為什么要進行無功補償？原理是什么？

無功補償的原理

從電工學知道，在電阻電感串聯電路中，設有功功率為P、無功功率為QL,則視在功率S=，功率因數cos?=P/S。

在電路傳輸電能時，如果傳輸的有功功率P不變，增加無功功率QL，則視在功率S增加，功率因數cos ?下降。如果減少無功功率QL，則傳輸同樣多的有功功率P，所需的視在功率S也減少，功率因數cos ?提高。

在電力系統中，減少無功功率的傳輸，提高功率因數，可以收到一下效益：

減少線路損失

當電流通過線路時，引起的有功功率損耗為（三相交流電路）

ΔP=3I?2;R （1-1）

字母含義

式中R——線路每相電阻，Ω；

I——線路中電流，A；

ΔP——三相線路的總損耗，W。

因為P=1.73IUcos?。將其帶入公式（1-1），得

ΔP=（P?2;/U?2;）*（R/cos?2;?） （1-2）

由式可見，當傳輸有功功率P和電壓U、線路電阻一定時，功率因數越高，線路上的有功損耗ΔP越小，或者，將S=、P=SCOS?代入公式（1-2），經簡化后有

ΔP=（P?2;+Q?2;）/U?2;*R (1-3)

字母含義

P、Q——線路中輸送的有功功率和無功功率；

U——線路額定電壓

R——線路一相的電阻

ΔP ——三相線路總的有功損耗

由式可知，減少線路中傳輸的無功功率可以降低線路有功損耗ΔP。

提高電網的輸送能力

提高功率因數，可以減少無功輸送量，從而增加電網輸送有功功率的能力。

案例1

某10KV三相線路，允許傳輸電流500A，如果功率因數為0.6，則傳輸有功功率為P=1.73*10*500*0.6=5196(KW)。如果功率因數提高到0.9，則傳輸功率為P′=1.73*10*500*0.9=7794（KW），多傳輸有功功率50%。

在輸送同樣有功功率的情況下，提高功率因數后，可以減少輸送電流，從而使變配電設備安裝容量減少，這樣節約了基建投資。

案例2

通過安裝電容器設備，將功率因數從0.8提高到0.95，則電容器每千瓦容量可節省輸配電線路和變壓器等設備的安裝容量0.38KVA。

保證發電機出力

一般發電機的額定功率因數為0.8-0.85，如果低于額定功率因數運行，由于受定子及轉子電流的限值，發電機的視在功率和有功功率都要降低。

可以改善電壓質量

電壓是電能質量的一個重要指標。對于一條輸配電線路來說，始端電壓U1'與末端電壓U2'的相量差（幾何差）叫作電壓降落，始端電壓U1'與末端電壓U2'的絕對值之差叫作電壓損失。網絡中的實際電壓與該處額定電壓的差值叫做電壓偏移。從保證用電設備正常工作的需要，必須限制電壓偏移和電壓損失不能超過某一允許值。

計算電壓損失的方法比較復雜，按照慣例，對于110KV及以下的網絡電壓損耗：

ΔU=(PR+QX)/Un （1-4）

字母含義

ΔU——線路線電壓損失，V；

UN——線路標稱電壓，Ｖ；

Ｐ——線路有功負荷，W；

Q——線路無功負荷，var；

X——線路電感電抗，Ω；

R——線路電阻，Ω。

上式中，無功負荷Q是感性負荷。如果為容性負荷，則Q為負值，這時如果PR﹤QX，則計算所得的電壓損失ΔU為負值，即線路末端電壓高于線路始端電壓。

由于高壓輸配電線路的電感電抗X要比電阻R大得多，因此線路電壓損失在很大程度上取決于線路輸送的無功負荷。提高功率因數，減少線路中傳輸的無功電流，就能大大降低線損，提高電壓質量。

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