无功补偿经济效益分析
电网无功补偿及补偿效益分析
３ 、 无功 补偿 的效 益分 析
在 现代用 电企业 中 ， 在 数量众 多 、 容量大 小不 等的感性 设备连 接与 电力系
统中， 以致 电网传输功 率 除有功 功率外 ， 还需无 功功率 。 如 自然平均功率 因数在
０ ． ７ ０ ～０ ． ８ ５ 之间。 企 业 消耗 电网的无功 功率约 占消耗 有功功率 的６ ０ ％～９ ０ ％， 如 果 把功 率 因数 提高 到０ ． ９ ５ 左右， 则无 功消耗 只 占有 功消耗 的３ ０ ％左右 。 由于 减
（ １ ） 节 省企业 电费开 支。 提高功 率因数对企 业的直 接经济效益 是明 显的 ， 因 为在 国家电价 制度 中， 从合 理利 用有 限电能触 发 ， 对不 同企业 的功率 因数规 定
无功 补偿设 备可 以有效地 降低 电 网中的功率 耗损 ， 根据 公式Ｉ ＝ Ｐ ／ Ｕｃ ｏ ｓ ￣ 知， 其 中 电流与ｃ ０ ｓ 成反 比 ， 因此 ， 安装 无功 补偿设 备之 后可 以有效地 提高 功率 因数 ， 线 路中的 负荷 电流 降低 ， 进 而使有功 功率 的损耗 有所 降低 ， 同时还可 以减
般 无功补偿 设备是在用户 的负 载点 或者配 电室进行补偿 ， 供 电部 门会与用
户进行协商 ， 鼓励用户在用 电处安装无功补偿设备 ， 减少 电费支出， 进而提高功率 因数 ， 使功率因数符合考核标准。 相关资料表 明， 无功功率约有４ 是消耗在变压器 和 电线 线路 ， 剩余的则消耗在客户的用 电设备 中。 为此 ， 供电部 门要与用户加强 沟 通， 共 同做好无功补偿设备的配置 ， 保证 电力资源的高效 合理使用 ， 减少能源浪费 。
无功 补偿 是电力 网建设 和改造 的重要 组成部 分 ， 它 是保持 网络无 功平衡 ，
电气自动化中无功补偿技术的应用分析
73M achining and Application机械加工与应用电气自动化中无功补偿技术的应用分析朱 根（山东钢铁股份有限公司莱芜分公司能源动力厂，山东 济南 271104）摘 要：电气自动化技术的日渐纯熟促进了我国工业生产总值的可持续增长，尤其在进入二十一世纪后，工业生产领域电气设备数量不断增长，在满足正常生产需求的同时，电力能源消耗也呈现出逐年递增态势。
在这种形势之下，无功补偿技术逐步在电气自动化生产当中得到普遍推广和应用，该技术不仅能够提升供电效率，降低线路损耗，同时，能够节省大量的电力能源，进而为工业生产企业创造更多的经济效益。
因此，本文将围绕无功补偿技术的基本原理，以及在电气自动化中的应用优势与效果展开全面论述。
关键词：电气自动化；无功补偿技术；基本原理；具体应用中图分类号：TM714.3 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2020）24-0073-2 收稿日期：2020-12作者简介：朱根，男，生于1989年，汉族，山东平阴人，本科，中级工程师，从事电气设备技术与管理工作。
电力供电系统作为各种自动化电气设备的能源供应装置，为工业生产企业的自动化生产提供了源源不断的动力能源。
但是，受到电力供电系统功率因数的影响，系统在提供电力能源的同时，极易出现供电变压器与输送线路损耗，进而影响电网的供电质量，导致自动化电气设备无法正常运转。
而无功补偿技术的出现，能够提高电网的功率因数，有效改善供电环境，并且在保持稳定供电电压的前提下，能够节省大量的电力能源。
1 无功补偿技术基本原理无功补偿又称之为无功功率补偿，是电力供电系统当中调节和改善供电环境，提升电网功率因数的重要装置。
近年来，由于我国工业生产过程中使用的自动化电气设备越来越多，导致设备功率消耗量巨大，无形当中就增加了企业的经济负担。
而无功补偿技术的出现恰恰解决了这一难题，尤其在电气自动化生产过程中的应用，使得电网供电质量得到可靠保障，进而电网的电力能源损耗量也显著降低，因此，无功补偿装置始终在电力供电系统中扮演着不可或缺的角色。
关于煤矿动态无功补偿装置经济效益计算的分析
关于煤矿动态无功补偿装置经济效益计算的分析【摘要】现代化煤炭矿井中央变电所通过动态无功补偿装置补偿无功、治理谐波、降低能耗已经成为企业安全生产、节能降耗的必要保障措施。
本文通过对某矿井动态无功补偿装置实际运行效果进行经济效益方面的计算，总结动态无功补偿装置经济效益计算的一般方法，为无功补偿项目投资及节能降耗效益评价提供参考。
【关键词】无功补偿；经济效益；计算0 概述现代化煤炭矿井负荷波动大、功率因数低、电能质量要求高，矿井中央变电所通过动态无功补偿装置补偿无功、治理谐波、降低能耗，已经成为煤矿企业安全生产、节能降耗必要保障。
由于动态无功补偿装置对于功率因数实时补偿、补偿容量随负荷变化，使得无功补偿装置运行经济效益的实时测量和计算都非常困难。
本文通过对某矿井中央变电所动态无功补偿装置实际运行效果进行经济效益方面的计算及分析，总结动态无功补偿装置经济效益计算的一般方法，为无功补偿项目投资及节能降耗效益评价提供参考。
1 动态无功补偿装置经济效益计算实例动态无功补偿装置的运行可实现煤矿中央变电所无功自动跟踪补偿，提高功率因数，降低供电网络电能损耗；减少功率因数调整电费的支出；增加了变压器和输、配电线路的有效容量；抑制电压波动，滤除电网谐波，提高电压质量等。
以下根据我公司所辖某矿井中央变电所（主变压器35/10.5kv，31.5mw*2，1用1备）动态无功补偿装置（采用辽宁荣信电力电子股份有限公司tcr-svc，补偿容量12000kvar，投资210万元）实际运行效果进行经济效益方面的计算及分析。
1.1 提高功率因数，降低供电网络电能损耗该矿井变电所当svc退出运行时其自然功率因数通常在0.6-0.85之间（平均功率因数取0.80），svc投入后可实时监测矿井负荷变化情况自动跟踪补偿无功，使变电所10kv进线处功率因数保持在0.95以上，减小了供电网络的输送电流，经济效益体现在主变压器及供电线路上的能量损耗降低。
电动机无功补偿容量的选择及注意事项
电动机无功补偿容量的选择及注意事项浙江省宁海县供电局高补林采用低压静电电容器，在对感应电动机进行无功补偿时．准确、合理地选择补偿容量，可以最大限度地减少系统中流过的无功功率，降低电能的损耗，提高电压质量。
目前，我们对城关公用低压线路上的感应电动机，普遍推行无功就地补偿，以减少公用线路日益上升的线损，我局已作为技改措施计划落实。
1 容量选择1．l 单台三相电动机补偿容量，应把电动机空载时的功率因数补偿至1为原则、若以满载时耗用的无功功率作为补偿依据，空载时必为过补偿。
因此，补偿容量按下式计算：（1）式中U——电动机的额定电压kVI0——电动机的空载电流 AQ——无功补偿容量kvar1．2 补偿容量的校正。
当电网的实际运行电压低于电容器的额定电压，则电容器输出容量达不到额定值，应按下式进行校正。
校正后为实际应补偿的容量：Q′=K2Q （2）式中U eB——电容器的额定电压U L——电网的代表日均方根电压值1．3 对电动机组的补偿，应根据其行业的特点，确定需要系数及同期率，然后由（1）、（2）式求得补偿容量。
2 运行时注意事项2．l 正常巡视电容器的运行情况，如发现有外壳鼓涨、漏油、绝缘放电及温升过高等情况．应及时处理，以防止事故扩大。
2．2在实际运行中，尤其是用电低谷，网络的电压将大大上升，当电网电压超过电容的额定电压的10％时，或电容器电流超过额定电流的1．3倍时，电容器应退出运行。
2.3补偿电容器一定要装设放电装置，放电装置按附图接线，运行时，K1闭合。
放电时，K2闭合。
放电回路不得装设熔丝。
2．4 低压电容器的保护可采用刀闸开关与低压熔断器或空气开关相配合的办法。
10KV线路变压器及电动机无功补偿1．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。
某供电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。
谐波抑制和无功补偿
绪论电能质量的好坏，直接影响到工业产品的质量，评价电能质量有三方面标准。
首先是电压方面，它包含电压的波动、电压的偏移、电压的闪变等；其次是频率波动；最后是电压的波形质量，即三相电压波形的对称性和正弦波的畸变率，也就是谐波所占的比重。
我国对电能质量的三方面都有明确的标准和规范。
随着科学技术的发展，随着工业生产水平和人民生活水平的提高，非线性用电设备在电网中大量投运，造成了电网的谐波分量占的比重越来越大。
它不仅增加了电网的供电损耗，而且干扰电网的保护装置与自动化装置的正常运行，造成了这些装置的误动与拒动，直接威胁电网的安全运行。
举个常见的例子来说，电子节能灯在使用量所占比重较小的电网中运行，的确比常用的白炽灯好，不仅亮度高又省电，而且使用寿命也长。
但是相反，在大量投运节能灯后，就会发现节能灯的损坏率大大提高。
这是由于节能灯是非线性负荷，它产生较大的谐波污染了这一片电网，造成三相负荷基本平衡情况下，中心线电流居高不下，造成了该片电网供电质量下降，用电设备发热增加，电网线损增加，使得该区的配变发热严重，严重影响其使用寿命。
因此我们对非线性用电设备产生的谐波必须进行治理，使谐波分量不超过国家标准。
第一章 基础概念1.1 电力系统的组成电力系统是由发电、输电、用电三部分组成。
其中过程为发电厂发电经升压变压器升压并网，再由输电网络输送的各个变电站，变电站进行降压后输送给各个用户，用户经过再一次降压后给用电设备供电。
主要设备为发电机、升压变压器、输电网络、降压变压器、用电设备及二次保护系等组成。
发电机的电压等级一般为6KV 、10KV ，输电网络为110KV 、220KV 、500KV ，配电网络为10KV 、35KV ，用电设备一般为380V 、220V 。
我国电力系统采用三相50HZ 交流供电。
1.2 功率的概念在供电系统中，通常总是希望交流电压和交流电流时正弦波形（不含有谐波的情况下），正如电压为：()ωt U t U sin 2=式中 U ------电压有效值ω--------角频率f πω2=f ---------频率 (50HZ) 正弦电压施加在线性无源负载上如电阻、电容、电感上时，其电流的表达式为：()()ϕ-=ωt I t I sin 2I --------电流有效值φ--------相位角 电压和电流的关系从相位图上看如：（绿色为电压，红色为电流）电流相位角φ>0时，为电流滞后电压，负载呈现为感性（如电动机）电流相位角φ<0时，为电流滞后电压，负载呈现为容性（如无功补偿器）视在功率为： UI S = （KV A ）有功功率为：ϕcos UI P = (KW)无功功率为：ϕsin UI Q = （Kvar ）在正弦交流电路中，有功功率P 是用来做功的，是负载消耗掉的真正的功率。
无功补偿与节能降耗的分析
无功补偿与节能降耗的分析为了提高供电系统的安全性、可靠性和经济效益，因此在配网运行时，必须最大限度的进行节能降耗。
为了实现上述目标，本文主要从以下几个方面进行研究，首先对无功补偿技术的相关内容进行介绍。
其次还对实现无功补偿的措施进行探讨，分别从补偿点、补偿容量的确定与无功补偿设备、投切开关的选择这四个方面来进行探讨。
标签：10kV；配网；无功补偿；节能损耗在配网中，为了减少无功功率的损耗，可以安装无功补偿设备，比如：并联电容器，这样在电路运行时，无功补偿设备就会对电抗进行自动感应。
引起无功功率损耗的主要方式为：在电网运行时，线路中会存在无功功率，电网电源就将此无功功率提供给感性负荷，从这里可以看出，变压器和线路在输送电的工程中会产生无功功率，进而发生电能损耗，通过安装相关设备将此损耗降到最低的方式为无功补偿技术。
在电网中，无功补偿设备具有降损节能的作用，其优点为投资成本低、效益高，还可以不断提升功率因数，因此无功补偿技术值得在配网中推广与应用。
1 无功补偿的相关介绍在配网运行时，为电感负载提供无功补偿是一项极其重要的工作，其实现方式主要有两种：（1）直接通过输电系统来进行补偿，如果是应用此方法来实现的话，就要综合两个方面来考虑，一方面是无功功率，另一个方面是有功功率。
因此此方式就存在缺点了，增加电能损耗，这主要是对无功功率进行输送造成的，从而增加电力运输的成本，违背了经济性原则；（2）通过电容器来实现补偿，此方式可以有效避免上述存在的问题，也可以有效的对无功损耗进行降低，使功率因数倍增，提升电力系统的经济性。
功率因数在电力系统运行时，也发挥着重要的作用，它是电源输出是否有效的反映，这样就可以通过功率因数对有效利用率进行计算，真实的了解电力的运行情况。
在配网运行时，如果存在大量的无功损耗，将会给配网的安全、经济运行造成很大的影响，主要有两个方面：一是使线路损坏的发生率不断提高；二是造成供电系统不稳定，使得用户的用电质量不断下降。
就地无功补偿的综合效益分析
量。
ＵＩＩ Ｓ Ｉ ＩＣ ￣ ＝Ｕ２２ｏ ￣ Ｏ １ｃｓ２
（） ３
安装就地无功补偿 后，电流 ， 比 ，小 ，向负载供 电的线 ２ 路压降 Ｌ 减 小 ，因此负载端 电压 ｕ 会 比 高 。这一效应 ， Ｙ ｚ ２ 方 面在 有 功 功 率 不 变 的情 况 下 ，可 减 少 线 路 电流 和线 损 ， 另一 方面 ，会提升 和稳定 负载 端 电压 ，提 高供 电质量 ，提高 设备工作 的效率、稳定性和使 用寿命 。 简 化 起 见 ， 安 装 就 地 无 功 补 偿 后 ， 笔 者 假 定 １ ３ ｌ ｏｑ１Ｏ７ ，ｃｓ５ Ｏ ５ ． Ｕ ， ｓ５ ． ０ ｃ ＝ ５ ｏｑ２ ． ，则 由（） 可 得 ： ＝ ９ ３式
电力用户无功补偿原理及效益分析
，
、
．
90
及 以上
，
其它
10 0 k V A ( k w
．
)
所示
。
《 力 系统 电 压 无 功 电 技 术导 则 》 中规 定 ：
“
中型 电力 排灌 站 功 率 因 数 为 0
．
85
及以
上 趸 售 和 农 业 用 电功 率 因 数 为 O 8 0 及 以 上 凡 功 率 因 数 未 达
，
．
次
侧 功 率 因 数应 不 低 于
O 95
．
O 95
；
偿 与 用 户 补 偿 相 结 合 ；集
中补 偿 与分散 补 偿 相 结
在低 谷 负荷 时功 率 因 数 应 不 高 于
” 。
合 以 分散 为 主 ；降损 与 调
，
： 《 力系统 电压 和 无 功 电力 管 理 条例》 第 十 二 条 用 户 在 电
所 的集中补偿 方 式 2 为配 电台区 的集中补偿 方式
上 的 无 功补 偿 方 式 4 为 分散 补 偿
， 。
3
为线路
220kV
行配 置 和 运 行
，
并应具有
及 以 下 电 网 的 容性 无 功 补偿 设 备 总 容 量
，
可按下
式 计算
QC
=
灵 活 的 无 功 电力 调 节 能 力
与检 修备用
图 1
，
。
电 费 三 部分
，
，
用 户 通过 合 理 的 无 功 补 偿投 资
。
控 制 好功 率 因 应 根 据 需 要 配 置 无 功 补偿设 备
0 10
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无功补偿经济效益分析
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：
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。
公用配变容量为40500kV A，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200kV A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200kV A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。