定義
無功功率(reactivepower),具有電感和電容的電路里,這些儲能元件在半周期的時間裡把電源能量變成磁場(或電場)的能量存起來,在另半周期的時間裡對已存的磁場(或電場)能量送還給電源。它們只是與電源進行能量交換,並沒有真正消耗能量。我們把與電源交換能量的速率的振幅值叫做無功功率。用字母Q表示,單位為芝。
概念理解
理解
無功功率的概念,假設有一輛冷藏車,冷藏車的發動機功率為180KW。但車上的冷凍櫃要消耗發動機40KW的功率用來製冷。因此發動機只有140KW的剩餘來拉貨物。
這樣大家就能看出來了,發動機功率有180KW,相當於視在功率,但用來拉貨的功率只有140KW,這部分為有功功率,而另外的40KW雖然沒有拉貨物,但是它是為了起到冷凍作用而必須存在的,有了它才能是一輛冷藏車,這部分就是無功功率(要區分無用功和無功功率)。
功率因數
在功率三角形中,有功功率P與視在功率S的比值,稱為功率因數cosφ,其計算公式為:P=U×Icosφ,其中的φ指的是電壓和電流的相位差。
在電力網的運行中,功率因數反映了電源輸出的視在功率被有效利用的程度,我們希望的是功率因數越大越好。這樣電路中的無功功率可以降到最小,視在功率將大部分用來供給有功功率,從而提高電能輸送的功率。
影響功率因數的主要因素
(1)大量的電感性設備,如異步電動機、感應電爐、交流電焊機等設備是無功功率的主要消耗者。據有關的統計,在工礦企業所消耗的全部無功功率中,異步電動機的無功消耗占了60%~70%;而在異步電動機空載時所消耗的無功又占到電動機總無功消耗的60%~70%。所以要改善異步電動機的功率因數就要防止電動機的空載運行並儘可能提高負載率。
(2)變壓器消耗的無功功率一般約為其額定容量的10%~15%,它的滿載無功功率約為空載時的1/3。因而,為了改善電力系統和企業的功率因數,變壓器不應空載運行或長期處於低負載運行狀態。
(3)供電電壓超出規定範圍也會對功率因數造成很大的影響。
當供電電壓高於額定值的10%時,由於磁路飽和的影響,無功功率將增長得很快,據有關資料統計,當供電電壓為額定值的110%時,一般無功將增加35%左右。當供電電壓低於額定值時,無功功率也相應減少而使它們的功率因數有所提高。但供電電壓降低會影響電氣設備的正常工作。所以,應當採取措施使電力系統的供電電壓儘可能保持穩定。
設法提高系統自然功率因數
提高自然功率因數是不需要任何補償設備投資,僅採取各種管理上或技術上的手段來減少各種用電設備所消耗的無功功率,這是一種最經濟的提高功率因數的方法。
(1)合理使用電動機;
(2)提高異步電動機的檢修質量;
(3)採用同步電動機:同步電動機消耗的有功功率取決於電動機上所帶機械負荷的大小,而無功功率取決於轉子中的勵磁電流大小,在欠勵狀態時,定子繞組向電網"吸取"感性無功,在過勵狀態時,定子繞組向電網"送出感性"無功。因此,對於恆速長期運行的大型機構設備可以採用同步電動機作為動力。
異步電動機同步運行就是將異步電動機三相轉子繞組適當連線並通入直流勵磁電流,使其呈同步電動機運行,這就是"異步電動機同步化"。
(4)合理選擇配變容量,改善配變的運行方式:對負載率比較低的配變,一般採取"撤、換、並、停"等方法,使其負載率提高到最佳值,從而改善電網的自然功率因數。
危害
無功功率對供、用電產生一定的不良影響,主要表現在:
降低發電機有功功率的輸出
降低輸、變電設備的供電能力
造成線路電壓損失增大和電能損耗的增加。
造成低功率因數運行和電壓下降,使電氣設備容量得不到充分發揮。
無功補償
從發電機和高壓輸電線供給的無功功率,一般滿足不了負荷的需要,所以在電網中要設定一些無功補償裝置來補充無功功率,以保證用戶對無功功率的需要,這樣用電設備才能在額定電壓下工作。
無功補償通常採用的方法主要有3種:低壓個別補償、低壓集中補償、高壓集中補償。下面簡單介紹這3種補 償方式的適用範圍及使用該種補償方式的優缺點。
低壓個別補償
低壓個別補償就是根據個別用電設備對無功的需要量將單台或多台低壓電容器組分散地與用電設備並接,它與用電設備共用一套斷路器(即開關)。通過控制、保護裝置與電機同時投切。隨機補償適用於補償個別大容量且連續運行(如大中型異步電動機)的無功消耗,以補勵磁無功為主。低壓個別補償的優點是:用電設備運行時,無功補償投入,用電設備停運時,補償設備也退出,因此不會造成無功倒送。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、維護簡單、事故率低等優點。
低壓集中補償
低壓集中補償是指將低壓電容器通過低壓開關接在配電變壓器低壓母線側,以無功補償投切裝置作為控制保護裝置,根據低壓母線上的無功負荷而直接控制電容器的投切。電容器的投切是整組進行,做不到平滑的調節。低壓補償的優點:接線簡單、運行維護工作量小,使無功就地平衡,從而提高配變利用率,降低網損,具有較高的經濟性,是無功補償中常用的手段之一。
高壓集中補償
高壓集中補償是指將並聯電容器組直接裝在變電所的6~10kV高壓母線上的補償方式。適用於用戶遠離變電所或在供電線路的末端,用戶本身又有一定的高壓負荷時,可以減少對電力系統無功的消耗並可以起到一定的補償作用;補償裝置根據負荷的大小自動投切,從而合理地提高了用戶的功率因數,避免功率因數降低導致電費的增加。同時便於運行維護,補償效益高。