電力系統(tǒng)無功補償現(xiàn)狀的分析研究

陽一正

（四川省電力公司廣安電業(yè)局，四川 廣安 638000）

近些年來，國民經(jīng)濟發(fā)展迅速，快速發(fā)展的經(jīng)濟帶來了科學(xué)技術(shù)的提升，我國的電力行業(yè)一直高速向前發(fā)展著，隨之而來的是日益完善的電網(wǎng)建設(shè)。負荷快速增長，使得無功的需求也有很大幅度地上升，導(dǎo)致電網(wǎng)中的無功功率不平衡，無功功率大量存在。在電力系統(tǒng)內(nèi)部安裝同步補償機，可以使發(fā)電機生產(chǎn)更多的有功功率，在輸送設(shè)備中安裝補償電容器，可以使設(shè)備輸送更多的有功功率。這兩種辦法對于降低設(shè)備中的有功損耗以及設(shè)備中的電壓質(zhì)量有很大的作用。我們也可以這樣說，在電力的生產(chǎn)、輸送或者是消耗過程當中，進行無功補償是非常必要的，它對于整個供電系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定能起到很好的促進作用。

一、無功補償?shù)母拍钤?/h2>

（一）無功補償，又叫做無功功率補償，在電力系統(tǒng)中可以降低供電變壓器的損耗、降低輸送線路中的損耗，從而起到提高電網(wǎng)功率因數(shù)的效果。選擇合適的補償裝置，能使電網(wǎng)提高供電質(zhì)量。若選擇與使用不當，便會造成供電系統(tǒng)的電壓波動，諧波增大等一系列問題。

（二）無功補償?shù)脑?/p>

電網(wǎng)輸出的功率包含有兩部分；一為有功功率，它會直接消耗電能,或者把電能轉(zhuǎn)化成其它能量，如機械能、熱能、聲能、光能或者化學(xué)能,再利用這些轉(zhuǎn)化后的能來進行作功。這部分功率叫做有功功率。第二種是無功功率，它不消耗電能;只是作為電氣設(shè)備正常作功的必備條件，比如在電氣設(shè)備中的電感、電容元在工作時建立磁場所需要的功率，這部分功率叫做無功功率。在生活與工業(yè)的用電負載中，絕大部分都屬于應(yīng)用了電磁感應(yīng)原理而形成的感性負載，比如電動機、繼電器、壓縮機、日光燈等等，在運行的過程中，這些設(shè)備都需要無功補償來協(xié)助應(yīng)用。

二、電力系統(tǒng)無功補償?shù)姆N類

按照電容器位置的不同，無功補償可以分為：

（一）供應(yīng)處補償。為使整個變電所功率因數(shù)提高，可以采用集中補償?shù)姆绞?，做法是將電容器組集中裝在總降壓變配電所的10千伏母線之上。這樣做，能減少電能在高壓線路上的無功損耗，且可提高供電電壓的質(zhì)量。

（二）分組補償。在功率因數(shù)相對較低的各配電所的母線上，分別裝設(shè)電容器。這樣做，無功補償?shù)姆秶腿萘肯鄬^小，但是可以分散安裝，效果明顯。

（三）單臺電動機使用地補償。在感性用電的設(shè)備附近安裝電容器，用以進行無功補償。此辦法可具體提高感性用電設(shè)備的功率因數(shù)與電壓質(zhì)量。

在實際的供電工作中，這三種辦法的使用都要兼顧到，統(tǒng)一安排，合理分布，以期達到最好的無功補償效果。

三、電力系統(tǒng)無功補償?shù)默F(xiàn)狀

在電力系統(tǒng)的實際工作中，感性無功電流主要是由傳統(tǒng)的異步電動機產(chǎn)生的，電力電子裝置極大多數(shù)的功率因數(shù)不高，繼而會產(chǎn)生大量無功電流，無功電流再進一步產(chǎn)生無功功率。正是由于電網(wǎng)本身運行規(guī)律的這種特殊性，決定了必然會在其工作中出現(xiàn)無功功率，無功功率本身不可缺少，但是它不作有用功，又會在電網(wǎng)工作中帶來損耗，并且給全電網(wǎng)的供電質(zhì)量帶來負擔(dān)。

故此，為了保持電網(wǎng)運行的高質(zhì)量，無功補償就成為必不可少的方法。

在早期的無功補償工作中，主要的裝置是并聯(lián)電容器和同步調(diào)相機。并聯(lián)電容器價格低、安裝簡易、方便維護，但是它的不足之處太多，比如電容量固定，在系統(tǒng)中不能分級補償；系統(tǒng)中會下降更多電壓；易于產(chǎn)生并聯(lián)諧振，使原來存在的諧波電流增大。而同步調(diào)相機，是最早的完整意義上的無功功率補償設(shè)備，但是它本身運行復(fù)雜，維護麻煩，損耗大，噪聲高。隨著并聯(lián)電容器的普及使用，它一度居于次要地位。但是，在系統(tǒng)故障引起電壓降低的時候，它可以在短時期內(nèi)給受電側(cè)提供電壓支持，使電力系統(tǒng)保持穩(wěn)定。

現(xiàn)在，人們更樂于接受的是靜止無功功率補償技術(shù)。所謂靜止無功功率補償指的是用不同的靜止開關(guān)投切電抗器或者電容器，使其具有發(fā)出與吸收無功電流的能力，用以達到使電力系統(tǒng)功率因數(shù)提高、系統(tǒng)電壓穩(wěn)定、系統(tǒng)振蕩受到抑制的目的。隨著電子技術(shù)的成熟與發(fā)展，自換相變流電路的方法應(yīng)用到了靜止無功功率補償裝置中來，由此產(chǎn)生了靜止無功功率發(fā)生器。它對于原有技術(shù)上難以避免的噪聲與振動問題的解決，是一個突破。靜止無功補償裝置是1978年在美國開始使用的，近十多年以來，已在國內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。電容器和感性負荷并聯(lián)在一起，用并聯(lián)的電容器來對無功功率進行補償，結(jié)構(gòu)簡潔、方便經(jīng)濟。

在目前，除了對于交換虛擬電路和靜止無功發(fā)生器的無功補償加以探討外，人們正致力于對動態(tài)無功補償中的其它形式靜止變流器的研究。目前比較先進的是由美國研究的柔性交流輸電系統(tǒng)，它的本質(zhì)是在電力系統(tǒng)中應(yīng)用到高壓大功率電子技術(shù)，來提高電力系統(tǒng)輸電能力和控制能力。是比較經(jīng)濟、方便的方法。其發(fā)展趨勢主要有三種；具有飽和電抗器的無功補償裝置；晶閘管控制電抗器；閘管投切電容器。

四、電力系統(tǒng)無功補償應(yīng)該注意的幾個問題

（一）防止產(chǎn)生諧振。諧振是指電網(wǎng)系統(tǒng)中強迫振蕩的頻率很接近自由振蕩頻率而產(chǎn)生的振蕩現(xiàn)象。對于供電線路中有諧波源的，要增設(shè)電抗器，盡量把諧波的影響降下來，防止諧振現(xiàn)象發(fā)生帶來的電容器損壞。

（二）無功功率補償因數(shù)要控制在合理的范圍。不要強求高補償度，那樣會帶來無謂的損失。根據(jù)實踐，功率因數(shù)從0.8 提高到0.9，在實際效果上，與把功率因數(shù)從0.9 提高到1.0，補償容量是差不多的。具體實施起來，應(yīng)該根據(jù)投資與實際功效綜合來考慮。

（三）若采用單臺電動機使用地補償?shù)姆绞?，一定要防止過分補償。因為電動機在切斷電源之后，因為慣性作用，還會繼續(xù)運行一段時間，其磁場會因為得到自勵產(chǎn)生電壓，而反向系統(tǒng)輸送無功，多余的無功功率會使系統(tǒng)電壓升高，使設(shè)備安全受到威脅。

（四）防止電壓過大。電容器的補償容量不可過大，否則，易引起電網(wǎng)電壓的升高、電容器自身的損壞。實際電壓值不得超過額定電壓的1.1 倍。

五、電力系統(tǒng)的無功補償裝置順序控制要合乎科學(xué)

在電力系統(tǒng)的無功功率補償基本方案確立下來之后，無功補償裝置的的投切便要開始進行。在實際的操作過程中，不止有一個調(diào)壓裝置，在眾多的調(diào)壓裝置中，必然會有先后順序的不同，不可能同時同步完成。與此同時，不同的控制動作之間，也會互相影響。在配電網(wǎng)中，某個節(jié)點的電壓控制器發(fā)生變化，會致使相鄰節(jié)點的電壓水平產(chǎn)生相應(yīng)的變化，相鄰節(jié)點的電壓水平變化，又會對與它鄰近的節(jié)點產(chǎn)生影響。在無功補償裝置投切操作過程中，不是一次性完成，而是需要反復(fù)進行投切，這樣，必然會導(dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓波動，甚至是控制振蕩。繼而對配電網(wǎng)的供電質(zhì)量和供電可靠性都產(chǎn)生影響。所以，調(diào)壓裝置的投切要科學(xué)合理，有先有后地進行，盡量照顧到每個節(jié)點的供電工作，把電網(wǎng)電壓的改變控制在最小的波動范圍中。

另外，在無功補償中，經(jīng)常出現(xiàn)以下幾個方面的問題。1、電容器頻繁損壞。2、電容器外熔斷器在運行中發(fā)生熔斷。3、電容器組使用率低、經(jīng)常投入。對于上面這幾個問題，我們要進行專門的研究，對無功補償設(shè)備綜合整治，以期達到無功功率補償設(shè)備的正常使用。

總結(jié)：

電力系統(tǒng)的無功補償關(guān)鍵點是要補償?shù)蛪簾o功功率負荷，給配電網(wǎng)的供應(yīng)、傳輸設(shè)備進行無功補償，既可以減輕上一級電網(wǎng)壓力，亦且能提高配電變壓器的利用率，促使用電用戶的電壓質(zhì)量得到改善，同時，在電網(wǎng)功率因數(shù)、電能損失，用戶電費支出等諸多方面，無功補償都能夠起到積極的作用。在現(xiàn)代的電力系統(tǒng)中，最大幅度發(fā)揮輸電線路設(shè)計容量和提升系統(tǒng)運行穩(wěn)定性提，是兩大重要課題，在電子技術(shù)快速發(fā)展的前提下，電網(wǎng)能量傳輸過程中的大量無功功率使電能利用率嚴重降低并且嚴重影響到了供電的質(zhì)量，我國目前使用廣泛的還是靜止無功功率補償裝置。而基于智能控制策略的可以進行無功功率動態(tài)補償?shù)木чl管投切電容仍需大力推廣。

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