5 第五章无功功率的人工补偿
无功补偿
无功补偿的意义
谐波电流会对供电系统中的电器设备产生损害，不仅 造成企业检修费用提高，而且对供电系统的安全稳定运行 埋下很大隐患。 基于以上分析，要求企业必须对供电系统存在的此类 危害进行治理。无功功率补偿技术(SVC)是一种挖掘现有
电力资源潜力、改善电能质量、消除此类事故隐患的行之
有效的方法之一，对供电系统的安全稳定运行具有非常重 大的意义。
吴佳祥
无功补偿
无功补偿的意义 无功补偿的基本原理
提高功率因数的方法
无功补偿的意义
随着我国电力工业的不断发展大范围的高压输电 网络逐渐发展形成，同时对电网无功功率的要求也日
益严格。无功功率如同有功功率一样，是保证电力系
统的电能质量、降低电能损耗以及保证其安全运行所 部不可缺少的部分。电网无功功率不平衡将导致系统 电压的巨大波动，严重时会导致用电设备的损坏，出 现系统电压崩溃和稳定破坏事故。
无功补偿的意义
研究无功功率，可以解决现代电力系统中与无功功率相关的一 系列技术问题。与无功功率相关的技术问题很多，主要有：
1.无功功率静态稳定问题； 2.电容性无功功率引起的发电机自励磁问题； 3.因潜供电流引起的单相快速自动重合闸电弧不能熄灭问题；
4.冲击性无功负荷的调节问题；
5.无功功率中的高次谐波公害和闪变问题； 6.跟随馈电系统引起的负荷功率因数的变化与改善问题。
无功补偿的基本原理
无功补偿的基本原理实质上就是把具有容性功率 负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路上, 能量
在两种负荷之间相互交换。这样， 感性负荷所需要的
无功功率可由容性负荷输出的无功功率来补偿。即把 原来是由电网或者变压器提供的无功功率， 改为由交 流电力电容器来提供。
功率因数及无功补偿介绍
2.2 提高功率因数的方法
电容补偿无功功率原理
电流在电感元件中作功时，电流滞后于电压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°，如果在电感元件电路中有 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，相应的功率因数就得到提高。由 于无功补偿设备投资及本身也要消耗一定的能耗，所以说这是 一种折中的提高功率因数的方法。
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1.3 无功功率
无功功率（Q）
在交流电路中，具有电感（电容）的电路里，电感（电容）在 半周期的时间里把电源的能量变成磁场（电场）的能量贮存起 来，在另外半周期的时间里又把贮存的磁场（电场）能量送还 给电源，它们只是与电源进行能量交换，并没有真正消耗能量， 我们把与电源交换能量的振幅值叫做无功功率，以字母 Q 表示， 主要单位乏(var)、千乏(Kvar)，它是在电气设备中建立和维持 磁场和电场的电功率，它与电压、电流间的关系： Q=UIsinφ sinφ=Q/S。测量无功功率的仪表称为无功功率表，简称无功表
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名词解释
静止无功补偿器（SVC） 于20世纪70年代兴起，现在已经发展成为很成熟的FACTS装置， 其被广泛应用于现代电力系统的负荷补偿和输电线路补偿（电 压和无功补偿），在大功率电网中，SVC被用于电压控制或用 于获得其它效益，如提高系统的阻尼和稳定性等；这类装置的 典型代表有：晶闸管控制电抗器（TCR）和晶闸管投切电容器 （TSC）它不再采用大容量的电容器，电感器来产生所需无功 功率，而是通过电力电子器件的高频开关实现对无功补偿，特 别适用于中高压电力系统中的动态无功补偿。静止无功补偿器 是一种没有旋转部件，快速、平滑可控的动态无功功率补偿装 置。它是将可控的电抗器和电力电容器（固定或分组投切）并 联使用。电容器可发出无功功率（容性的），可控电抗器可吸 收无功功率（感性的）。通过对电抗器进行调节，可以使整个 装置平滑地从发出无功功率改变到吸收无功功率（或反向进 行），并且响应快速。
第五章 电力系统的无功功率平衡与电压调整
u2
u2 N
U U T max S max : U 1max u2 N 1 f max
U1min U T min S min : U1 f min u2 N u2 min
u2 max
后面同降压式，对普通变要记得校验。
三. 改变无功功率分布调压 使用前提：（超）高压网络效果显著 要求:按照用户侧调压要求，选择无功补偿装 置的容量Qb（及变压器变比）。
正常情况下
10 kV : 7%
35kV : 0 ~ 10%
第5章 电力系统的无功功率平衡 与电压调整
§5-2 电力系统的无功电源和 无功平衡
一. 无功功率电源 无功电源 同步发电机、 某些情况的输电线路 ： 无功补偿装置： 同步调相机、静电（并联）电容 器、静止补偿器 1. 同步发电机 唯一的有功电源，主要的无功电源。 发电机在正常运行状态下发出无功：
静电（并联）电容器 运行特点： 时，全投； 时，全切。 ① 时，根据变压器低压侧调压要求选择k 已知： 为 时用户侧电压， 为其归算 至高压侧的值
选择与 最接近的分接头电压，确定
②
时，按照调压要求确定Qb
查产品目录，选大于Qb且与其最接近电容器 。 ③ 根据所选 、 校验 和 时低压侧电 压是否满足要求。
u2 (u2C )
k :1
电源电压（恒定 ）
（用户所需功率 (U 2C ) ）
（无功补偿容量 （归算至高压侧 ） ） 说明：高压侧电压用大写符 k ：实际变比 号,低压侧电压用小写符号, u ：U 归算到高压侧的值 U u k 补偿后的参数在下标加字母 u ：U 归算到高压侧的值 U u k ”c”.
2 2 2 2
2C
2C
电力供电系统中无功补偿方案的讨论
电力供电系统中无功补偿方案的讨论摘要：电力供电系统是现代社会中不可或缺的基础设施之一，其运行质量直接影响到各行各业的生产和人们的生活。
然而，在实际运行中，电力供电系统会存在一些问题，如功率因数低、谐波干扰大等，这些问题不仅会影响供电质量，还会增加线路损耗和设备损坏的风险。
因此，采取有效的无功补偿方案对于提高电力供电系统的性能和稳定性具有重要意义。
关键词：电力供电系统；无功补偿；方案1 无功补偿概述1.1无功功率的产生原因异步电动机、感应电炉、交流电焊机等电感性设备是产生无功功率的主要设备。
据统计，在工矿企业中，异步电动机产生的无功功率占全部无功功率的60%~70%。
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。
因此，为了改善功率因数，变压器不应空载或长期低负载运行。
当供电电压低于额定值时，会影响电气设备的正常工作；当供电电压为用电设备电压额定值的110%时，无功功率将增加35%左右。
所以，应采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。
1.2无功功率的定义和计算方法在电力供电系统中，无功功率指的是电感或电容元件与交流电源往复交换的功率。
简称为“无功”，用“Q”表示，单位是乏（Var）或千乏(KVar)。
无功功率的计算方法主要基于正弦交流电路的理论，通过电压（U）、电流（I）和电压相位角（φ）三个参数进行计算。
具体公式为：Q=UIsinφ。
在实际应用中，无功功率的计量通常使用三相无功电能表。
在使用过程中，可能会有正转和反转的现象，因此可能需要另加装cosφ相位表来直观显示相位的超前或滞后。
另外，视在功率用S表示，是有功功率和无功功率的平方和的平方根，公式为S=sqrt(P^2+Q^2)。
在实际应用中，我们通常使用视在功率来表示电路的总能量。
2 传统无功补偿方案的介绍和分析2.1静态无功补偿装置的工作原理和应用静态无功补偿装置（SVC）是一种广泛应用于电力系统中的无功补偿装置。
无功补偿的作用和原理
无功补偿的作用和原理无功补偿是电力系统中的一个重要概念，用于解决电力系统中出现的无功功率不平衡问题。
本文将介绍无功补偿的作用和原理。
一、无功补偿的作用无功功率是指在交流电路中产生和消耗无功功率的能量，它不对机械负载做功，主要表现为电感和电容元件的无功功率。
而无功功率不仅会造成电力系统中的电能浪费，还会导致电压稳定性问题。
无功补偿的作用就是调整电力系统中的无功功率，以提高电能的利用效率和电压的稳定性。
具体而言，无功补偿可以实现以下几个方面的作用：1. 提高功率因数：功率因数是指有功功率与视在功率之比。
功率因数越接近1，说明电能的利用效率越高。
通过无功补偿，可以降低系统中的无功功率，从而提高功率因数。
2. 改善电压稳定性：电力系统中的负载变化会引起电压波动，尤其是大型电动机和变压器的启动和停止会产生较大的电压波动。
通过无功补偿，可以在负载变化时调整无功功率的产生和吸收，从而保持电压在合理范围内的稳定。
3. 减少线路损耗：无功功率不仅会增加变压器和输电线路的负荷，还会导致线路电压降低，从而增加线路上的电能损耗。
通过无功补偿，可以减少线路上的无功损耗，提高电能传输的效率。
二、无功补偿的原理无功补偿的原理主要涉及到无功功率的产生和吸收，可以通过电容器和电感器来实现。
电容器是一种能够存储电能的元件，可以在电路中产生无功功率。
当电容器与电源相连接时，由于电容器具有存储电能的特性，在电源电压较高的时候，电容器会吸收电能；而在电源电压较低的时候，电容器会释放电能。
通过调整电容器的容值和连接方式，可以实现对无功功率的产生和吸收。
电感器是一种能够存储磁能的元件，可以在电路中吸收无功功率。
当电感器与电源相连接时，由于电感器具有存储磁能的特性，在电源电压较低的时候，电感器会吸收电能；而在电源电压较高的时候，电感器会释放电能。
通过调整电感器的参数和连接方式，可以实现对无功功率的吸收。
无功补偿的原理可以通过自动或手动方式实现。
第5章-电力系统无功功率与电压调整
第五章电力系统无功功率与电压调整①电力系统电压调整概述②电力系统无功功率平衡③电力系统中枢节点电压管理④电力系统电压调整措施⑤电压调整与频率调整的关系一、电力系统电压调整概述1、电压调整的必要性电力系统运行中各种电气设备和用电设备都是按照其额定电压设置制造的只有在额定电压下运行才能取得最佳的运行效果，并保证其使用寿命。
因此，电压是电力系统正常运行的重要性能指标之一，通过电压调整，使得电力系统各节点电压保持在允许的范围是电力系统运行的基本任务。
电压偏移过大给电力系统本身以及用电设备带来不良的影响：（1）工作效率下降，寿命降低；（2）电压过低引起工业产品出现次品；（3）电压过低引起电机发热；（4）电压过低引起电压和功率损耗增加；（5）电压过高引起设备绝缘受损、缩短设备使用寿命（6）可能引起系统电压崩溃。
一、电力系统电压调整概述虽然我们期望电力系统中各节点的电压保持在额定值，但是在实际电力系统运行中是无法做到的。
2、电力系统允许的电压偏移为什么呢？（1）设备及线路压降（2）负荷随机波动（3）系统运行方式改变由此可见，严格保证所有电气设备和用电设备在任何时刻的电压都为额定值几乎是不可能的。
因此，大多数设备都允许有一定的电压偏移。
电力系统一般规定一个电压偏移的最大允许范围，例如:35kV 及以上供电电压正负偏移±5%;10kV及以下在±7%以内。
（不同的电压等级，不同的用户类型，允许的电压偏移范围也不一样）二、电力系统无功功率平衡1、无功功率负载和无功损耗电压是衡量电能质量的重要指标。
电力系统的运行电压水平取决于无功功率的平衡。
系统中各种无功电源的无功出力应能满足系统负荷和网络损耗在额定电压下对无功功率的需求，否则电压就会偏离额定值。
•异步电动机电压下降,转差增大,定子电流增大。
在额定电压附近，电动机的无功功率随电压升降而增减；而当电压明显低于额定值时，无功功率主要由漏抗无功损耗决定，随着电压下降反而上升。
电力系统无功补偿配置技术原则(国家电网公司)
第二章
无功补偿配置的基本原则
第三条 电力系统配置的无功补偿装置应能保证在系统有功负荷高峰和负荷低谷运行方式下，分（电 压）层和分（供电）区的无功平衡。分（电压）层无功平衡的重点是 220kV 及以上电压等级层面的 无功平衡，分（供电）区就地平衡的重点是 110kV 及以下配电系统的无功平衡。无功补偿配置应根 据电网情况，实施分散就地补偿与变电站集中补偿相结合，电网补偿与用户补偿相结合，高压补偿 与低压补偿相结合，满足降损和调压的需要。 第四条 各级电网应避免通过输电线路远距离输送无功电力。500（330）kV 电压等级系统与下一级 系统之间不应有大量的无功电力交换。500（330）kV 电压等级超高压输电线路的充电功率应按照就 地补偿的原则采用高、低压并联电抗器基本予以补偿。 第五条 受端系统应有足够的无功备用容量。 当受端系统存在电压稳定问题时， 应通过技术经济比较， 考虑在受端系统的枢纽变电站配置动态无功补偿装置。 第六条 各电压等级的变电站应结合电网规划和电源建设， 合理配置适当规模、 类型的无功补偿装置。 所装设的无功补偿装置应不引起系统谐波明显放大，并应避免大量的无功电力穿越变压器。35kV～ 220kV 变电站，在主变最大负荷时，其高压侧功率因数应不低于 0.95，在低谷负荷时功率因数应不 高于 0.95。 第七条 对于大量采用 10kV～220kV 电缆线路的城市电网，在新建 110kV 及以上电压等级的变电站 时，应根据电缆进、出线情况在相关变电站分散配置适当容量的感性无功补偿装置。 第八条 35kV 及以上电压等级的变电站，主变压器高压侧应具备双向有功功率和无功功率（或功率 因数）等运行参数的采集、测量功能。
电力系统无功补偿配置技术原则
国家电网公司
电力系统无功补偿配置技术原则
维修电工技师理论知识试卷(6)附答案
技师复习资料1.实践证明，低频电流对人体的伤害比高频电流大。
2.示波器中水平扫描信号发生器产生的是锯齿波。
3.操作晶体图示仪时,特别注意功耗电压.阶梯选择及峰值范围选择开关。
4.在整定B2010型刨床速度调节器比例放大倍数必须以测速发电机电压稳定为前提。
5.SIMOREG-V5系列调速装置是一个可逆逻辑无环流双闭环系统。
6.用快速热电偶测温属于动态测温。
7.肖特基二极管与普通整流二极管相比，反向恢复时间短，工作频率高。
8.不可控两端器件，它具有整流作用，而无可控功能。
9.指导操作是具体示范操作和现场技术指导训练。
10.通过指导操作使学员的动手操作能力不断增强和提高，熟练掌握操作技能。
11.生产工人在生产班内完成生产任务所需的直接和间接的全部工时为工时定额中的定额时间12.为了提高电源的利用率，感性负载电路中应并联适当的电容，以提高功率因数。
13.逻辑运算中，A+AB= ．A 。
14.系统输出量产生反作用的信号称为扰动。
15.触电者（A ）时，应进行人工呼吸。
A、有心跳无呼吸B、有呼吸无心跳C、既无心跳又无呼吸D、既有心跳又有呼吸16.测量轧钢机轧制力时通常选用( B)做传感器.A、压力传感器B、压磁传感器C、霍尔传感器D、压电传感器17.B2010型龙门刨床V55系统当电动机低于额定转速采用（C）方式调速。
A、恒功率B、恒转矩C、恒力矩D、弱磁18.测温仪的主机部分由A/D转换器,（ B ）系列单片机最小系统及人机对话通道组成.A、Z80B、MCS-51C、32位D、16位18.ISO9000族标准中( A )是指导性标准.A、ISO9000-1.B、ISO9001～ISO9003C、ISO9004-1.19.要求传动比稳定较高的场合，采用（ A ）传动方式。
A、齿轮B、皮带C、链D、蜗轮蜗杆20.在纯电容电路中，已知电压的最大值为Um ，电流的最大值Im ，则电路的无功功率为___b__。
a．UmIm b．UmIm／2 C。
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3、 视在功率
交流电路中，有功功率和无功功率构成视在功率。 关系如图：
U
S
Q
I
P
功率三角形
电压和电流向量关系
由功率三角形可知：
公式中：
S
S P2 Q2
P COS S 1 Q 1 P
2
P
Q
COS
4、功率因数及功率因数角 电流和电压之间的相位差用 表示，称为功率因数角。 它的余弦
企业无功补偿
内容提要：
介绍功率因数的概念、计算方法、影响功率因数的 因素及提高功率因数的效益的措施，同时对提高功率因 数的方法和无功功率的人工补偿作了介绍。
§5.1 功率因数的基本知识 教学要求
掌握功率因数的基本概念及其分类，了解企业功率因 数的影响因素及提高功率因数的效益。
一 功率因数的基本概念
二 无功补偿
根据《供电营业规则》对功率因数的要求，仅仅依靠 提高自然功率因数的方法是不能满足的，用电单位还 需要装设无功补偿装臵，对功率因数进行人工补偿。
§5.3 无功功率的人工补偿
教学要求
掌握电容器补偿无功功率的原理、原则、方式及其补偿容 量的确定。解并联电容器的接线方式及电容器组的投切 控制。
M
M 分组补偿法
3 集中补偿 将电容器组接在变电所或配电所的高压或低压母线上 ，这种补偿方式的电容器组，利用率较高，但不能减少用 户内部配电网络的无功负荷所引起的损耗。
集中补偿法
四 电容器组投切控制 1.电容器补偿的固定投切与自动投切比较
电容器的固定投切方式没有根据功率因数的变化而变化，容易造 成补偿装臵欠补或者过补。为了克服高峰负荷时的欠补偿，就必须 多装设补偿容量，这不仅增加投资，而且由于增大了补偿容量，在 低谷负荷时必然产生过补偿，结果将造成企业用电互相配电系统倒 送无功功率，产生过电压，破坏供电质量，也威胁并联电容器和用 电设备的安全运行。若将补偿容量装设在低负荷时，则到高峰时就 会出现补偿的无功功率不足，达不到补偿的效果。 采用无功功率自动补偿，就可以根据配电系统中无功负荷的大小， 自动及时的投切无功功率补偿容量，克服了上述欠补偿或者过补偿 所引起的不良后果。可以有效地提高功率因数，降低线损，保证电 能质量。
1 个别补偿
广泛应用于低压 网络。它将电容器直 接接在用电设备附近 ，一般和用电设备合 用一套开关。
M 个别补偿法
个别补偿的优点是补偿效果好，缺点是电容器利用
率低。当连续运行的用电设备所需补偿的无功功率 容量较大时，采用个别补偿最为合适。
2 分组补偿
将电容器组分别安装在各车间配电盘的母线上，这样 配电变压器及变电所至车间的线路都可以得到补偿效果 。分组补偿时的电容器组利用率比个别补偿时高，所需 容量比个别补偿少。
Qc =Pav tg1 -tg2
Qc ：所需的补偿容量，kvar
Pav ：一年中最大负荷月份的平均有功负荷，kw
tg1 , tg2 ：补偿前后平均功率因数的正切值
三 无功功率补偿原则与电容器补偿方式
为了提高企业无功功率补偿装臵的经济效益，减少无 功功率的流动，应尽量就地补偿，就地平衡，这就是无 功补偿的原则。 并联电容器的补偿方式一般分别个别补偿、分组补偿 和集中补偿三种。
1、有功功率与无功功率
电网需要电源供给2部分能量，一部分用于做功而被消 耗掉，这部分电能转换成机械能、热能、化学能和光能， 称为有功功率； 另一部分能量是用来建立交变磁场，并不对外部电路 做功，它由电能转换为磁能，再由磁能转换为电能，这样 反复交换的功率称为无功功率。
2、感性无功功率和容性无功功率
感性无功功率：磁场所具有的磁场能是由电源供给的，
电动机、变压器在能量转换过程中建立交变磁场，在一 个周期内吸收的功率和释放的功率相等，这种功率称为 感性无功功率。 容性无功功率：电容器在交流电网中接通时，在一个
周期内，上半周期的充电功率和下半周期的放电功率相 等，不消耗能量，这种充放电功率叫容性无功功率。
COS
WP W W
2 P 2 Q
1 WQ 1 WP
2
(3) 注意：供电部门每月定时来企业考核月加权平均功 率因数的大小，再与国家规定的平均功率因数值比较， 从而决定企业所交纳电费是奖励还是惩罚，并采取相应 的措施，以利于节约用电。
三 影响功率因数的因素
① 电感性用电设备配套不合适或者不合理，造成用 电设备长期轻载或者空载运行，使无功功率的消 耗量增大；异步电动机空载时消耗的无功功率约 占电动机总无功消耗的60%-70%。 ② 大量采用电感性用电设备，（如异步电动机、交 流电焊机、感应电炉等）而消耗大量的无功功率； 异步电动机无功功率消耗约占60%-70%。 ③ 变压器的负荷率和年利用小时数过低，造成过多 的消耗无功功率；正常工况无功消耗为额定容量 的11%-14%，空载时为1/3。
降低功率损耗和电能损失； 减少电力设备的的安装容量，节省投资； 减少电压损失，改善电压质量；
§5.2 提高功率因数的方法
教学要求
掌握提高功率因数的方法，包括提高自然功率因数和 人工补偿。
一 提高自然功率因数 定义：指不用任何补偿设备，采用降低各种用电设备所需 的无功功率来提高功率因数的方法。 具体方法 合理的选择使用电动机； 适当降低电动机运行电压； 安装空载自动断电装臵； 提高电动机的检修质量； 合理选择使用变压器； 调整工艺过程，改善设备运行制度； 停运空载变压器； 调整负荷，实现均衡用电。
X 0 0.411 / km ,所带负荷200+j150KVA，在线路末端补偿
QC 100k var ，求线路损耗和电压降。
COS
自然功率因数的高等主要取决于用电设备的负荷特性. 2 瞬时功率因数 指某一瞬间由功率因数表读出的功率因数值，也可 根据电压表、电流表和有功功率表在同一时间的读 数经过计算确定。 用电设备的类型
瞬时功率因数的影响因素：负荷的大小 电压的高低
3 平均功率因数 （1）定义：指企业在一定时间段（一个工作班、一周 或者一个月等）内功率因数的平均值。 （2）企业考核：以一个月加权平均功率因数进行 它通过企业一个月内消耗的实用有功电量和无功电量 计算而得到。
一 电容器补偿无功功率原理 工矿企业的用电设备大部分是电感性的，这
使得线路电流滞后于线路电压一个角度
如图所示
Ic
Ia
U
Ir
I
Ir
I
电容器补偿无功功率原理图
二 电容器补偿容量的确定
用电容器提高功率因数可获得显著的经济效益。但是，电 容性负荷过大，会引起电压的升高，带来不良影响。所以 ，应适当选择电容器的安装容量，通常电容器的补偿容量 按下式确定：
三 影响功率因数的因素
④ 线路中的无功功率损耗；高压输电线路感抗值 比电阻值大几倍，110kV为2-2.5倍，220kV为 4.5-6倍。 ⑤ 无功功率补偿装臵的容量不足，企业用电设备 所消耗的无功功率主要靠发电机供给，致使输变 电设备的无功功率消耗量大。
四 提高功率因数的效益 提高设备有功出力；
COS
视在功率KVA 有功功率 KW 无功功率KVar 功率因数 功率因数角
表示有功功率与视在功率之比，称为
功率因数。
二、 功率因数测量和计算
随着用电负荷的变化和电压波动而变化，这对功率 的测量和计算十分重要。 1 自然功率因数 是指用电设备没有安装无功补偿设备时的功率因数， 或者说用电设备本身所具有的功率因数。
2. 并联电容器投切的自动控制方式 高压并联电容器投切的自动控制方式
低压并联电容器投切的自动控制方式
高压型自动控制方式
电流型自动控制方式 程序控制方式 无功功率自动控制方式 综合性控制方式 时间型自动控制方式 功率因数性自动控制方式
五 例题 例:10kV线路，长5km，导线型号LGJ-70，其中 g 0.46 / km