功率因数及无功补偿介绍

变电站设施的无功补偿与功率因数控制无功补偿和功率因数控制是变电站设施中非常重要的技术措施，用于控制电力系统中的无功功率流动，并维持合适的功率因数。

在本文中，我们将探讨无功补偿和功率因数控制的定义、作用、方法和设备。

无功补偿是指通过在电力系统中增加或吸收无功功率来控制电网中的无功功率流动。

正常运行的电力系统中，有功功率（即实际用电功率）和无功功率（即反应电路电压和电流相位差的功率）在电网中同时存在。

而无功功率在电网中的流动会引起电压波动、电网损耗增加等问题，影响电力系统的稳定性和效率。

因此，为了维持电力系统的稳定运行，就需要对无功功率进行补偿。

功率因数是用来衡量电路在传输有用功率方面的效率的指标。

功率因数的理论范围是-1到1之间，数值越接近1，表示电路的效率越高。

当功率因数低于0.9时，电网的稳定性和能效会受到影响。

功率因数控制的目标是维持电路的功率因数在合适的范围内，以确保电力系统的高效、稳定运行。

无功补偿和功率因数控制的方法一般分为静态和动态两种。

静态无功补偿主要包括无功电容器和无功电抗器的使用，通过调整这些无功组件的接入或退出来实现无功功率的平衡。

无功电容器可用于增加无功功率，从而提高功率因数；而无功电抗器则可以吸收无功功率，来降低功率因数。

动态无功补偿主要依靠无功补偿装置，如静止无功发生器（STATCOM）和静止无功补偿（SVC）等，来通过快速响应的方式来进行无功功率的调节。

在变电站设施中，常见的无功补偿和功率因数控制设备有自动电容器组、静止无功发生器（STATCOM）和静止无功补偿（SVC）等。

自动电容器组是一种用于自动控制电容器接入和退出的装置，通过感受电力系统中的功率因数变化，实时调整电容器的数量，从而维持合适的功率因数。

STATCOM和SVC是一种现代化的无功补偿装置，能够通过控制电压和电流的相位，实时调整无功功率流动，以实现无功补偿和功率因数控制的目标。

无功补偿和功率因数控制的实施对电力系统的稳定性和可靠性有着重要的影响。

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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。

式中：P ——最大有功计算负荷，kW； 式中：Pca——最大有功计算负荷，kW； α——月平均有功负荷系数； ——月平均有功负荷系数； tanϕ1、tanϕ2——补偿前、后平均功率因数角的正切值。 ——补偿前、后平均功率因数角的正切值。
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在计算补偿用电力电容器容量和个数时，应考虑 实际运行电压可能与额定电压不同，电容器能补偿的 到实际运行电压可能与额定电压不同，电容器能补偿的 实际容量将低于额定容量，此时需对额定容量作修正： U 2 Qe = QN ( ) UN
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2.4.6.2 功率因数对供电系统的影响 （1）系统中输送的总电流增加，使得供电系统中的电 气元件，容量增大，从而使工厂内部的启动控制设备、 测量仪表等规格尺寸增大，因而增大了初投资费用。 测量仪表等规格尺寸增大，因而增大了初投资费用。 （2）增加电力网中输电线路上的有功功率损耗和电能 损耗。 损耗。 （3）线路的电压损耗增大。影响负荷端的异步电动机 线路的电压损耗增大。影响负荷端的异步电动机 及其它用电设备的正常运行。 （4）使电力系统内的电气设备容量不能充分利用。
人工补偿无功功率的方法主要有以下三种： • • • 并联电容器补偿 同步电动机补偿 动态无功功率补偿
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用静电电容器（或称移相电容器、电力电容器） 用静电电容器（或称移相电容器、电力电容器） 作无功补偿以提高功率因数，是目前工业企业内广泛 作无功补偿以提高功率因数，是目前工业企业内广泛 应用的一种补偿装置。 应用的一种补偿装置。 电力电容器的补偿容量可用下式确定 Qc=Pav（tanϕ1-tanϕ2）=αPca（tanϕ1-tanϕ2）
瞬时功率因数值代表某一瞬间状态的无功功率的 变化情况。 变化情况。
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（2）平均功率因数 平均功率因数指某一规定时间内，功率因数的平 均值。其计算公式为 1 Wa cosϕwm = = 2 2

110kV变电站功率因数分析与无功补偿措施【摘要】本文研究了110kV变电站在工作时，功率因数变低的原因，通过一些分析说明了长距离输电状况下，线路出现的电容功率引起无功平衡导致的一些影响。

基于此，本文首先叙述了不同负荷条件、不同运作方式下的无功补偿方案，其次重点对无功补偿错数做了叙述，以期可为相关工作者提供一点参考。

【关键词】变电站；功率因数分析；无功补偿措施电力系统中要求电源提供两类能量，其一是用于做功而被消耗的能量，其二是用于磁场的建立，被用在能量交换上的能量，该部分功对外部电路来说并没有做功，因此将其称为无功功率，如果无功功率不足，无功负荷和无功电源必将处在一种低电压平衡，最终导致电力设备损耗增加、设备损坏等危害，严重者甚至导致电网大面积停电，因此积极研究变电站功率因数及无功补偿措施有着一定的意义。

1.变电站功率因数问题的出现2010年咸阳机场二期扩建，增加一条空机110KV纯电缆线路，长度8.9公里。

原有的两条110KV架空线路，由于扩建南跑道，架空线必须落地，落地后沣机线电缆长度3.5公里，碱机线路3.2公里。

经测试线容性无功6300Kvar，沣机线路2700Kvar，碱机线路2080Kvar，供电局计算功率因数是三条线路的总和，经计算咸阳机场三条线路共计容性负荷11080Kvar，第一个月运行后共计被罚款10.5万元，最高一个月功率因数罚款达26万元。

我们立即成立技术攻关小组研讨，经过多方研究，确定在10KV安装电抗器，安装完后改变了现状。

现在由罚款，到月月奖励。

2.无功平衡的分析及无功补偿作用2.1无功平衡分析在该飞机场110kV变电站二期扩建线路施工当中，出现无功功率不足的情况，起初分析认为是因为一些设备计量不准或一些线路接线错误导致，通过对设备计量进行校验及对接线检查，排除了计量出现误差和接线错误的可能，接着技术攻关小组将注意力重点放在了线路上，因为线路引起的容性功率原因，在变电站本身负荷比较低的情况下，并不是无功不足引起的功率因数不足，而是大量无功过剩使得线路传导向系统引起的。