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建筑工程配电无功补偿的分析与选择

发表时间：2021/6/29 来源：《基层建设》2021年第6期作者：张涛

[导读] 摘要：建筑工程施工及电气功能应用耗费大量能源，为了使建筑工程达到能源节约的目的，通常会结合相关技术规范标准在建筑电气设备中安装无功补偿装置。

        浙江省建筑设计研究院浙江杭州 310000
        摘要：建筑工程施工及电气功能应用耗费大量能源，为了使建筑工程达到能源节约的目的，通常会结合相关技术规范标准在建筑电气设备中安装无功补偿装置。建筑工程配电无功补偿形式多样，在选择具体应用形式时应本着节约化及高效化的原则，确保建筑物使用功能得到最大限度发挥。本文据此展开分析探究，以资借鉴。
        关键词：建筑工程；配电；无功补偿；选择
        城市及城镇建设中，建筑工程数量及规模不断扩展，建筑型式也更为多样。基于建筑物使用功能需求的增加，建筑工程电能能源荷载压力同步提升，如电气设计及无功功率控制不到位，极易增大建筑的电力消耗成本。无功补偿的应用能够提高建筑工程电力工程运行质量效率。
        一、无功补偿基本概述
        配电网末端电压过低的原因，一方面是由于电网自身问题，另一方面也主要由无功不足所导致。电网在进行功率传输时，电流会在线路等阻抗上产生电压损耗△U，假如始端电压为U1，末端电压为U2，按照以下公式计算电压损耗：U= U1- U2=（PR+QX）/U N[1]。其中，P-线路传输的有功功率kW，Q-线路传输的无功功率kvar，U N -线路额定电压kV，R、X-线路电阻、电抗Ω。保持有功功率恒定，而R和X为定值，无功功率Q愈小，电压损失愈小，电压质量就会愈高；当线路安装无功补偿容量为Q C的并联电容器补偿装置后，线路电压损耗变为：U`=[PR+（Q-Q C）X]/ U N。由此可知，采取无功补偿以后，无功功率Q变小，限制了无功功率在电网中的传输，相应的减少了线路电压的损耗，提高了配电网的电压质量。
        从无功补偿的原理上看，电网功率输出主要包含有功功率及无功功率两个组成部分。其中，有功功率主要指电能转化带来的能量，如将电能转化为光能、机械能、热能等；无功功率在对电能不产生消耗状态下，实现电能向其他能量的转化，也称之为无实际功率补偿。电网中未使用但可以使用的电能通过某种途径和形式转变为能量，这一过程即为无功补偿。配电网络中，容性负荷产生的功率作为感性负荷补偿，如此能够提高能源利用率，优化电力系统成本支出。电路中，电流及电感具备不同的方向，结合技术标准及要求，将适量电容元件安装在电磁元件中，能够将两者产生的电流加以抵消，增大电源做功效率。从实际应用上看，在同一电路中采用并联电容器，可以并联感性功率负荷及电容容器，两个电路能量在电荷相互作用下，达到功率补偿目的。
        建筑工程多采用感性负荷，在建筑工程电力系统运行中需要功率补偿，以确保电力供应的稳定。在补偿功率的提供上，由输电系统进行补偿，供电线路需要保证变压器的高容量，如此必然会增加投入，也会使建筑工程配电线路运行损耗值增大[2]。而通过电容器来提供补偿功率，可使建筑工程配电网负载端电压得到提高，缩短负载端及电容器之间的距离。
        二、建筑工程配电无功补偿的分析选择
        （一）三相电容自动补偿
        三相电容自动补偿方式不具备复杂的结构形式，可以有效地控制建筑工程能源消耗及运行成本。三相电容一般选用并联方式，接口分为两种：一种是接三个同样的电容，提高功率因素；另一种是接一个电容，在单相电源部位安装使用三相电机，电容发挥移相作用。电容自身阻抗和交流电频率紧密相关，电容器可以与建筑工程电路电感性负载交换能量，三相电容自动补偿能够使自动负载及三相负载处于平衡，取任一相，然后严格按照标准操作，在三相电压保持正常运行的基础上，同步能够控制一相及二相电压。需要注意的是，如三相电压负载无法平衡，此时该无功补偿方式在无功补偿效果上不会太理想，甚至可能对建筑工程电气设备运行带来不利影响。针对三相不平衡系统，可以采用三相分补补偿方式，也就是单相电容器分相补偿，这一补偿方式主要根据每相无功大小进行补偿，无功较大的相多投补偿电容，反之则少投或不投。

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简言之，三相电容自动补偿方法应结合具体情况选择使用，三相负载平衡则使用三相或三个单相接；负载不平衡，使用单相电容补偿。相比三相电容，单相电容能够更好地抑制谐波。
        （二）分相电容自动补偿
        分相电容自动补偿是指使用单相电力电容器作为补偿装置，检测三相电流并对各项电容器投入数量进行计算，实现各相无功电流的充分补偿[3]。在建筑工程使用功能以居住及办公为主时，可采用该补偿方式。这主要是由于居民小区及办公楼多采用低压供配电系统，单相负荷大量存在，同时负荷随机使用，如此就使三相负载不规律不平衡。分相电容自动补偿方式中，每一相各自完成补偿，为此，在无功补偿过程中，需要对各段参数，如电流值及电压值等测量，并确保精准无误，之后套入公式及数据，对电容加以计算，然后再计算电压及功率。要提高建筑工程分项电容自动补偿的效益，可以根据工程配电设计实际情况，选用以下几种组合补偿模式：一是三相补偿单相补偿的结合。单相补偿主要针对单相负荷为主的建筑低压供配电系统，三相补偿作为辅助手段，电力电容器组的无功补偿作用能够得到充分发挥；二是集中补偿分散补偿的结合。配电变压器中产生的无功消耗占比50%-60%，在建筑用户用电设备中产生的无功消耗占比40%左右[4]。为了避免出现轻载或空载时过补偿，应通过集中补偿及分散补偿相配合的方式；三是总体平衡局部平衡的结合。确保建筑工程全网总无功平衡及各支路无功平衡。
        此外，采用分相电容自动补偿时，需要把握如下几个注意要点：第一，充分考虑电容器额定电量是否匹配变压器容量。为精确补偿，大容器电容器应补偿大容器变压器；为避免频繁投切，不能使用小容器电容器对大容量变压器进行补偿。第二，电容器投切次数应尽量减少。接通电容器时会产生瞬时尖峰电流，投切频繁会损坏电器设备及开关装置。
        （三）混合补偿
        建筑工程无功补偿中的混合补偿主要是混合三相电容自动补偿及分相电容自动补偿，设置三相电容补偿装置及分相电容补偿装置于建筑工程电气电路，发挥其分补及共补功能[5]。在电气系统运行中，根据无功检测结果可以选择使用分相或三相电容自动补偿，充分利用电能资源。混合补偿方式投资成本较高，但无功功率补偿效果较好。在具体选择建筑工程无功补偿形式时，应以充分补偿，无过补或少补为原则。补偿功率过高，带来相电压的骤升，极易损坏建筑电气系统电路元件，补偿功率过低或不足，断电器过电流极大，电气元件也易受损。现代城市建筑用电涉及建筑照明及空调等负荷因数高的电器，楼层及用户用电呈现出不均衡特点，由此也使三相荷载不平衡。在具体选择使用时，本着安全性、节约性的目标，分析各补偿方式的资金投入比重，然后选择恰当的无功补偿方式。经实践证明，分相电容补偿作为无功补偿方式，综合性表现较突出。
        结语
        电力能源的高效率使用是建筑工程节能设计的重要考虑因素，在电网运行过程中，无功补偿要发挥效益，应结合建筑工程的用电规律特点及电气施工方案，从多种无功补偿方式中合理选择。在保障建筑工程使用功能的基础上，降低电能损耗率，使建筑工程配电工程兼具经济性及安全性。
        参考文献：
        [1]刘铸.建筑工程配电无功补偿的分析与选择[J].科学与财富，2020（2）：91.
        [2]谢燕林.浅谈民用建筑工程低压配电系统无功补偿[J].科技与企业，2011（6）：71-72.
        [3]兰园玉.浅析民用建筑供配电系统无功功率补偿的重要性[J].建筑工程技术与设计，2018（5）：2051.
        [4]戴毅.浅谈建筑电气工程中低压配电系统的安装与调试[J].中国设备工程，2021（4）：112-113.
        [5]郭志斌.谈建筑工程配电无功补偿的分析与选择[J].黑龙江科技信息，2016（33）：26.