无功补偿在民用建筑中的应用

浅谈无功补偿在民用建筑中的应用摘要：我国对民用高层建筑的高压进线侧功率因数要求在0.9
以上,因此,在绝大数情况下,都必须采用人工补偿,方能达到上述
功率因数的要求。

提高功率因数,对于减少电能损耗,提高供电设备的利用率,降低供电线路的压降损失,具有重要的现实意义。

随着社会经济和城市建设的快速发展，电力用户除了对电能总量需求量不断增加外，对供配电系统供电安全性、可靠性、经济性等也提出了更高的要求。

为了提高供电电能质量水平，供配电系统广泛采用在系统中并联电容器，通过静态控制电容器的切投运行工况，对系统无功容量进行补偿。

利用先进的无功补偿及消谐技术来优化调整低压配电系统的综合电气性能，可以提高整个系统供电电能的功率因素，保证系统中各用电设备具有良好的运行性能，降低系统损耗，减小谐波电流分量对系统的冲击，有效稳定系统供电电压水平。

关键词无功补偿原理；补偿方式；民用建筑负荷特点；
abstract: the high pressure line side power factor of our country civil high-rise buildings was required in 0.9 above, accordingly, in most instances; we must use artificial compensation, in order to achieve the power factor requirements. it has the important practical significance to improve the power factor, to reduce electric energy loss, improve the utilization rate of power equipment, and reduce
the pressure drop loss power supply line.
key words: theory of reactive power compensation; compensation; civil building load characteristics 中图分类号：tm923 文献标识码： a 文章编号：2095-2104（2012）03-00
1.无功补偿的基本原理
电网输出的功率包括两部分：一是有功功率，二是无功功率。

直接消耗电能，把电能转变为机械能、热能、化学能或声能，利用这些能作功，这部分功率称为有功功率；不消耗电能，只是把电能转换为另一种形式的能，这种能是作为电气设备能够做功的必备条件，这部分功率称为无功功率。

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，电感电流与电容电流矢量方向相反，互差180°，如果在电磁元件电路中有比例地安装电容元件，使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小，电源作功能力可大大提高。

2．无功补偿原则
国家《电力系统电压和无功电力技术导则》规定，无功补偿与电压调节应以下列原则进行。

a.总体平衡与局部平衡相结合； b.电力补偿与用户补偿相结合； c.分散补偿与集中补偿相结合； d.降损与调压相结合，以降损为主。

无功补偿应尽量分层按电压等级和分区按地区补偿，就地平衡，避免无功电力长途输送与越级传输。

无功补偿通常采用负荷侧集中补偿方式，即在低压系统(如变压器的低压侧)利用自动功率因数调整装置，随着负荷的变化，自动地投入或切除电容器的部分或全部容量。

补偿方式分为三相电容自动补偿、分相电容自动补偿和混合补偿三种。

3.1 三相电容自动补偿
三相电容自动补偿结构简单，成本低，在供配电系统中被广泛应用。

它在补偿时，信号取自三相中的任意一相，根据检测结果的需要，三相同时投切相同数量的电容。

三相电容自动补偿适用于三相负载平衡的供配电系统，当三相负载平衡，三相电压、电流接近时，三相同时投切可保证三相电压的质量。

但如果三相负荷不平衡，用三相电容自动补偿的方法来补偿无功电流、提高功率因数，不但不能达到预期的效果，而且可能会造成设备的损坏。

3.2 分相电容自动补偿
分相电容自动补偿就是每相单独补偿，通过检测每一相的电压、电流，当每相功率因素或电压与设定值比较超出某一范围时，每相分别进行单独补偿，有针对性地进行无功补偿，避免补偿的盲目性，提高资源利用率。

分相电容自动补偿，适用于三相负载不平衡的供配电系统。

在三相负载不平衡及单相(220v)配电回路中，其调节无功功率参数的信号是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，对其它相并不产生影响，故不会产生欠补偿和过补偿的情况。

较常见的混合补偿是设一组三相电容自动补偿的时，再设一组分相电容自动补偿，系统根据检测结果自动选择补偿方式，资源可得到充分利用，但前期投入费用相对高些。

4.民用建筑工程中无功补偿的应用
4.1 民用建筑负荷的特点分析
民用建筑用电负荷特征1.1以单相负荷为主民用建筑中的单相负荷主要有照明、家用电器、办公设备、计算机等;三相负荷主要有电梯、水泵、风机、集中空调设备等。

据以往的工程设计统计,对采用集中空调的大型公共建筑而言,有40%～60%以上为单相负荷;对于住宅、采用分体空调的建筑,单相负荷所占比例可达80%～90%以上。

而在实际应用中,因潜水泵、地下室的排风机等三相设备经常闲置不用,单相负荷所占比例还要高。

4.2 民用建筑负荷功率补偿的选择
长期以来,民用建筑中低压配电系统的无功补偿主要是在变电
所进行集中补偿,采用三相共补、功率因数控制。

具体作法是在变电所低压侧装设低压三相电容器组,预先设定功率因数值,在测得
采样相(任何一相即可,多为l2相)的功率因数后,与设定的功率因数值比较,投入所需的电容器组。

这种方式对所测相的补偿是合适的，而对另两相就有可能造成过补偿或欠补偿。

如果过补偿，则过补偿相的电压就会升高，造成该相用电设备或保护元件因过电压而损坏；如果欠补偿，则欠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。

同时，补偿过程中所产生的过、欠补偿将给整个电网的正常运行带来严重的危害。

所以，用传统的三相无功自动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。

分相电容补偿是按每相测出的功率因数值对三相分别进行无功补偿，不存在某相的过补偿或欠补偿的状况，可确保三相电压或电流的平衡，提高电网效率、改善电压质量、节约用电、增大变压器有功容量，真正起到无功补偿的作用。

混合补偿是资源利用率最好的一种补偿方式，但前期投入费用太大。

通过上述分析，结合民用建筑负荷的特点，以及民用建筑三相间的负荷不平衡的无法调配性，认为分相电容补偿应该是民用建筑负荷进行功率补偿的最佳选择。

5.低压配电系统无功功率及其补偿
在一般的工业企业用电消耗的无功功率中，感应电动机占30%，变压器占20%，线路占10%。

因此，为了降低无功功率损耗，提高自然功率因数，通常可以采用的方式有：
（1）合理选择拖动电机的容量，使其接近满载运行。

（2）对于平均负荷小于40%的电动机，应改换小容量电动机。

（3）合理安排和调整生产工艺流程，改善电器设备的运行方式，避免和控制空载运转。

（4）正确选择配电变压器容量，提高变压器的负荷率（一般以75～80%比较合适）。

对于负载率小于30%的变压器应予以断开（退出并联运行，由其中一台供电）或更换小容量变压器。

6.电容自动补偿其他注意事项
在选择电容器额定容量时应注意与变压器容量的匹配问题，如果选择大容量电容器组来补偿小容量变压器，则往往会难以做到补偿精确；而若是采用小容量电容器组补偿大容量变压器，则将会导致电容器的投切频繁。

我们知道，电容器在接通时，会出现极高的尖峰电流，而若是在电容器组中接入单个电容器，由于已接入电网的电容器此时已成为附加能源，则会产生更大的尖峰电流，这种尖峰电流将对开关及电器设备造成损坏。

因此，我们应尽可能减少电容器的投切次数，也即不宜采用小容量电容器组来补偿大容量的变压器。

7.结束语
综上所述，以上三种补偿方式各有各的优缺点，根据现在的实际情况，在三相负载不平衡不是特别严重的情况下，最常用的还是三相电容自动补偿。

总之，做好电网无功管理，采用无功补偿，实现无功功率供需的总体平衡是一种手段，其目的是为了确保电力系统电压稳定，提高电网电压运行水平，提高电气设备利用率。

同时电力、电器和电子技术的快速发展，特别是现代电力电子、微电子、通信等高新技术在无功补偿装置上的应用，该技术日趋成熟，各项性能都得到了极大改善及补偿要求的不断提高，其它二种补偿方式也将得到普便推广应用。