无功补偿的方式，及优缺点 点击：3893 | 回复：14
无功补偿通常采用的方法主要有3种：低压就地无功补偿、低压集中、分组无功补偿、中压集中无功补偿。下面简单介绍这3种补偿方式的适用范围及使用该种补偿方式的优缺点。
低压就地无功补偿：
根据具体用电设备无功的产生量将单台或多台低压电容器组与用电设备并连，通过控制、保护装置与电机同时投切。随机吸收电感性设备的无功能量，转换成有功能量反送回电感设备。
低压就地补偿的优点是：
1、从源头上转化了无功能量，能够减少大量的线路损耗能量，提高配变利用率，降低了视在功率；
2、用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停运时，补偿设备也退出；
3、具有单个设备、占位小、安装容易，真实有效的减少大量的视在功率，节电（节能）效果显著的优点。
缺点是：
1、一次性投资金额较大，但是收益更大。
2、是负荷的变化补偿量也要跟随改变，对自动补偿控制器的响应要求高，而且要精确补偿的话补偿电容就不能容量过高，造成加一组就过补偿，减一组又不够现象。
3、不容易测量单机节电效果，只有所在变压器系统内的所有感性设备都加装低压就地无功补偿，才能够真实的测量到节电效果。
低压集中、分组无功补偿：
将低压电容器通过低压开关接在配电变压器低压母线侧，以无功补偿投切装置作为控制保护装置，根据低压母线上的无功负荷而直接控制电容器的投切。电容器的投切是整组进行，做不到平滑的调节。
低压集中、分组补偿无功的优点：
低压集中、分组补偿，仅能补偿无功能量对变压器的“涡流效应”引起的配变利用率过低，在一定程度上提高配变利用率；
同时对无功能量起到阻隔作用，防止无功能量闯入上一级电网造成电压的波动，降低网损。
低压集中、分组补偿对企业而言社会意义远大于经济利益，具有一定的的经济性，是目前大对数企业无功补偿中常用的手段之一。
缺点是：
低压集中无功补偿，对于企业投资大而收益少，主要起到的是对低压侧无功的阻隔作用，对上游电网的贡献大，社会效益大于企业节约电费的收益非常有限。
中压集中无功补偿：
将并联电容器组直接装在变电所的6～10kV中压母线上的补偿方式。适用于用户远离变电所或在供电线路的末端，用户本身又有一定的高压负荷时，可以减少对电力系统无功的消耗并可以起到一定的补偿作用；补偿装置根据负荷的大小自动投切，从而合理地提高了用户的功率因数，对无功能量起到阻隔作用，防止无功能量闯入上一级电网造成电压的波动，降低网损，保护上游电网。同时便于运行维护，社会效益重大。
综上所述，低压就地无功补偿设备距离无功源最近，对企业节能效果最好，是生产企业效益和供电部门利益的双丰收的最佳方式。
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一、很多人对无功的产生认识不足，很多教科书上沿用了错误的说法，认为无功来自于电网，认为无功是电网供给的.其实无功的真正产生源是感性负载，具体论述详见《无功的产生》在此不作赘述。
二、企业对无功能量的损耗量值认识不足，认为就地无功补偿经济可行性较差。一方面是国家目前仅对一少部分大型高耗能企业实行“两部制计价”，对很多中小耗能企业未实行“两部制计价”电费计量，因此没有引起企业的足够重视，对线路损耗掉的这部分能量的量值认识不足，线路损耗掉的这部分能量其量值为：1kva/ikw,具体论述详见《无功的产生》在此不作赘述。
三、无功就地补偿对自动化控制技术的要求很高，做到准量补偿很难，一旦过补还有可能造成设备震荡，容易产生事故。另外，很多企业安装有大量的变频器产生大量的谐波，对电容器的寿命影响很大。
目前市面上销售的自缢式电容，仅有5%的调节量，DJNB就地准量无功补偿，采用自主知识产权设计、特殊定制的电容有40%的可调节量，再加之精准的自动控制，加装DJNB就地准量无功补偿设备后可以做到设备侧，测量功率因数趋近于1。
电动机产生的感性无功能量及谐波对电力系统的危害
我曾在前面的博文《无功的产生》一文中阐述了，感性无功能量，是由供电系统供给的总有功电能（视在功率）通过电动机在转化成为机械能的过成中伴随着交变磁场产生的，无功电能就是由电网供给的总有功电能转化而来的，其量值为：1Kvar/1KW。三相异步电动机工作运行时，它同时亦是系统中的“谐波源”(电动机产生的多次谐波)，“感性无功源”。
那么这些无法被电动机利用的无功能量及谐波能量，在整个系统中起了什么作用呢？对整个系统都产生了哪些影响呢？在我具体阐述之前，首先解释两个名词:"涡流效应"和"激肤效应"
闭合铁磁体（如矽钢片）处于交变磁场中，交变的磁通量在铁磁体中，形成涡电流。很像水的旋涡,所以称做涡流。“涡流效应”在铁磁体中产生的的涡电流很大，使铁磁体温升，电流的热效应可以使铁（或金属）的温度达到很高的，甚至是铁（或金属）的熔点，使铁熔化。由此可见“涡流效应”不但会白白损耗电能,使用电设备效率降低,而且会造成用电器(如变压器铁芯)发热,严重时将影响设备正常运行。
“激肤效应”，交流电通过导体时,导体内部产生交感磁场，形成涡流，使导体内电流密度升高,对于原电场驱动的有效电流来说，导体内部阻抗很高，原电场驱动的电流只能从导体表面流过。使导体表面电流密度也加大,这种现象称为“激肤效应”，产生“激肤效应”的原因是由于感抗的作用,导体内部比表面具有更大的电感L,因此对交流电的阻碍作用大,使得电流密集于导体表面。“激肤效应”使得导体的有效横截面减小,因而导体对交流电的有效电阻比对直流电的电阻大。
交流电的频率越高, “激肤效应”越显著（谐波能量本身就是一种表现为高频脉冲电流的能量），频率高到一定程度,可以认为电流完全从导体表面流过，使原来的导体实质上成了一个空芯导管，因此在高频交流电路中,必须考虑“激肤效应”的影响。
“涡流效应”和“激肤效应”是同时作用于导体和线路的一种现象的两种电效应，“涡流效应”表现为导体内电流密度升高，使导体温升。“激肤效应”则是由于“涡流效应”引起的原电场驱动的电流只能从导体表面流过，使导体表面电流密度升高，使导体温升。显然导体内外的电力密度都很高，造成温升加剧，电能损耗加剧。
我们了解过了：电动机的“本证特性”，
电—磁转换是电动机定子的功能，“定子”是电网终端的感性负载，它在完成电磁转换的同时，必然产生既定量的无功电能回馈给电网。
电动机转子受定子旋转磁场的牵引而运转，将磁场能量转化为转轴的扭矩，因此可以认为：磁场能量转化为机械能是通过转子来实现的。带绕组的转子以相对均匀的角速度在一个按规律交变的定子旋转磁场中运行，在转子绕组中产生一个（倍频）交变电场并形成按转子角速度旋转的交变磁场，并反作用于定子绕组，在定子绕组中又产生二次交变电场，并形成多次谐波回馈给电网
无功能量与谐波能量在现实中的产生是相互叠加的,谐波能量本身就是一种表现为高频脉冲电流的能量，与无功能量相互叠加后将会叠加出非常复杂的变化的各种波频的“混频能量”。这部分能量，不但不能够对电动机的运行起到任何有益贡献，而且在系统中还造成了多方面的负面影响。
无功能量与谐波能量对电动机的影响:
无功能量和谐波能量在电动机内部的定子、转子磁钢体，线包上形成“涡流效应”、“激肤效应”造成大量的铁损、铜损，使电动机温度升高，工作效率降低，大量的电能转化成了热能被消耗掉。不但增大了有功能量的消耗，还影响了电机的寿命。
无功能量与谐波能量对线路的影响：
如前所述，电动机运行时所产生的无功能量及谐波能量，对电动机的运行无任何益处。那么这些能量都已什么样的形式，被消耗在哪些系统中了呢？
众所周知，这些能量无疑是消耗在配电、供电系统中。是以
W=3I2×R 的热当量消耗在上述系统中。这就是通电导体温升的原因。
注：I代表电流：R代表线路阻值，R值的大小随电流变化及温度高低而变化。
显然有大量的无功电能造成线路导体温升，阻值增大，以电流的热效应形式被大量的消耗在线路中。
无功能量与谐波能量相互叠加形成的多种高频电能在线路中形成“激肤效应” 使得导体的有效横截面减小,因而导体对交流电的有效电阻增大，能耗加剧。
无功能量与谐波能量对变压器的影响:
同样无功能量与谐波能量相互叠加形成的能量在变压器铁芯内形成“涡流效应”、 “激肤效应”，造成大量的铁损；不但白白损耗电能,使用变压器效率大大降低,而且会造成变压器铁芯发热,严重时将影响设备正常运行。
如果大量的无功电能涌入上一级电网，将会引起电网的电压波动，还会带来输电线路的损耗加剧。
通过上述分析我们不难看出：电动机产生的感性无功能量及谐波能量对电力系统的危害，不但加剧能耗、降低用电设备使用效率、缩短用电设备电气使用年限，同时还对电网质量的影响巨大。
电动机在将电能转化成机械能的过程中存在大量的电能损耗，如果我们能够将无功能量和谐波能量转化成有功能量，那么就可以取得电动机及其工作系统的增效、降耗、节能、减排，多方面的良好效果。希望本行的业内人士、志士仁人共同努力，献计献策，是这一工作走向柳暗花明。
我曾在之前的文章中阐述过交流电动机是无功源；是谐波源。电容补偿方式很多，交流电动机就地无功补偿设备距离无功源最近，对企业节能效果最好，是生产企业效益和供电部门利益的双丰收的最佳无功补偿方式。
但交流电动机就地无功补偿也是实施技术难度最高的,如：电动机的就地全无功补偿的准量控制，尤其是电动机Y/△两种运行方式下，动态转换时补偿量的跟随，以及如何御除集中补偿袭入过补量的骚扰等等，仍是当今科技界技术攻关的课题。
那么为什么说，“电动机就地无功补偿”需要高超而精准的自动控制技术呢？
我们都知道，电动机系统所需的电容量是不断变化着的，一旦电容补偿过了量，系统呈容性了，就很容易引起线路振荡，造成电缆被击穿；电动机放炮等重大事故。
电动机产生的无功电能值变化很小，因此有人认为，“无功电能可视为固定值，来计算就地补偿量”从理论上讲，单就电动机本身的无功补偿来说，这种认识不能说是错的。但是，电动机是无法独立工作的，他与相应的供电、馈电、配电构成了一个系统，电动机仅是这个系统中的一个组成部分。因此我们在做就地全无功补偿的准量控制时，就无法孤立的说仅是对电动机进行无功补偿，而是对“电动机及其工作系统进行就地全无功补偿”
电动机及其工作系统进行就地全无功补偿控制问题，是由多个复杂变量因素构成的。
首先，电动机所产生的无功能量值，是随着系统电压变化的，电压升高，电动机所产生的无功量也随之上升，电压下降，电动机所产生的无功量也随之下降。电压的变化又受到负载的影响，而变化。
其次，在我们的系统中不仅存在着大量的“感性无功”，同时也存在着大量的“容性无功”，我们称它为“环境电容”、“系统电容”。“在电力系统中先天性地存在着大量的无功负荷，系统中大量的无功功率，将降低系统的功率因数，增大线路的电压损失和电能损失，严重的影响着电力企业的经济效益，造成对电能的无形浪费。解决这一问题的有效方法就是进行无功补偿”，摘自《无功补偿岗位培训教材》。
“电动机及其工作系统”受到天地电容的影响，天地电容受到自然环境中的温度、湿度、季节、气候等因素的影响系统自然功率因数也影响着“电动机及其工作系统”的无功量。
此外输电线路的形式对系统的电容也有影响，如，架空线路，馈线电容值就小；地埋线路馈线电容值就大。线路间距越近，馈线电容值就越大；线路间距越大，馈线电容值就越小。海底电缆由于馈线电容很大以至于系统呈容性，则需要补电感，才能避免线路震荡，引起事故。
因此，电动机及其工作系统进行就地全无功补偿控制，就需要根据系统不断变化的电容量，能够自动的跟随和卸载，实现自动准量调节。
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我公司新近在机加工设备节电技改项目中取得了综合节电率76%的良好效果，在一台30KW的CA61140L卧式机床上安装了节电装置，设备在空载状况下，授控状态比非空状态下每小时节电12.75度；加工两根相同同直径，长度为6.5米的辊子，切削加工辊面，进刀量同为4mm，加工时长同为1小时50分，设备在授控状态比非空状态下节约32.85度电，（非控状态——节电装置退出，即接入前的状态；授控状态——节电装置接入后的控制状态）http://www.gongkong.tv/detail.asp/video/7239.swfo
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