医院配电网的功率因数与无功补偿.doc

谈医院配电网的功率因数与无功补偿
摘 要
功率因数的高低，直接关系到电力网中的功率损耗和电能损耗，关系到供电线路的电压损失和电压波动，而且还涉及节约电能和用户效益。文中简要介绍了功率因数和无功补偿的概念，无功补偿的原理和原则，同时阐述了提高功率因数的几种方法以及无功补偿技术在医院配电系统的应用和效果。
关键词
医院 配电网 功率因数 无功补偿
abstract
power factor level, directly related to the electricity grid in the power loss and power loss，related to the power supply line voltage loss and voltage fluctuation，but also to the conservation of energy and the user benefits.this paper briefly introduces the power factor and reactive power compensation of the concept，the principle of reactive power compensation and principle, and expounds several methods of improving power factor and reactive power compensation technology in power distribution system the application and the effect of hospital．
keywords
hospital?distribution network?power factor
reactive power compensation
功率因数是供用电系统的一项重要技术经济指标，用电设备在消耗有功功率的同时，还需大量的无功功率由电源送往负荷，功率因数反映的是用电设备在消耗一定的有功功率的同时所需的无功功率［1］。
在电网的运行中，功率因数越大，电路中的视在功率将大部分用来供给有功功率，以减少无功功率的消耗。用户功率因数的高低，对于电力系统发、供、用电设备的充分利用，有着显著的影响。适当提高用户的功率因数，不但可以充分地发挥发、供、用电设备的生产能力、减少线路损失、改善电压质量，而且可以提高用户用电设备的工作效率，为用户本身节约电能。因此，对于配电网来说，若能有效地做好无功补偿，不但可以减轻上一级电网补偿的压力，提高功率因数，而且能够有效地降低电能损失，减少电费支出。
一、功率因数和无功补偿概念
（一） 功率因数
电网中的电气设备和电动机、变压器等属于既有电感又有电阻的电感性负载,电感性负载的电压和电流的相量间存在着一个相位差,相位角的余弦cosφ即功率因数,它是有功功率与视在功率之比即cosφ=p/s。功率因数是反映电力用户用电设备合理使用状况、电能利用程度及用电管理水平的一个重要技术指标。
（二）无功补偿
把具有容性功率的装置与感性负荷联接在同一电路，当容性装置释放能量时，感性负荷吸收能量，而感性负荷释放能量时，容性装置吸收能量，能量在相互转换，感性负荷所吸收的无功功率可在容性装置输出的无功功率中得到补偿。
二、 无功补偿原理［2］
图1?无功功率补偿原理图
sl为功率因数改善前的视在功率，cosφ1为无功补偿前的功率因数；s2为功率因数改善后的视在功率，cosφ2为无功补偿后的功率因数；ql为无功补偿前的无功功率，q2为无功补偿后的无功功率。
由图l可见，装设补偿装置后，功率因数由cosφ1提高到cosφ2。当用户需用的有功功率p不变时，无功功率将由ql减小到q2，视在功率将由sl减小到s2，相应地，负荷电流i减小，系统的电能、电压损耗均降低，电压质量及设备的利用率提高，设计容量减少。因此，安装无功补偿装置，对于用户及供电系统均有益。
三、无功补偿原则
尽量提高用户的自然功率因数。在设计配电和用电设备时，要正确选用变压器容量和电动机容量，降低线路阻抗。如果仍不能满足电网合理运行所需的无功容量时，要考虑无功补偿问题。无功补偿分为集中补偿和分散补偿，应该遵循“全面规划，合理布局，分级补偿，就地平衡；集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为主；高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主、调压与降损相结合，以降损为主”的原则［3］。
四、 提高功率因数方法
（一） 采取适当措施，设法提高系统自然功率因数
提高自然功率因数是在不添置任何补偿设备，采用降低各用电设备所需的无功功率，减少负载取用无功来提高用户功率因数的方法，它不需要增加投资，是最经济的提高功率因数的方法。
1.合理使用电动机
合理选用电动机的型号、规格和容量，使其接近满载运行。在选择电动机时，既要注意它们的机械性能，又要考虑它们的电气指标。若电动机长期处于低负载下运行，既增大功率损耗，又使功率因数和效率显著降低。故从节约电能和提高功率因数的观点出发，必须正确地合理地选择电动机的容量。
2.合理选择配变容量，改善配变的运行方式
对负载率比较低的配变，一般采取“撤、换、并、停”等方法，使其负载率提高到最佳值，从而改善电网的自然功率因数。
（二）采用无功补偿的方式，提高功率因数
无功补偿方式最常用的有三种：高压集中补偿、低压分散补偿、低压集中补偿。
1.高压集中补偿
高压集中补偿是指将无功自动补偿装置装于用户变电所10kv高压母线上的补偿方式，适用于用户本身有一定的高压负荷（我院有两台10kv高压冷水机组），可减少对电网无功的消耗并起到一定的补偿作用。其优点是易于实行自动投切，可合理地提高用户的功率因素，利用率高，投资较少，便于维护，调节方便可避免过补，改善电压质量。
2. 低压分散补偿
低压分散补偿是根据个别用电设备对无功的需要量将单台或多台低压电容器组分散地安装在用电设备附近，以补偿安装部位前边的所有高低压线路和变压器的无功功率。其优点是用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停运时，补偿设备也退出，可减少电网和变压器中的无功流动，从而减少有功损耗；可减少线路的导线截面及变压器的容量，占位小。缺点是利用率低、投资大，对变速运行，正反向运行，点动、堵转、反接制动的电机则不适用。
3.低压集中补偿
低压集中补偿是指将无功自动补偿装置装于变压器低压母线侧，根据低压母线上的无功负荷而直接控制电容器投切的补偿方式。其优点是接线简单、运行维护工作量小，使无功就地平衡，从而提高变压器利用率，降低网损，具有较高的经济性，是目前无功补偿中常用的手段之一。
五、无功补偿装置应用及效果
我院有大量的一级负荷，例如：手术室系统、急救设备等。有大量的单相非线性谐波源负载，如：大型医疗设备（ct机、b超、x光机、核磁共振）的调压设备、现代照明设备、变频空调、中央空调及电梯等。大部分医疗设备对供电质量要求非常高，对电压波动和谐波非常敏感。谐波源负荷分布分散，设备运行时谐波变化大。
我院10kv变电所位于医技楼地下室，4台配电变压器，其中3台1600kva，1台2000kva。无功补偿方式采用：高压母线配有高压自动无功补偿装置，变压器低压母线均配有带电抗器保护电容器的自动安全补偿装置（如图2所示），采用uhpc滤波补偿电容器,补偿容量是256kvar。该装置用于带谐波负荷的三相电网的集中无功功率补偿。安全补偿原理：通过串联电抗器，使得只有少量谐波流入带电抗保护的补偿回路，通过接触器投切的滤波补偿装置。
图2?低压静态安全补偿装置
（一）提高功率因数，增强医院供配电设备利用率
对于原有供电设备来说，在同样有功功率下，因功率因数的提高，负荷电流减少，因此向负荷传送功率所经过的变压器、开关和导线等供配电设备都增加了功率储备，从而满足了负荷增长的需要；如果原系统已趋于过载，由于功率因数的提高，输送无功电流的减少，使系统不致于过载运行，从而发挥原有设备的潜力。而无功补偿提高了功率因数，可使电动机的负载率得到相应的提高，电动机需要电网提高的供电能力也将减小，变压器的供电能力得到加强［4］。
（二） 提高功率因数，减少医院电费支出
提高配电系统的功率因数，对用户的直接经济效益是明显的，因为国家电价制度中，从合理利用有限电能出发，对不同单位的功率因数规定了要求达到的不同数值。低于规定的数值，需要多收电费；高于规定数值，可相应地减少电费。所以说无功补偿，不但能减少初次投资费用，而且还能减少运行后的基本电费。
我院配电功率因数按供电局要求是0.85，为了节能运行，高低压母线均安装了无功补偿装置，将功率因数提高到0.95以上，供电局奖励我院所缴电费的1.1%，从所缴电费中直接扣除，每年奖励10万～12万元左右，而且随着用电量的增加，奖励的金额将更多。
（三）提高功率因数，改善医院电压质量
以线路末端只有一个集中负荷为例，假设线路电阻和电抗为r、x，有功和无功为p、q，则电压损失△u为：△u=(pr+qx)／ue，从公式可以看出，减少线路无功q输送，可以减少线路电压降△u，从而提高电压合格率，使我院精密敏感设备运行更加安全可靠。
六、结束语
配电网进行无功补偿的目的是提高功率因数和做好无功平衡，改善电压质量，降低线损，节约电能，提高变配电设备的供电能力以及改善电网电压质量。采用无功自动补偿装置具有投资少，施工方便，见效快的优点。选择不同的补偿方式，其补偿效果就会有很大差异。综上分析了提高功率因数的几种方法，以及3种配电网最常用的无功补偿方式，用户可根据自身用电设备情况，合理利用各种提高功率因数的方法，以达到节能降耗，增加效益的目的。
参考文献
［1］陈光胜.配电网无功补偿探析［j］.中国科技信息,2007,（14）:27～28
［2］姚耐秀.浅谈低压电网无功补偿［j］.中国电力教育,2011,（18）:113～114
［3］孙锦全.浅谈无功功率补偿的补偿原则及最优补偿［j］.中国科技信息,2006,（5）:128
［4］马利双.无功补偿技术对低压配电网功率因数的作用［j］.中国科技博览,2011,（22）:205