1、 浅析供热锅炉房无功功率补偿的意义论文关键词：供热锅炉房 无功功率补偿 功率因数 能源节约论文摘要：文章介绍了无功功率的补偿原理，分析了无功功率补偿的意义和效益，提出了应在供热锅炉房中积极采用无功功率补偿技术，以降低供热锅炉房投资和运行成本，节约能源。 在交流电路中，由电源供给负载率有两种：一种是有功功率，一种是无功功率。 有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量（机械能、光能、热能）的电功率。比如：5.5 千瓦的电动机就是把 5.5 千瓦的电能转换为机械能，带动水泵抽水或脱粒机脱粒；各种照明设备将电能转换为光能，供人们生活和工作照明。有功功率的符号用 P 表
2、示，单位有瓦（W）。无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。比如 40 瓦的日光灯，除需 40 多瓦有功功率（镇流器也需消耗一部分有功功率）来发光外，还需 80 乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。由于它不对外做功，才被称之为“无功 ”。无功功率的符号用 Q 表示，单位为乏（Var）或千乏（kVar）。 一、概论 由于历史的原因，我国供热行业用电向来只重视有功负荷、有功电量，忽视无功负荷和无功电量，认为能源换来有功电量，而无功不是能源，进
3、行无功补偿对供热站本身没有任何好处等。供热锅炉房主要用电设备是电动机，消耗的无功功率多，且长期没有无功功率补偿设施，造成供热站锅炉房长期以来功率因数偏低，电能浪费严重。因此，除改善设备本身的自然功率因数外，供热站应采用人工补偿措施，以提高功率因数，降低电能消耗，减少运行成本，充分发挥供配电设备的潜力，提高供电效率，节约用电量。 二、无功功率补偿原理 当电电压的波形为正弦波，且电压与电流同相位时，电阻性电气设备如白炽灯、电热器等从电上获得的功率 P 等于电压 U 和电流 I 的乘积，即：P=UI。 电感性电气设备如电动机和变压器等由于在运行时需要建立磁场，此时所消耗的能量不能转化为有功功率，故被
4、称为无功功率 Q。此时电流滞后电压一个角度 a。在选择变配电设备时所根据的是视在功率 S，即有功功率和无功功率的几何和： S=（P2 + Q2）1/2 无功功率为：Q=（S2 - P2）1/2 有功功率与视在功率的比值为功率因数：cosa=P/S 无功功率决不是无用功率，它的用处很大。电动机的转子磁场就是靠从电源取得无用功率建立的。变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。为了形象地说明问题，现举一个例子：农村修水利需要挖土方运土，运土时用竹筐装满土，挑走的土好比是有功功率，挑空竹
5、筐就好比是无功功率，竹筐并不是没用，没有竹筐泥土怎么运到堤上呢？ 在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。如果电中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，那么，这些用电设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。 从发电机和高压电线供给的无功功率，远远满足不了负荷的需要，所以在电中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率，以保证用户对无功功率的需要，这样用电设备才能在额定电压下工作。这就是电需要装设无功补偿装置的道理。 三、无功功率补偿的效益分析 （一）减少线路功率损失，节约用电 减少无功功
6、率，可以降低供配电线路和变压器中的功率消耗。当电流通过导线时，线损的计算式为： P=3I2R10-3=P/（Uecos）2R10-3 其中，I 为线路或变压器通过的电流；R 为线路或变压器中每相的电阻；Ue 为线路的额定电压；P 为线路或变压器输送的有功功率；cos 为负荷的功率因数。当功率因数由cos1提高到 cos2后，若忽略因提高功率因数而减少电压损失时对负荷电压的影响，则线路或变压器中有功功率的减少值百分数为： P%=（P1-P2）/P1100% =1- （cos1/cos2）2100%例如：当功率因数由 cos1=0.8提高到 cos2=0.95时可降低功率损耗29%；若功率因数由
7、cos1=0.95降低到 cos2=0.8时，线损将增加41%。 以上分析可以看出，在输送同样的功率时，由于功率因数不同，在电中造成的有功损耗相差较大。无功功率补偿节电效果极其显著。 （二）提高供配电设备的负荷能力，降低投资成本 1在同样视在功率的条件下，增加无功补偿，可以提高有功功率。设线路或变压器输送的视在功率为 S，安装了补偿容量 QC 后，提高了功率因数。在视在功率不变条件下，使输送有功功率的能力增加了P。 P=P2-P1=S（cos2-cos1） 其中，P1 为补偿前的最大有功功率；P2 为补偿后的最大有功功率；cos1 为补偿前的最大功率因数；cos2 为补偿后的最大功率因数。 增
8、加P 所需的无功功率即无功补偿容量为： QC=Q1-Q2=S（cos1tan1-cos2tan2） 例如：当 cos1=0.8时，1000kVA 的变压器在满负荷情况下能供给 800kVA 的负荷；若将cos2提高到 0.95，则在满负荷情况下可供 950kVA 的负荷，即可增加P=1000 （0.95-0.8）=150kVA，提高了 19%的有功输送能力。 2在同样有功负荷条件下，增加电容补偿。可以减少视在功率。在有功功率 P 不变的条件下，当补偿 QC 后，可以减少视在功率。无功补偿后，变压器可以减少的视在功率为： S=S1-S2=P（ 1/cos1-1/cos2） 其中，S1 为补偿前的
9、最大视在功率；S2 为补偿后的最大视在功率；P 为变压器的有功功率； cos1为补偿前的最大功率因数；cos2 为补偿后的最大功率因数。 例如：某供热锅炉房用电负荷为 450kW，功率因数为 0.8，欲将功率因数提高到 0.95 后，则变压器容量减少 89kVA。变压器选定额定容量可由 630kVA 减少到 500kVA，容量降低一级。另外，当输送功率一定时，由于负荷功率因数的提高，总的电流将相应降低，配电设备和导线截面也均可相应选择小一些，降低了投资成本，减轻企业负担。（三）减少电压损失，改善运行条件 减少无功功率，可以降低线路及变压器中的电压损耗。在三相对称负载下，其电压损失为： 其中，P
10、 为线路输送的有功功率；Q 为线路输送的无功功率；R 为线路的电阻；X 为线路的电抗；Ue 为线路的额定电压。 在变压器低压侧装设了补偿容量 Qc 后，其电压损失减少（即电压升）为： Ub=U1- U2=QcX/（10Ue2 ）Qc/SeUd 在线路末端装设补偿容量 Qc 后，线路电压损失减少（末端电压升）值可近似按下式计算： U2%=Qc/（1000Ue2）XL100% 其中，Qc 为补偿电容器的投运容量；Sc 为变压器的额定容量；Ud为变压器的阻抗电压；XL 线路的电抗。对 1000kVA 以下的配电变压器及 1000V 以下的低压配电线路，采用电容补偿后，对提高电压质量比较显著。 四、结论 从上可以看出，在供热锅炉房中加装电容器进行无功功率补偿，不但可以提高功率因数，节约有功电量，降低线路损耗和变压器损耗，减少运行成本，还可以提高锅炉房供配电设备的负荷能力，降低新建锅炉房投资成本，减少电压损失，改善运行条件，使供热站循环泵及鼓引风电机更容易启动。随着我国经济的快速发展，能源的供需矛盾也日益突出，人们的节能意识也不断提高。供热行业也应该积极进行技术改造，降低生产成本，节约能源，更好地为人民服务。
