无功补偿及补偿经济效益分析

一、无功补偿概述
　　电网中的电力负荷如电动机、变压器等，大部分属于感性负荷，在运行过程中需向这些设备提供相应的无功功率。在电网中安装并联电容器等无功补偿设备以后，可以提供感性电抗所消耗的无功功率，减少了电网电源向感性负荷提供、由线路输送的无功功率，由于减少了无功功率在电网中的流动，因此可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗，这就是无功补偿。无功补偿可以提高功率因数，是一项投资少，收效快的降损节能措施。
　　电网中常用的无功补偿方式包括：①在变电站母线上安装并联电容器组进行集中补偿；②在高低压配电线路中安装并联电容器组进行分段补偿；③在配电变压器低压侧和用户车间配电房安装智能型低压无功补偿装置进行跟踪补偿；④在单台电动机处安装并联电容器进行随机补偿。
　　确定无功补偿容量时，应注意以下两点：①在轻负荷时要避免过补偿，倒送无功造成功率损耗增加，也是不经济的。②功率因数越高，每千乏补偿容量减少损耗的作用将变小，通常情况下，将功率因数提高到0.95就是合理补偿。
二、无功补偿改善电能质量
　　电网中无功补偿设备的合理配置，与电网的供电电压质量关系十分密切。合理安装补偿设备可以改善电压质量。
　　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。
三、无功补偿降低电能损耗
　　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)
功率因数从下表值提高到0.95时,可变有功损耗降低的百分数如下表:

四、无功补偿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。
五、无功补偿减少用户电费支出
(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。
　　综上所述，采用无功补偿可以提高功率因数，是一项投资少，收效快的节能措施。并联补偿电容器原理简单、使用方便、运行经济、投资省、可以分组投切保证电压合格率和合理的功率因数。我国各地区配网和农网很多地方平均功率因数偏低，有降低线损的潜力。通过计算，采用补偿电容器进行合理的补偿一定能取得显著的经济效益。