占用的电能,电容元件建立电场所占的电能.电流在电感元件中作功时,电压超前于电流90℃.而电流在电容元件中作功时,电流超前电压90℃.在同一电路中,电感电流与电容电流方向相反,互差180℃.如果在电磁元件电路中有比例地安装电容元件,使两者的电流相互抵消,使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小,从而提高电能作功的能力,这就是无功补偿的原理。（电容元件、电感元件均为动态元件，电容元件的电流是电压与时间的导数关系， ，电感元件的电压是电流与时间的导数关系， ）矢量图： 我们将每一瞬间电感上的电压与电感电流IL相乘得到电感的功率曲线PL(图a)，同样的，将电容上的电压与电容电流IC相乘得到电容的功率曲线PC(图b)。 如图(a)所示，功率在第二个和第四个1/4周期内电感在吸收功率，并把所吸收的能量转化为磁场能量；而在第一和第三个1/4周期内电感就放出功率，储存在磁场中的能量将全部放出。这时电感好象一个电源，把能量送回电网。磁场能量和外部能量的转化反复进行，电感的平均功率为零，所以电感是不消耗功率的。 如图(b)所示，在电容中，在第一个1/4周期内，电容在吸收功率进行充电，把能量储存在电场中。在第二个1/4周期内电容则放出功率，原来储存在电场中的能量将全部送回给外部电路。第三和第四个1/4周期内各重复一次。 电容的充电和放电过程，实际上就是外部电路的能量和电容的电场能量之间的交换过程。在一个周期内，其平均功率为零，所以电容也是不消耗功率的。 我们注意到：在第一个1/4周期中，当电压通过零点逐渐上升时，电容开始充电吸收功率，电感则将储存的能量放回电路。而当第二个1/4周期，电感吸收功率时，电容放出功率。第三和第四个1/4周期又重复这样的充放电循环过程。 因此，电容和电感并联接在同一电路时，当电感吸收能量时，正好电容释放能量；电感放出能量时，电容正好吸收能量。能量就在它们中间互相交换。即电感性负荷所需的无功功率，可以由电容器的无功输出得到补偿，因此我们把具有电容性的装置称为“无功补偿装置”。 二、功率因数1、功率因数的定义：功率因数等于网络的电压比电流超前的相位差的余弦。2、提高功率因数的意义： （1）改善设备的利用率因为功率因数还可以表示成如下形式：COSφ= ＝ 其中U―――线电压，kVI―――线电流，A可见，在一定的电压和电流下，提高COSφ，其输出的有功功率越大。发电机、变压器等电力设备在设计时均有一定的电压有效值U和电流有效值I，即设备需在一定的额定电压及额定电流下运行。根据P= UIcosφ，若功率因数较低，则发电机发出的有功功率或变压器通过的有功功率P较低，即设备容量得不到充分应用。（2） 提高功率因数可以减少电压损失电力网电压损失的公式可以求出：△U＝△UR+j△UX = 从以上公式可以看出，影响△U的因素有四个：线路的有功功率P、无功功率Q、电阻R和电抗X。如果采用容抗为XC的电容来补偿，则电压损失为：△ U= 功率因数低，Q就大，△U就增大,受电端的电压就要降低。在电压低于允许值时，将严重影响电动机及其它用电设备的正常运行。特别是在用电高峰时，因为功率因数低，将出现大面积地区电压降低，严重影响工农业生产的正常进行。故采用补偿电容提高功率因数后，电压损失△U减少，改善了电压质量。（3） 提高功率因数可以减少线路损失据有关资料，目前全国有近20GA的高耗能变压器在运行，一些城网高耗能配变变压器占配变变压器总数的50％。许多城网无功功率不足，调节手段落后，造成电压偏低，损耗增大。1995年全国线损率高达％。通过多方面的努力，1997年全国线损率才达到％。与一些发达国家相比，我国线损率约高出2～3个百分点。据统计，电力网中65％以上的电能损耗在10kV以下的配电网中损耗的，因此配电网中的减少线路损失非常重要。当线路通过电流I时，其有功损耗为：△P=3I2R×10－3（kW)或 △P=3（ R×10－3=3 ( )×10－3（kW)有以上公式可见，线路有功损失△P与cos2φ成反比，cosφ越高，△P越小。（4） 提高电力网的传输能力视在功率与有功功率成下述关系： P=Scosφ可见，在传送一定功率P的条件下，cosφ越高，所需视在功率越小。 综上所述，提高功率因数是必须的。但是功率因数的提高是整个网络的事，必须提高电网各个组成部分的功率因数，才能充分利用发电、变电设备的容量，减少网损，降低线路的电压损耗，以达到节约电能和提高功率因数的目的。（插入讲解功率因数的目标及力率收费）1、对功率因数的要求除电网有特殊要求的用户外，用户在当地供电企业规定的电网高峰时负荷的功率因数应达到下列规定：100KVA及以上高压供电用户的功率因数为以上。其它电力用户和大、中型电力排灌站、泵购转售电企业，功率因数为以上。农业用电，功率因数为以上。2、功率因数调整电费 我国执行得电价结构为两价结构，但实际上是包括基本电费、电量电费和按功率因数调整电费三部分。发、供电部门，除了供给用户得有功负荷之外，还要供给用户以无功负荷。鉴于电力生产得特点，用户功率因数得高低，对电力系统发、供、用电设备得充分利用，有着显者得影响。为了合理地使国家地能量资源，充分发挥发、供电设备地生产能力，我国专门制定了《力率调整电费办法》，按照功率因数调整电费。《力率调整电费办法》适用于实行两部电价制大工业用户地生产用电。按功率因数调整电费地收取办法是：（1） 按照规定地电价计算出当月地基本电费和电量电费。（2） 再按照功率因数调整电费表所订地百分数增减计算。如下表1和2所示。（3） 计算用户功率因数采用加数平均值，即以用户在一个月内所消耗的有功电量W和无功电量Q进行计算，即：cosφ＝ 如果用户的平均功率因数在功率因数调整电费表所列数字之间，以四舍五入计算，如为，为。表1 减免功率因数电费表月平均功率因数 全部电费地减少（ ％） 0 表2 增收功率因数电费表平均功率因数 增收（ ％） 平均功率因数 增收（ ％） 10 11 12 13 14 15 备注 自以下，每降低，增收全部电费地2％3、举例说明改善cosφ能给用户带来经济效益。【例1】 某10kV煤矿企业电力用户原来功率因数为cosφ1＝，视在功率为3150kVA,年用电时间T＝3000h，收费按两部电价，试确定：（1） 该用户得年支付电费。（2） 欲使功率因数提高到，需装设得补偿容量。（3） 按许继目前的电容器补偿装置，分情况做出方案，并计算出投资费用（投资按每年10％回收）。求安装补偿装置后，企业所获得的年效益。解：(1) 补偿前用户年支付电费：1） 基本电费。按最大负荷收取，每kVA负荷收取值为180元/年，故：FJ1=180×3150=567000(元)2） 电量电费。每为元，故FD1=××3000= (元)3） 用户的总支付电费为：FZ2=567000+(元)4)当功率因数为时，增收功率因数电费为全部电费的5％，则增收的电费为：FZZ=2048287× (元)5)用户实际缴纳电费为:FZ1总= FZ2+FZZ=2150701(元)(2) 补偿容量计算：已知cosφ1＝，cosφ2＝,则 P1＝Scosφ1＝3150×（kW) Q=P( - ) =( - )=1307(kvar)需补偿1307kvar，考虑各方面因素，总补偿容量按1500kvar考虑。（3）按许继目前的产品做出配置方案并计算补偿后年支出费用：方案：一次性投投切方案。此方案用于整体系统负荷变化不大的情况。主要配置元件为：(此方案仅考虑系统存在5次7次谐波情况，用6％串联电抗器抑制系统谐波) TBB10-1500kvar配置如下：序号 名称 型号 数量 单位 备注1 隔离接地开关 GN24-12D1/630 1 只 2 铁心串联电抗器 CKSC-90/10-6 1 台 3 高压并联电容器 BFM11/ -250-1W6 台 4 熔断器 BRW-12/60P 6 5 氧化锌避雷器 HY5WR-17/45 3 只 6 放电线圈 FDGE8-11/ -1. 7-1W3 只 7 带电显示器 DXN-12T 1 只 8 放电指示灯 AD11-22/21 3 只 9 电磁锁 DSN3 3 只 10 铝母线、绝缘子等附件 1 套 11 电容器柜体骨架 1 套 按此种方案预计投入资金约为：10万元。1） 补偿后的视在功率和基本电费为：SB = =2487(kVA)FJ2=180×2487=447660 (元)2) 电量电费。每为元，故FD2=××3000=(元)3）支付资产折旧费用： Ff=100000×(元)4） 用户的总支付电费为：FZ2=447660+＋10000=1938947(元)5）当功率因数为时，减免功率因数电费为全部电费的％，则减免的电费为：FZZ=1938947× (元)6)用户实际缴纳电费为:FZ2总= FZ2－FZZ=1890474(元)7）补偿后的经济效益分析：△F＝FZ1总－FZ2总＝2150701－1890474＝260227（元）结论：有以上分析得在装设无功补偿装置后，一年少交电费约为26万元，节省的费用完全可以上购买以上方案中的补偿设备，并且大有结余。【例2】 配电网无功补偿算例。（1） 无功补偿的原理。在电网中，线路或变压器的可变功率损耗为： P=3I2R×10－3= R×10－3 当负荷功率因数由1降至cosφ时，有功损耗将增加的百分数为：δP%＝( -1) ×100%因此，提高负荷的功率因数与降低线损的关系为:δP%＝（1－ ）×100%下图表示一个主变容量为15000kVA的35kV变电所，单回路供电的电力网，单回35kV供电线路至35 kV变电所，期间T接一个电力排灌站，根据有关负荷数据如下： Ⅰ段视在功率Sjf1=.Ⅱ段视在功率Sjf2=.在未装补偿前，该变电所主变功率因数为，此种情况：Ⅰ段线路的全年损失电量为：△A1＝ ×R1×24×365=570×103（)Ⅱ段线路的全年损失电量为：△A1＝ ×R2×24×365=1440×103（)整条线路的全年损失电量为：△A＝△A1＋△A2＝570×103＋1440×103=2010×103（)若在该变电所10kV侧加装3000kvar的补偿后电容器，主变的功率因数将由提高，可使线损降低值为：δP%＝（1－ ）×100%＝（1－ ）×100%＝32％即加装3000kvar的补偿后，可使线损下降32％，即减少损失电量为△ A，＝δP%△A＝32％×2010×103＝（万)（2） 经济效益分析。从前面的计算中可知，每年可减少损失电量万，其效益究竟有多大，可参考现行电价估算如下：1） 全年直接减少损失，增加纯利润M=×＝（万元）2） 力率调整由罚到奖,增加纯收入.补偿前该线路全年总电量A1=×106×8760××10-3＝（万)由于功率因数为,低于,故应罚力率调整款×8760×(万元)补偿后 A2=×106×8760××10-3＝（万)由于功率因数为,大于规定的,故奖励万元.实际增加纯收入A= A1＋A2=(万元)合计增收:M+A=(万元)综上所述:投资20多万元,一年就能获得万元的收入.不仅4个月就能收回投资,而且取得长久的明显的经济效果.所以说,无功补偿,功在电网,利在自己.三、无功补偿方式无功补偿原则 全面规划、合理布局、 分级补偿、就地平衡无功补偿方法 集中补偿与分散补偿相结合 高压补偿与低压补偿相结合调压与降损相结合 配电网中常用的无功补偿方式为：1、分组补偿在系统的部分变、配电所中，在各个用户中安装无功补偿装置；2、分散补偿在高低压配电线路中分散安装并联电容机组；3、就地补偿在配电变压器低压侧和车间配电屏间安装并联电容器以及在单台电动机附近安装并联电容器，进行集中或分散的就地补偿。四、补偿容量的选择（1）按公司计算：Qc=P ）其中：Qc－所需安装的并联电容器容量kvar； P－最大负荷月的平均有功功率kW; cosψ1－补偿前功率因数；cosψ2－补偿前功率因数；（2）在不具备计算条件时，电容器的安装容量按变压器容量的10％～30％确定。（3）单台感应电动机的就地补偿； 在进行无功补偿时，有时采取对单台感应电动机进行个别补偿，这时不能用上面介绍的方法选择电容器，也不能简单以负荷作为计算的依据，因为如果按照电动机在负荷情况下选择电容器，则在空载时就会出现过补偿，即功率因数超前，而且当电动机停机切断电源时，电容器就会对电动机放电，使仍在旋转着的电动机变为感应发电机，感应电势可能超出电动机额定电压的好多倍，对电动机和电容器的绝缘都不利。因此单台电机个别补偿时电容器的容量应按照不超过空载电流的倍进行选择，即： QC1≤ UeI0 其中：Qc－所需安装的并联电容器容量kvar； Ue－电动机额定电压kV; Io－电动机空载电流A ;（4）安装容量与输出容量的关系为保证补偿电容器安全、稳定、可靠运行，我们必须在补偿电容器前加串调谐电抗器，而补偿电容器在串接电抗器后，输出容量和安装容量的关系应依下式计算：五、功率因数cosφ与效率η得区别：电动机和变压器得效率η是指其输出有功功率与输入的有功功率的比值。用效率的概念来说明电动机或变压器的有功损耗。功率因数cosφ是用来说明在电网和设备之间往复振荡的电场或磁场能量有多少，功率因数越高说明在电网和设备之间往复振荡的能量越少。 第二讲：设计基础目录第一节：元件的设计选型第二节：电气接线第三节：成套设备的保护第四节：电容器组投切方式的选择第一节：元件的设计选型1 电容器 电容器做为无功补偿的重要元器件，应用于1kV以上的工频电力系统中，用来提高系统的功率因数，改善电压质量，降低线路损耗，充分发挥发电、供电设备的效率。产品以铝箔为极板，烷基苯浸膜纸（WF）、二芳基乙烷浸膜纸（FF）复合，二芳基乙烷浸全膜（FM）、苄基甲苯全膜为介质，采用卷绕式元件经串、并联后压制制成，电容器箱体内充满浸渍济。一般有单相、三相、集合式等多种分类。单相电容器： BAM11/ —200—1WR 内置放电电阻 户外 单相 额定容量 额定电压苄基甲苯浸渍的聚丙烯薄膜全膜介质并联集合式电容器： BAMH11/ —1200—1×3W三相集合式,采用内熔丝保护（BFM表示二芳基乙烷浸渍的聚丙烯薄膜全膜介质）了解集合式电容器及全膜电容器：集合式电容器是将单台壳式电容器经串并联后装入大油箱内并充以绝缘油制成。1996年已占到高压并联电容器年产量的20%。其优点是结构紧凑占地面积小，接头少，安装和运行维护工作量很小。为克服容量不能调整的缺点，后来又开发了可调容量的集合式电容器，按照容量调整范围划分有50%/100%和两类产品。由于单元壳式电容器完全浸入绝缘油中，防止了单元壳式电容器的外绝缘发生故障。单元壳式电容器内部配有内熔丝，少量元件损坏后由熔丝切除，整台电容器仍可继续运行。缺点是含油量大，外壳大油箱易存在渗漏油，故障损坏后需返厂修理所用时间较长，单位容量造价较高。关于集合式电容器有两个问题需要注意： (1)为避免大容量集合式电容器发生相间短路故障时造成严重后果，容量超过5000kvar的集合式电容器必须做成三相分体结构，即一相一台。 (2)集合式电容器的引出套管外绝缘爬电比距必须≥(相对于系统最高运行电压)，以保证其绝缘强度。 箱式电容器是在集合式电容器基础上发展起来的一种电容器，与集合式电容器的不同之处是内部单元电容器没有外壳，直接浸入绝缘油中，外壳大油箱采用波纹油箱或带金属膨胀器，与外部大气完全隔离。同集合式电容器相比，外壳体积和内部含油量进一步减少，以西安电力电容器厂3000kvar产品为例，箱式电容器比集合式电容器外壳体积减少，重量减少。由于材料用量减少，价格比集合式电容器要低。缺点是内部元件发生故障由内熔丝切除后，会对大油箱内的绝缘油造成污染。全膜电容器具有损耗低、发热量小、温升低、体积小、重量轻的优点。国产全膜电容器自1986年开始生产以来，经过不断改进完善，质量已趋于稳定，在可靠性方面已经好于部分进口产品。自1995年以来产量逐年大幅度增长，已有多家产品通过了两部鉴定。同国外先进产品相比，差距主要表现在比特性上，材料消耗是国外先进产品的两倍。既便如此，同膜纸复合介质产品相比体积、重量均大幅度下降。以桂林电容器厂100kvar产品为例：全膜产品比膜纸复合介质产品体积下降，重量下降。集合式产品以锦州电容器厂3000kvar产品为例：全膜产品比膜纸复合介质产品体积下降55%，重量下降。箱式电容器采用全膜产品后可取消散热器。最近，电容器制造业制订了关于加速发展国产高压全膜电容器的若干措施，必将进一步提高国产高压全膜电容器的质量。因此，新增电容器应全部采用全膜产品，浸渍剂优先选用苄基甲苯(M/DBT)和SAS—40。

题目：低压网功率因数对供电企业的影响系部：专业：电气工程及其自动化姓名：班级：学号：指导教师：摘要随着我国电力的不断发展，对于供用电的要求也越来越严格，它是我们日常生活中不可缺少的部分，是整个国民经济的重要组成部分，它直接影响着工农业生产的发展和人民生活的提高，是当今社会经济发展和人民群众日常生活不可缺少的主要能源。对广大供电企业来说，用户功率因数的高低，直接关系到电力网中的功率损耗和电能损耗，关系到供电线路的电压损失和电压波动，而且关系到节约用电和整个供电区域的供电质量，这是众所周知的道理。因此，提高电力系统的功率因数，已成为电力工业中一个重要课题，而提高电力系统的功率因数，首先就要提高各用户的功率因数。文中简要集中探讨了影响电网功率因数的主要因素以及低压无功补偿的几种使用方法，以及确定无功补偿容量从而提高电力系统功率因数的一般方法。[关键词] 功率因数 影响因素 补偿方法 容量确定目录一、绪论 4二、主要内容： 61、影响功率因数的主要因素 、电感性设备和电力变压器是耗用无功功率的主要设备 、供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大影响 、电网频率的波动也会对异步电动机和变压器的磁化无功功率造成一定的影响 72、低压网的无功补偿 、低压网无功补偿的一般方法 、 随机补偿 、 随器补偿 、跟踪补偿 、 采用适当措施，设法提高系统自然功率因数 、合理选用电动机 、 提高异步电动机的检修质量 、 采用同步电动机或异步电动机同步运行补偿 、 正确选择变压器容量提高运行效益 113、 功率因数的人工补偿 、 变电站最常用的安装并联电容器组 并联补偿移相电容器，应满足以下电压和容量的要求 分相补偿 13三、结束语 14四、参考文献 15一、绪论许多用电设备均是根据电磁感应原理工作的，如配电变压器、电动机等，它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递。为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率，无功功率是恒量能量转换规模的物理量；因此在供用电系统中除了需要有功电源外，还需要无功电源，两者缺一不可。在功率三角形中，有功功率P与视在功率S的比值，称为功率因数COSφ，其计算公式为：COSφ=P/S 在电力网的运行中，功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度，我们希望的是功率因数越大越好。这样电路中的无功功率可以降到最小，视在功率将大部分用来供给有功功率，从而提高电能输送的功率。用户功率因数的高低，对于电力系统发、供、用电设备的充分利用，有着显著的影响。无功功率补偿，又叫就地补偿，适当提高用户的功率因数，不但可以充分的发挥发、供电设备的生产能力、减少线路损失、改善电压质量，而且可以提高用户用电设备的工作效率和为用户本身节约电能。因此，对于全国广大供电企业，不但可以减轻上一级电网补偿的压力，改善提高用户功率因数，而且能够有效地降低电能损失，减少用户电费。其社会效益及经济效益都会是非常显著的。二、主要内容：1、影响功率因数的主要因素、电感性设备和电力变压器是耗用无功功率的主要设备大量的电感性设备，如异步电动机、感应电炉、交流电焊机等设备是无功功率的主要消耗者。据有关的统计，在工矿企业所消耗的全部无功功率中，异步电动机的无功消耗占了60％～70％；而在异步电动机空载时所消耗的无功又占到电动机总无功消耗的60％～70％。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。电力变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的10％～15％，它的空载无功功率约为满载时的1/3。因而，为了改善电力系统和企业的功率因数，变压器不应空载运行或长期处于低负载运行状态。、供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大影响当供电电压高于额定值的10%时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，据有关资料统计，当供电电压为额定值的110％时，一般无功将增加35％左右。当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。由Q=UI*Sin?推出Sin?=Q∕UI,所以，应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。、电网频率的波动也会对异步电动机和变压器的磁化无功功率造成一定的影响综上所述，我们知道了影响电力系统功率因数的一些主要因素，因此我们要寻求一些行之有效的、能够使低压电力网功率因数提高的一些实用方法，使低压网能够实现无功的就地平衡，达到降损节能的效果。2、低压网的无功补偿、低压网无功补偿的一般方法低压无功补偿我们通常采用的方法主要有三种：随机补偿、随器补偿和跟踪补偿。下面简单介绍这三种补偿方式的适用范围及使用该种补偿方式的优缺点。、 随机补偿随机补偿就是根据个别用电设备对无功的需要量将单台或多台低压电容器组分散地与用电设备并接，它与用电设备共用一套断路器。通过控制、保护装置与电机同时投切。随机补偿适用于补偿个别大容量且连续运行(如大中型异步电动机)的无功消耗，以补励磁无功为主。此种方式可较好地限制农网无功峰荷。随机补偿的优点是：用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停运时，补偿设备也退出，不会造成无功倒送，而且不需频繁调整补偿容量。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低等优点。、 随器补偿随器补偿是指将低压电容器通过低压开关接在配电变压器二次侧，以无功补偿配电变压器空载无功的补偿方式。配变在轻载或空载时的无功负荷主要是变压器的空载励磁无功，配变空载无功是农网无功负荷的主要部分，对于轻负载的配变而言，这部分损耗占供电量的比例很大，从而导致电费单价的增加，不利于电费的同网同价。随器补偿的优点：接线简单、维护管理方便、能有效地补偿配变空载无功，限制农网无功基荷，使该部分无功就地平衡，从而提高配变利用率，降低无功网损，具有较高的经济性，是目前无功补偿中常用的手段之一。、跟踪补偿跟踪补偿是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置，将低压电容器组补偿在大用户母线上的补偿方式。适用于100KVA以上的专用配电用户，可以替代随机、随器两种补偿方式，补偿效果好。跟踪补偿的优点是运行方式灵活，运行维护工作量小，比前两种补偿方式寿命相对延长、运行更可靠。但缺点是控制保护装置复杂、首期投资相对较大。但当这三种补偿方式的经济性接近时，应优先选用跟踪补偿方式。、 采用适当措施，设法提高系统自然功率因数提高自然功率因数是不需要任何补偿设备投资，仅采取各种管理上或技术上的手段来减少各种用电设备所消耗的无功功率，这是一种最经济的提高功率因数的方法。下面将对提高自然功率因数的措施做一些简要的介绍。、合理选用电动机合理选择电动机，使其尽可能在高负荷率状态下运行。在选择电动机时，既要注意它们的机械特性，又要考虑它们的电气指标。举例说，三相异步电动机（100KW）在空载时功率因数仅为，1/2负载时约为，而满负载时可达。所以核算负荷小于40%的感应电动机，应换以较小容量的电动机，并合理安排和调整工艺流程，改善运行方式，限制空载运转。故从节约电能和提高功率因数的观点出发，必须正确合理的选择电动机的容量。、 提高异步电动机的检修质量实验表明，异步电动机定子绕组匝数变动和电动机定、转子间的气隙变动是对异步电动机无功功率的大小有很大影响。因此检修时要特别注意不使电动机的气隙增大，以免使功率因数降低。、 采用同步电动机或异步电动机同步运行补偿由电机原理可知，同步电动机消耗的有功功率取决于电动机上所带机械负荷的大小，而无功取决于转子中的励磁电流大小，在欠激状态时，定子绕组向电网“吸取”无功，在过激状态时，定子绕组向电网“送出”无功。因此，只要调节电机的励磁电流，使其处于过激状态，就可以使同步电机向电网“送出”无功功率，减少电网输送给工矿企业的无功功率，从而提高了工矿企业的功率因数。异步电动机同步运行就是将异步电动机三相转子绕组适当连接并通入直流励磁电流，使其呈同步电动机运行状态，这就是“异步电动机同步化”。因而只要调节电机的直流励磁电流，使其呈过激状态，即可以向电网输出无功，从而达到提高低压网功率因数的目的。、 正确选择变压器容量提高运行效益对于负载率比较低的变压器，一般采取“撤、换、并、停”等方法，使其负载率提高到最佳值，从而改善电网的自然功率因数。如：对平均负荷小于30%的变压器宜从电网上断开，通过联络线提高负荷率。通过以上一些提高加权平均功率因数和自然功率因数的叙述，或许我们已经对“功率因数”这个简单的电力术语有了更深的了解和认识。知道了功率因数的提高对电力企业的深远影响，下面我们将简单介绍对用电设备进行人工补偿的方式和对补偿容量的确定方法。3、 功率因数的人工补偿功率因数是工厂电气设备使用状况和利用程度的具有代表性的重要指标，也是保证电网安全、经济运行的一项主要指标。供电企业仅仅依靠提高自然功率因数的办法已经不能满足工厂对功率因数的要求，工厂自身还需要装设补偿装置，对功率因数进行人工补偿。、 变电站最常用的安装并联电容器组 从上图可以看出，在原来的电路中根据基尔霍夫定律，流入的电流等于流出的电流，但是并联接入电容器，在相量图中得知?角明显小于原来的角，因此，能提高功率因数，提高线路电能传输能力，减少线路上的损耗。 并联补偿移相电容器，应满足以下电压和容量的要求Ue?c≥Ug?cnQg?c≥Qc式中Ue?c——电容器的额定电压（KV）Ug?c——电容器的工作电压（KV）n——并联的电容器总数Qg?c——电容器的工作容量（Kvar）Qc——电容器的补偿容量（Kvar） 分相补偿在民用建筑中大量使用的是单相负荷，照明、空调等由于负荷变化的随机性大，容易造成三相负载的严重不平衡，尤其是住宅楼在运行中三相不平衡更为严重。由于调节补偿无功功率的采样信号取自三相中的任意一相，造成未检测的两相要么过补偿，要么欠补偿。如果过补偿，则过补偿相的电压升高，造成控制、保护元件等用电设备因过电压而损坏；如果欠补偿，则补偿相的回路电流增大，线路及断路器等设备由于电流的增加而导致发热被烧坏。这种情况下用传统的三相无功补偿方式，不但不节能，反而浪费资源，难以对系统的无功补偿进行有效补偿，补偿过程中所产生的过、欠补偿等弊端更是对整个电网的正常运行带来了严重的危害。 对于三相不平衡及单相配电系统采用分相电容自动补偿是解决上述问题的一种较好的办法，其原理是通过调节无功功率参数的信号取自三相中的每一相，根据每相感性负载的大小和功率因数的高低进行相应的补偿，对其它相不产生相互影响，故不会产生欠补偿和过补偿的情况。三、结束语本文浅谈了功率因数对广大供电企业的影响以及提高功率因数所带来的经济效益和社会效益，尤其是最重要的线损（最为重要的是降损，分为技术降损和管理降损），介绍了影响功率因数的主要因素以及提高功率因数的一般方法，还阐述了如何确定无功功率的补偿容量及无功功率的三种人工补偿的具体方式。我们只有端正自己的认知态度，很好的去归纳，总结这些知识的重要部分，做好自己的本质工作，并且能在此基础上再更上一个台阶，用自己的实际行动，为供电事业贡献出自己的微薄之力。四、参考文献1、运新，《电监察》水利电力出版社 2、靳龙章 丁毓山，《网无功补偿实用技术》国水利水电出版社

《无功补偿及补偿装置的选择》论文如下：

第一讲：基础知识

第二讲：设计基础目录第一节：元件的设计选型第二节：电气接线第三节：成套设备的保护第四节：电容器组投切方式的选择

第一讲：基础知识：

交流电力系统需要电源供给两部分能量，一部分用于作功而被消耗掉，这部分能量将转换成机械能、光能、热能和化学能，我们称之为“有功功率”。另一部分能量是用来建立磁场，用于交换能量使用的，对于外部电路它并没有作功，有电能转换为磁能，再有磁能转换为电能，周而复始，并没有消耗，这部分能量我们称之为“无功功率”。

无功是相对于有功而言的，不能说无功是无用之功，没有这部分功率，就不能建立感应磁场，电动机、变压器等设备就不能运转。在电力系统中，除了负荷无功功率外，变压器和线路上的电抗上也需要大量的无功功率。

“无功补偿”做法：

在电网中安装并联电容器、同步调相机等容性设备以后，可以供给感性电抗消耗的部分无功功率小电网电源向感性负荷提供无功功率。也即减少无功功率在电网中的流动，因此可以降低输电线路因输送无功功率造成的电能损耗，改善电网的运行条件。

无功功率的定义：国际电工委员会给出的无功功率的定义为：电压与无功电流的成积。QC=U×IC其物理意义为：电路中电感元件与电容元件活动所需的功率交换称为无功功率。（插入讲解电感元件及电容元件）电磁（电感）元件建立磁场占用的电能，电容元件建立电场所占的电能。

无功补偿的原理：

电流在电感元件中作功时，电压超前于电流90℃。而电流在电容元件中作功时，电流超前电压90℃。在同一电路中，电感电流与电容电流方向相反，互差180℃。如果在电磁元件电路中有比例地安装电容元件，使两者的电流相互抵消，使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小，从而提高电能作功的能力。（电容元件、电感元件均为动态元件，电容元件的电流是电压与时间的导数关系，电感元件的电压是电流与时间的导数关系， ）在第一个1/4周期中，当电压通过零点逐渐上升时，电容开始充电吸收功率，电感则将储存的能量放回电路。而当第二个1/4周期，电感吸收功率时，电容放出功率。第三和第四个1/4周期又重复这样的充放电循环过程。因此，电容和电感并联接在同一电路时，当电感吸收能量时，正好电容释放能量；电感放出能量时，电容正好吸收能量。能量就在它们中间互相交换。即电感性负荷所需的无功功率，可以由电容器的无功输出得到补偿，因此我们把具有电容性的装置称为“无功补偿装置”。二、功率因数1、功率因数的定义：

功率因数等于网络的电压比电流超前的相位差的余弦。2、提高功率因数的意义：（1）改善设备的利用率因为功率因数还可以表示成如下形式：COSφ=其中U―――线电压，kVI―――线电流，A可见，在一定的电压和电流下，提高COSφ，其输出的有功功率越大。发电机、变压器等电力设备在设计时均有一定的电压有效值U和电流有效值I，即设备需在一定的额定电压及额定电流下运行。根据P= UIcosφ，若功率因数较低，则发电机发出的有功功率或变压器通过的有功功率P较低，即设备容量得不到充分应用。（2） 提高功率因数可以减少电压损失：电力网电压损失的公式可以求出：△U＝△UR+j△UX=

从以上公式可以看出，影响△U的因素有四个：线路的有功功率P、无功功率Q、电阻R和电抗X。如果采用容抗为XC的电容来补偿，则电压损失为：△ U=功率因数低，Q就大，△U就增大,受电端的电压就要降低。在电压低于允许值时，将严重影响电动机及其它用电设备的正常运行。特别是在用电高峰时，因为功率因数低，将出现大面积地区电压降低，严重影响工农业生产的正常进行。故采用补偿电容提高功率因数后，电压损失△U减少，改善了电压质量。（3） 提高功率因数可以减少线路损失：据有关资料，目前全国有近20GA的高耗能变压器在运行，一些城网高耗能配变变压器占配变变压器总数的50％。许多城网无功功率不足，调节手段落后，造成电压偏低，损耗增大。1995年全国线损率高达％。通过多方面的努力，1997年全国线损率才达到％。与一些发达国家相比，我国线损率约高出2～3个百分点。据统计，电力网中65％以上的电能损耗在10kV以下的配电网中损耗的，因此配电网中的减少线路损失非常重要。当线路通过电流I时，其有功损耗为：△P=3I2R×10－3（kW)或 △P=3（ R×10－3=3 ( )×10－3（kW)有以上公式可见，线路有功损失△P与cos2φ成反比，cosφ越高，△P越小。（4） 提高电力网的传输能力：视在功率与有功功率成下述关系：P=Scosφ可见，在传送一定功率P的条件下，cosφ越高，所需视在功率越小。综上所述，提高功率因数是必须的。但是功率因数的提高是整个网络的事，必须提高电网各个组成部分的功率因数，才能充分利用发电、变电设备的容量，减少网损，降低线路的电压损耗，以达到节约电能和提高功率因数的目的。1、对功率因数的要求：除电网有特殊要求的用户外，用户在当地供电企业规定的电网高峰时负荷的功率因数应达到下列规定：100KVA及以上高压供电用户的功率因数为以上。其它电力用户和大、中型电力排灌站、泵购转售电企业，功率因数为以上。农业用电，功率因数为以上。2、功率因数调整电费：我国执行得电价结构为两价结构，但实际上是包括基本电费、电量电费和按功率因数调整电费三部分。发、供电部门，除了供给用户得有功负荷之外，还要供给用户以无功负荷。鉴于电力生产得特点，用户功率因数得高低，对电力系统发、供、用电设备得充分利用，有着显者得影响。为了合理地使国家地能量资源，充分发挥发、供电设备地生产能力，我国专门制定了《力率调整电费办法》，按照功率因数调整电费。《力率调整电费办法》适用于实行两部电价制大工业用户地生产用电。按功率因数调整电费地收取办法是：（1） 按照规定地电价计算出当月地基本电费和电量电费。（2） 再按照功率因数调整电费表所订地百分数增减计算。如下表1和2所示。（3） 计算用户功率因数采用加数平均值，即以用户在一个月内所消耗的有功电量W和无功电量Q进行计算，即：cosφ＝如果用户的平均功率因数在功率因数调整电费表所列数字之间，以四舍五入计算，如为，为。表1 减免功率因数电费表月平均功率因数 全部电费地减少（ ％） 0 表2 增收功率因数电费表平均功率因数 增收（ ％） 平均功率因数 增收（ ％） 10 11 12 13 14 15备注 自以下，每降低，增收全部电费地2％3、举例说明改善cosφ能给用户带来经济效益。【例1】 某10kV煤矿企业电力用户原来功率因数为cosφ1＝，视在功率为3150kVA,年用电时间T＝3000h，收费按两部电价，试确定：（1） 该用户得年支付电费。（2） 欲使功率因数提高到，需装设得补偿容量。（3） 按许继目前的电容器补偿装置，分情况做出方案，并计算出投资费用（投资按每年10％回收）。求安装补偿装置后，企业所获得的年效益。解：(1) 补偿前用户年支付电费：1） 基本电费。按最大负荷收取，每kVA负荷收取值为180元/年，故：FJ1=180×3150=567000(元)2） 电量电费。每为元，故FD1=××3000= (元)3） 用户的总支付电费为：FZ2=567000+(元)4)当功率因数为时，增收功率因数电费为全部电费的5％，则增收的电费为：FZZ=2048287× (元)5)用户实际缴纳电费为:FZ1总= FZ2+FZZ=2150701(元)(2) 补偿容量计算：已知cosφ1＝，cosφ2＝,则P1＝Scosφ1＝3150×（kW)Q=P( - )=( - )=1307(kvar)需补偿1307kvar，考虑各方面因素，总补偿容量按1500kvar考虑。（3）按许继目前的产品做出配置方案并计算补偿后年支出费用：方案：一次性投投切方案。此方案用于整体系统负荷变化不大的情况。主要配置元件为：(此方案仅考虑系统存在5次7次谐波情况，用6％串联电抗器抑制系统谐波)TBB10-1500kvar配置如下：序号 名称 型号 数量 单位 备注1 隔离接地开关 GN24-12D1/630 1 只2 铁心串联电抗器 CKSC-90/10-6 1 台3 高压并联电容器 BFM11/ -250-1W6 台4 熔断器 BRW-12/60P 65 氧化锌避雷器 HY5WR-17/45 3 只6 放电线圈 FDGE8-11/ -1. 7-1W3 只7 带电显示器 DXN-12T 1 只8 放电指示灯 AD11-22/21 3 只9 电磁锁 DSN3 3 只10 铝母线、绝缘子等附件 1 套11 电容器柜体骨架 1 套按此种方案预计投入资金约为：10万元。1） 补偿后的视在功率和基本电费为：SB = =2487(kVA)FJ2=180×2487=447660 (元)2) 电量电费。每为元，故FD2=××3000=(元)3）支付资产折旧费用：Ff=100000×(元)4） 用户的总支付电费为：FZ2=447660+＋10000=1938947(元)5）当功率因数为时，减免功率因数电费为全部电费的％，则减免的电费为：FZZ=1938947× (元)6)用户实际缴纳电费为:FZ2总= FZ2－FZZ=1890474(元)7）补偿后的经济效益分析：△F＝FZ1总－FZ2总＝2150701－1890474＝260227（元）结论：有以上分析得在装设无功补偿装置后，一年少交电费约为26万元，节省的费用完全可以上购买以上方案中的补偿设备，并且大有结余。【例2】 配电网无功补偿算例。（1） 无功补偿的原理。在电网中，线路或变压器的可变功率损耗为：P=3I2R×10－3= R×10－3当负荷功率因数由1降至cosφ时，有功损耗将增加的百分数为：δP%＝( -1) ×100%因此，提高负荷的功率因数与降低线损的关系为:δP%＝（1－ ）×100%Ⅰ段视在功率Sjf1=.Ⅱ段视在功率Sjf2=.在未装补偿前，该变电所主变功率因数为，此种情况：Ⅰ段线路的全年损失电量为：△A1＝ ×R1×24×365=570×103（)Ⅱ段线路的全年损失电量为：△A1＝ ×R2×24×365=1440×103（)整条线路的全年损失电量为：△A＝△A1＋△A2＝570×103＋1440×103=2010×103（)若在该变电所10kV侧加装3000kvar的补偿后电容器，主变的功率因数将由提高，可使线损降低值为：δP%＝（1－ ）×100%＝（1－ ）×100%＝32％即加装3000kvar的补偿后，可使线损下降32％，即减少损失电量为△ A，＝δP%△A＝32％×2010×103＝（万)（2） 经济效益分析。从前面的计算中可知，每年可减少损失电量万，其效益究竟有多大，可参考现行电价估算如下：1） 全年直接减少损失，增加纯利润M=×＝（万元）2） 力率调整由罚到奖,增加纯收入.补偿前该线路全年总电量A1=×106×8760××10-3＝（万)由于功率因数为,低于,故应罚力率调整×8760×(万元)补偿后A2=×106×8760××10-3＝（万)由于功率因数为,大于定的,故奖励万元.实际增加纯收入A= A1＋A2=(万元)合计增收:M+A=(万元)综上所述:投资20多万元,一年就能获得万元的收入.不仅4个月就能收回投资,而且取得长久的明显的经济效果.所以说,无功补偿,功在电网,利在自己.三、无功补偿方式无功补偿原则全面规划、合理布局、分级补偿、就地平衡无功补偿方法集中补偿与分散补偿相结合高压补偿与低压补偿相结合调压与降损相结合配电网中常用的无功补偿方式为：1、分组补偿在系统的部分变、配电所中，在各个用户中安装无功补偿装置；2、分散补偿在高低压配电线路中分散安装并联电容机组；3、就地补偿在配电变压器低压侧和车间配电屏间安装并联电容器以及在单台电动机附近安装并联电容器，进行集中或分散的就地补偿。四、补偿容量的选择（1）按公司计算：Qc=P ）其中：Qc－所需安装的并联电容器容量kvar；P－最大负荷月的平均有功功率kW;cosψ1－补偿前功率因数；cosψ2－补偿前功率因数；（2）在不具备计算条件时，电容器的安装容量按变压器容量的10％～30％确定。（3）单台感应电动机的就地补偿；在进行无功补偿时，有时采取对单台感应电动机进行个别补偿，这时不能用上面介绍的方法选择电容器，也不能简单以负荷作为计算的依据，因为如果按照电动机在负荷情况下选择电容器，则在空载时就会出现过补偿，即功率因数超前，而且当电动机停机切断电源时，电容器就会对电动机放电，使仍在旋转着的电动机变为感应发电机，感应电势可能超出电动机额定电压的好多倍，对电动机和电容器的绝缘都不利。因此单台电机个别补偿时电容器的容量应按照不超过空载电流的倍进行选择，即：QC1≤ UeI0其中：Qc－所需安装的并联电容器容量kvar；Ue－电动机额定电压kV;Io－电动机空载电流A ;（4）安装容量与输出容量的关系为保证补偿电容器安全、稳定、可靠运行，我们必须在补偿电容器前加串调谐电抗器，而补偿电容器在串接电抗器后，输出容量和安装容量的关系应依下式计算：五、功率因数cosφ与效率η得区别：电动机和变压器得效率η是指其输出有功功率与输入的有功功率的比值。用效率的概念来说明电动机或变压器的有功损耗。功率因数cosφ是用来说明在电网和设备之间往复振荡的电场或磁场能量有多少，功率因数越高说明在电网和设备之间往复振荡的能量越少。第二讲：设计基础目录第一节：元件的设计选型第二节：电气接线第三节：成套设备的保护第四节：电容器组投切方式的选择第一节：元件的设计选型1 电容器电容器做为无功补偿的重要元器件，应用于1kV以上的工频电力系统中，用来提高系统的功率因数，改善电压质量，降低线路损耗，充分发挥发电、供电设备的效率。产品以铝箔为极板，烷基苯浸膜纸（WF）、二芳基乙烷浸膜纸（FF）复合，二芳基乙烷浸全膜（FM）、苄基甲苯全膜为介质，采用卷绕式元件经串、并联后压制制成，电容器箱体内充满浸渍济。一般有单相、三相、集合式等多种分类。单相电容器：BAM11/ —200—1WR内置放电电阻户外单相额定容量额定电压苄基甲苯浸渍的聚丙烯薄膜全膜介质并联集合式电容器：BAMH11/ —1200—1×3W三相集合式,采用内熔丝保护（BFM表示二芳基乙烷浸渍的聚丙烯薄膜全膜介质）了解集合式电容器及全膜电容器：集合式电容器是将单台壳式电容器经串并联后装入大油箱内并充以绝缘油制成。1996年已占到高压并联电容器年产量的20%。其优点是结构紧凑占地面积小，接头少，安装和运行维护工作量很小。为克服容量不能调整的缺点，后来又开发了可调容量的集合式电容器，按照容量调整范围划分有50%/100%和两类产品。由于单元壳式电容器完全浸入绝缘油中，防止了单元壳式电容器的外绝缘发生故障。单元壳式电容器内部配有内熔丝，少量元件损坏后由熔丝切除，整台电容器仍可继续运行。缺点是含油量大，外壳大油箱易存在渗漏油，故障损坏后需返厂修理所用时间较长，单位容量造价较高。关于集合式电容器有两个问题需要注意：(1)为避免大容量集合式电容器发生相间短路故障时造成严重后果，容量超过5000kvar的集合式电容器必须做成三相分体结构，即一相一台。(2)集合式电容器的引出套管外绝缘爬电比距必须≥(相对于系统最高运行电压)，以保证其绝缘强度。箱式电容器是在集合式电容器基础上发展起来的一种电容器，与集合式电容器的不同之处是内部单元电容器没有外壳，直接浸入绝缘油中，外壳大油箱采用波纹油箱或带金属膨胀器，与外部大气完全隔离。同集合式电容器相比，外壳体积和内部含油量进一步减少，以西安电力电容器厂3000kvar产品为例，箱式电容器比集合式电容器外壳体积减少，重量减少。由于材料用量减少，价格比集合式电容器要低。缺点是内部元件发生故障由内熔丝切除后，会对大油箱内的绝缘油造成污染。全膜电容器具有损耗低、发热量小、温升低、体积小、重量轻的优点。国产全膜电容器自1986年开始生产以来，经过不断改进完善，质量已趋于稳定，在可靠性方面已经好于部分进口产品。自1995年以来产量逐年大幅度增长，已有多家产品通过了两部鉴定。同国外先进产品相比，差距主要表现在比特性上，材料消耗是国外先进产品的两倍。既便如此，同膜纸复合介质产品相比体积、重量均大幅度下降。以桂林电容器厂100kvar产品为例：全膜产品比膜纸复合介质产品体积下降，重量下降。集合式产品以锦州电容器厂3000kvar产品为例：全膜产品比膜纸复合介质产品体积下降55%，重量下降。箱式电容器采用全膜产品后可取消散热器。最近，电容器制造业制订了关于加速发展国产高压全膜电容器的若干措施，必将进一步提高国产高压全膜电容器的质量。因此，新增电容器应全部采用全膜产品，浸渍剂优先选用苄基甲苯(M/DBT)和SAS—40。