低压配电无功补偿论文模板

摘要：在工程电气设计领域中，电力系统的设备选型计算、校验计算无疑是最复杂和最烦琐的一件工作。问题复杂性在于电力系统运行的可靠性要求，必须将所有设备：如高压、低压配电设备、变电、输电线缆等设备全部计算选型校验，要考虑各种运行状态下的设备安全可靠运行，短路时可靠动作。由于设备多、回路多、系统复杂、校验项目多，造成了工作烦琐。目前国内尚无模拟电气工程师思路进行自动选型、校验计算的软件，以代替部分工作，把电气工程师真正从烦琐的计算和绘图中解放出来。我公司最新科研成果------供配电系统集成设计软件正好填补了这一空白。关键词：集成设计选型校验系统模型pivotalwords:IntegratedDesign,Selectandverifyequipmenttype、ConstitutePowerSystemmodel一、引言：在工程电气设计领域中，电力系统的设备选型计算、校验计算无疑是最复杂和最烦琐的一件工作。问题复杂性在于电力系统运行的可靠性要求，必须将所有设备：如高压、低压配电设备、变电、输电线缆等设备全部计算选型校验，要考虑各种运行状态下的设备安全可靠运行，短路时可靠动作。由于设备多、回路多、系统复杂、校验项目多，造成了工作烦琐。目前国内尚无模拟电气工程师思路进行自动选型、校验计算的软件，以代替部分工作，把电气工程师真正从烦琐的计算和绘图中解放出来。我公司最新科研成果------供配电系统集成设计软件正好填补了这一空白。二、详述：电气设计的目标我们只有了解了电气设计最终实现目标才能进行更明确的工作，为了详细说明一个变配电所的所有电气内容，通常需要出的图纸有：1．1电气主接线图或高压系统图1．2低压系统图1．3平面布置图、剖面图1．4配电柜立面图1．5电缆清册1．6设备材料表1．7电气计算书1．8二次控制原理图1．9二次外部线路图以上图纸中最复杂的图纸，工作量最大的莫过于高低压系统图，因为他们占用的计算工作量大。过去我们也提供一些计算工具软件，但大都是零散的，不系统的，比如负荷计算、电压损失计算、短路计算等，用户对整个系统的认识，一直停留在修改旧图，反复的计算-填写表格-替换设备-删除-复制等低级的劳动中，造成了劳动效率无法大幅度提高。而且由于缺乏整个供-配电系统结构的认识，往往上一级开关调整以后，没有改下一级开关，或上一级开关整定变了，没有跟着调整配线，造成许多前后不对照的错误图纸和问题工程。旧图中大量的图元各自独立并没有共性，所以难以大规模的一次性修改成功。旧图修改重复劳动特别多，反复的重复删除、复制、替换、文字、移动等命令，容易造成笔误。特别是当前工程设计周期被业主大幅度缩短，怎样提高设计、绘图效率就成为了一个关键性的问题。绘图计算软件的现状目前国内电气设计软件提供这部分的主要偏向于绘图功能。绘制高低压柜的一次方案，许多家厂商生产的软件都包含了这部分图库。我们绘图主要集中在插入相应的图块进行绘制，然后填写定货图表格。计算则是分开的。也有个别软件对高低压系统提供了部分计算，但大都是零碎的，不是对系统整体的计算，或是对其中一个回路、某一种负荷类型（如电动机）进行计算，其他回路或负荷类型无法计算，也无法作到上下级配合选型，也没有全面的综合校验电气设备所有技术参数，没有用电需求表，和实际工程需要的设计过程相差太多等等。所以在设计变配电所过程中，大部分工作仍集中在修改旧图，重新计算，选型上。计算机的辅助设计功能没有什么提高。电气设计的过程分析选型统一规定很多设计院在一个工程的协同设计过程中都采用了一种选型方案，比如高压配电柜选用KYN28，低压柜采用抽屉式MNS，主断路器采用CM1，电缆采用VV系列，等等，这个选型方案在同一工程中都是相同的。也可以应用到下一个工程中。用电需求定义水、暖、工艺等上行专业提供的用电需求,主要内容是用电设备的编号，设备名称，安装位置，额定电压，负荷等级，场所属性，负荷性质等对电气设计的要求。现在随着计算机普及，很多设计院已经使用EXCEL互提资料。负荷分配确定配电设备（配电箱、盘、柜）的位置，把每一个负荷分配到配电设备上。负荷计算对每个配电设备进行负荷计算。主要采用需要系数法。分配电中心计算选分配电中心（如某层的配电间、竖井、或机房的配电间）的配电柜供给下联的配电盘或箱。对这些配电盘、箱、柜进行选型。变配电中心计算选变配电中心对分配电中心供电。对变配电中心的所有设备包括母线、高压电缆、高压柜、低压柜、低压抽屉组件、低压出线等进行选型。短路计算选型完成以后，查表得出各组件和线缆的阻抗，并设定短路点，计算每个短路点的三相和单相短路电流。校验计算对于高低压设备进行短路校验、电压损失校验、电机启动校验以及灵敏度校验等。校验不合适的值，要重新进行选型。直到校验通过。绘制系统图根据系统模型，绘制系统图。排列柜子。根据平面情况，布置柜子。并绘制立面图、剖面图。根据柜子布置情况分别调整系统图抽屉柜位置和编号以及进线柜、母联柜位置回路库和设备库符号库高低压柜的一次方案是厂家样本提供的。在CAD绘图中要调用这些方案，必须将这些方案组织成一个回路库。每个回路都是由很多组件组成的。这些组件的电气属性（技术参数）则在设备库中定义。符号库是规定了这些组件对应的图例。以上三者在选型绘图过程中必不可少。为了应对众多的厂家和不同的型号规格产品，我们符号库、设备库、回路库都是开放的。用户可以新增设备系列，新增回路方案等等。符号库采用新国标图例。回路库和设备库也采用了最流行最先进的高低柜型号，特别是中国建筑标准所出的《统一技术措施电气设备选型卷》和电力出版社出的最新版《工厂常用电气设备手册》上下册以及上下册补充本。回路库结构中每个回路都可以设定盘内组件的型号规格和数量或额定电流、控制电机功率，这样完全按照样本提供的内容录入，对选型提供了“电子样本”。统一规定设定在做某一工程前，由电气专业项目负责人确定的设备选型的基本方案。该基本方案中将所有电气设备划分为供电、输电、配电、用电几类，用户只须对以上设备进行初步选型，确定设备的系列号以及相关参数。其它参数都可以自动选型。用电需求定义表用电需求表是用户自行录入的工程中所用到的所有用电设备列表。用户需要录入用电设备的安装位置、名称编号，设备容量，负荷性质等内容。可以从EXCEL中将水暖工艺提来的资料导入该表中，也可以将输入好的用电需求表导出到EXCEL中编辑。安装位置提供了一个很好的管理所有设备的结构，非常直观方便。系统模型的建立本软件设计宗旨和最终目标就是要实现电气设计的目标。即绘制出符合要求的图纸。而绘制图纸前就必须建立供配电系统。此前的设计软件都没有提出过集成设计的概念。 所谓集成设计，就是面向供配电系统整体的电气设计，他包括了统一规定初步选型，用电需求表定义，用电负荷的分配，负荷计算、选型计算、短路计算、校验计算等一系列综合复杂的设计过程。它可以建立供配电系统模型，并能详细的列出模型上每个供配电-输电-用电设备的工作（运行）属性、短路属性、电气属性。任何一个供配电-输电-用电设备都有三种属性，工作属性、短路属性、电气属性。工作属性是指当前选定的设备的工作电流、设备容量、工作电压、功率因数等情况。短路属性是指当前选定设备的短路阻抗、短路电流等情况。电气属性是该设备的出厂铭牌的电气型号规格和电气技术参数等。集成设计的流程是：用电负荷被人工添加到配电柜上。然后进行负荷计算，并自动选择配电柜内元件型号规格，选定短路参数可以进行短路校验。如果短路校验不通过，重新进行选型计算。系统模型的建立：要想实现对变配电所设备的整体选型校验和设计，必须建立整个工程的配电系统模型，才能够实现对所有设备的选校。一个好的系统模型首先比较直观，操作简单。上手快。组织严密。由于电气系统的树状结构和WINDOWS资源管理器的树状结构的相似性，我们完全可以利用WINDOWS资源管理器类似结构的树状系统来搭建一个模型，实现简单的配电系统。电力系统中最常用的电气连接关系就是串联和并联。所有的复杂的网络最后都可以看成是电气设备串联和并联不断组合搭建成的。从下图中可以看出，树节点上从左到右的组件名称关系就组成一个串联的电路：低压配电室(电源)à电缆à负荷开关à变压器à母线à进线柜 ……..从“3母线”节点下面所接的“3母线à抽屉柜2à抽屉柜3à抽屉柜4à抽屉柜5”是母线并联所连的若干个抽屉柜。这样搭建成的系统模型，具有形象直观、搭建简单、组织严密等特点。完全可以实现变配电所系统设计的所有功能。附图1对应的供配电系统如附图2所示。附图1附图系统模型的功能立系统模型是从工程中的配电中心（配电间、配电室）建立。 统模型可以直观看到开关柜一次方案图形。以方便选型 统模型可以对用电需求进行统一分配。确定所有用电设备的电源位置 4、系统模型可以对每个设备都能进行负荷计算。统计总负荷5、系统模型可以对电源进行全厂负荷统计，和无功补偿计算6、系统模型可以进行短路计算。短路计算包括无限大容量系统和有源系统的短路计算。搭建的任何模型都可以自动进行计算。短路阻抗数据库可以扩充。7、模型在负荷计算、短路计算、和初步选型方案基础上进行自动选型计算 8、系统模型选型计算后对参数进行校验计算，包括高低压设备、配电干线等所有设备都可以按照规范要求进行校验。统模型可以直观的看到配电中心内配电系统上任何一个设备目前的工作电流，短路点短路电流以及设备技术参数情况。 10. 可以自动输出高低压系统图，主接线图，设备材料表，电缆清册，计算书，和抽屉柜排列图等一系列图纸。完成辅助设计全过程。软件实现流程图 软件实现过程实际上就是对电气工程师设计过程的模拟和抽象。该流程深入体现了第三节所述的电气设计的全过程，模拟设计思路进行电气辅助设计。常用设备选型校验方案（部分） 压器选型:负荷分配->负荷计算->选型 低压母线选型 负荷分配->负荷计算->按正常工作电流选型效验内容如下：电机启动压降计算 电压损失计算 3、过载保护效验4、热稳定效验电缆导线选型 负荷计算->按正常工作电流选型1、效验电压损失：2、效验经济电流密度：3、效验热稳定4、效验过载保护低压开关选型 负荷计算->按照正常工作选型：1、选择壳架等级电流 2、选择脱扣器额定电流 3、根据回路保护设置要求，进行短延时，瞬时，长延时三个脱扣器额定电流的选型。1、效验极限分断能力2、效验开断电流3、效验灵敏度4、上下级配合效验5、过载保护效验高压开关选型 负荷计算->按正常工作电流选型 1、选择额定电流效验开断电流或开断容量。 效验最高工作电压、效验动稳定、效验热稳定。 10、集成设计软件的优点1．实现了真正意义上的供配电系统模型，是面向整体电力系统的电气设计软件。不同于以往零散的孤立模块，这样的好处是比较直观清楚的让电气工程师知道每个电气元件在电力系统中的位置，作用，运行状态和短路状态以及所有电气属性等。i.进行负荷计算、短路计算、选型计算和校验计算。集四大计算于一体，更加清晰明了选型结果。2．成设计便于负荷调整，回路替换，设备技术参数的修改。并提供一系列智能检测系统，保证前后上下级联关系正确，确保电气回路的参数的正确性。集成设计便于输出管理电缆表，设备表。集成设计提供了可扩充的回路库和设备库，完全仿照设备样本，全部开放。用户可增添新设备。集成设计提供给用户最方便直接的查询功能，点击任何一个系统模型上设备元件，都可以看到该设备的电压，流过的电流，功率等运行情况。也可以看到在该点短路时的短路阻抗，短路电流情况，甚至可以查询其他点短路，在该点的短路电流情况。集成设计的界面采用资源管理器式界面，只要会windows的人都可以建立一个系统模型。不需要另外增加学习时间。操作也是类似与资源管理器，极其容易上手。集成设计提供了很多常用供配电设备的选型，校验计算方法。用户可以采用某种方法进行校验，也可以都采用，根据需要进行校验。非常灵活。集成设计是面对电气设备的cad电气设计软件，不象以前那样需要一点点绘制图块，复制粘贴，电气工程师考虑的只有电气设计需要考虑内容，其他有关绘图的命令和操作和任何线条图元，一概不需要考虑。这才是真正意义上的电气设计专家系统。集成设计完全参考最新版的电气规范、设计手册、统一技术措施和强制性条文以及最新版电气设备手册。紧跟时代步伐。三、结论变配电所的负荷计算、短路计算、选型、校验计算是电气设计中最复杂的内容之一。我们应用CAM/CAD软件辅助设计实现这一专家系统，是电气设计行业一次最初步的尝试，具有重要的历史意义和广阔的实用价值。意味着国内电气设计CAD将突破原来偏重于绘图，而轻辅助设计的趋向，向着更加智能化的电气设计专家系统迈出了可喜的一步。参考书目：《工业与民用配电设计手册》第二版，中国航空工业规划设计院等编水利电力出版社《建筑电气设计实例图册》，北京照明学会设计委员会编中国建筑工业出版社《工厂常用电气设备手册》兵器部第五设计院编中国电力出版社《民用建筑电气设计手册》湖南电气情报网编中国建筑工业出版社《低压配电设计规范》GB50054-95中国计划出版社《供配电系统设计规范》GB50052-95中国计划出版社《民用建筑电气设计规范》JGJ-T16-92中国计划出版社

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。

《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。