電力系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償方法和意義

摘 要 隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)與國(guó)民經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，電力用戶對(duì)供電電能質(zhì)量水平和用電可靠性提出了更高更多的要求。由此產(chǎn)生了一些靜止形態(tài)的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置。電力電子裝置不僅可以發(fā)送而且還可以吸收無(wú)功功率，其本身也成為產(chǎn)生無(wú)功的功率源。但動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)目前還不成熟。

關(guān)鍵詞 配電系統(tǒng)；無(wú)功補(bǔ)償

中圖分類號(hào) TM715 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1673-9671-（2012）112-0231-01

1 無(wú)功功率的作用

無(wú)功功率決不是無(wú)用功率，它的用處很大。電動(dòng)機(jī)需要建立和維持旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)就是靠從電源取得無(wú)功功率建立的。變壓器也同樣需要無(wú)功功率，才能使變壓器的一次線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，在二次線圈感應(yīng)出電壓。因此，沒(méi)有無(wú)功功率，電動(dòng)機(jī)就不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，變壓器也不能變壓，交流接觸器不會(huì)吸合。在正常情況下，用電設(shè)備不但要從電源取得有功功率，同時(shí)還需要從電源取得無(wú)功功率。無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹饕饔镁褪翘岣吖β室驍?shù)以減少設(shè)備容量和功率損耗、穩(wěn)定電壓和提高供電質(zhì)量，在長(zhǎng)距離輸電中提高輸電穩(wěn)定性和輸電能力以及平衡三相負(fù)載的有功和無(wú)功功率。安裝并聯(lián)電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，可限制無(wú)功功率在電網(wǎng)中的傳輸，相應(yīng)減少了線路的電壓損耗，提高了配電網(wǎng)的電壓質(zhì)量。

2 影響功率因數(shù)的主要因素

異步電動(dòng)機(jī)和電力變壓器是耗用無(wú)功功率的主要設(shè)備 異步電動(dòng)機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子間的氣隙是決定異步電動(dòng)機(jī)需要較多無(wú)功的主要因素。而異步電動(dòng)機(jī)所耗用的無(wú)功功率是由其空載時(shí)的無(wú)功功率和一定負(fù)載下無(wú)功功率增加值兩部分所組成。所以要改善異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)就要防止電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行并盡可能提高負(fù)載率。變壓器消耗無(wú)功的主要成份是它的空載無(wú)功功率，它和負(fù)載率的大小無(wú)關(guān)。因而，為了改善電力系統(tǒng)和企業(yè)的功率因數(shù)，變壓器不應(yīng)空載運(yùn)行或長(zhǎng)其處于低負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)。

電網(wǎng)頻率的波動(dòng)也會(huì)對(duì)異步電機(jī)和變壓器的磁化無(wú)功功率造成一定的影響。

以上論述了影響電力系統(tǒng)功率因數(shù)的一些主要因素，因此必須要尋求一些行之有效的、能夠使低壓電力網(wǎng)功率因數(shù)提高的一些實(shí)用方法，使低壓網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)功的就地平衡，達(dá)到降損節(jié)能的效果。

3 低壓配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆椒?/p>

3.1 變電站集中補(bǔ)償方式

針對(duì)輸電網(wǎng)的無(wú)功平衡，在變電站進(jìn)行集中補(bǔ)償，補(bǔ)償裝置包括并聯(lián)電容器、同步調(diào)相機(jī)、靜止補(bǔ)償器等，主要目的是改善輸電網(wǎng)的功率因數(shù)、提高終端變電所的電壓和補(bǔ)償主變的無(wú)功損耗。這些補(bǔ)償裝置一般連接在變電站的10 kV母線上，以補(bǔ)償負(fù)荷的無(wú)功功率。補(bǔ)償電容分為固定補(bǔ)償與自動(dòng)補(bǔ)償兩部分。因?yàn)橛泄ω?fù)荷是變化的，其無(wú)功負(fù)荷也隨之變化，但不論無(wú)功負(fù)荷如何變化，總可把它分為固定部分和變動(dòng)部分，所以補(bǔ)償電容應(yīng)采取固定補(bǔ)償與自動(dòng)補(bǔ)償相結(jié)合的方法，配置固定補(bǔ)償電容以減少投資，配置自動(dòng)補(bǔ)償電容以滿足補(bǔ)償需要，做到二者兼顧。因此變電站集中補(bǔ)償具有管理容易、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，但是這種方案對(duì)配電網(wǎng)的降損起不到什么作用。

3.2 低壓集中補(bǔ)償方式

目前國(guó)內(nèi)較普遍采用的另外一種無(wú)功補(bǔ)償方式是在配電變壓器380 V側(cè)進(jìn)行集中補(bǔ)償，通常采用微機(jī)控制的低壓并聯(lián)電容器柜，容量在幾十至幾百千乏不等，根據(jù)用戶負(fù)荷水平的波動(dòng)投入相應(yīng)數(shù)量的電容器進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償。主要目的是提高專用變用戶的功率因數(shù)，實(shí)現(xiàn)無(wú)功的就地平衡，對(duì)配電網(wǎng)和配電變的降損有一定作用，也有助于保證該用戶的電壓水平。這種補(bǔ)償方式的投資及維護(hù)均由專用變用戶承擔(dān)。目前國(guó)內(nèi)各廠家生產(chǎn)的自動(dòng)補(bǔ)償裝置通常是根據(jù)功率因數(shù)來(lái)進(jìn)行電容器的自動(dòng)投切的，也有為了保證用戶電壓水平而以電壓為判據(jù)進(jìn)行控制的。這種方案雖然有助于保證用戶的電能質(zhì)量，但對(duì)電力系統(tǒng)并不可取。因?yàn)殡m然線路電壓的波動(dòng)主要由無(wú)功量變化引起，但線路的電壓水平是由系統(tǒng)情況決定的。當(dāng)線路電壓基準(zhǔn)偏高或偏低時(shí)，無(wú)功的投切量可能與實(shí)際需求相去甚遠(yuǎn)，出現(xiàn)無(wú)功過(guò)補(bǔ)償或欠補(bǔ)償。

對(duì)配電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，除了專用變之外，還有許多公用變。而面向廣大家庭用戶及其他小型用戶的公用變壓器，所以就采用并聯(lián)低壓電容器箱，該并聯(lián)低壓電容器箱采用微機(jī)控制、自動(dòng)投切，形式小巧，容量可以按照變壓器容量的20%～40%來(lái)選擇。

3.3 桿上補(bǔ)償方式

由于配電網(wǎng)中大量存在的公用變壓器沒(méi)有進(jìn)行低壓補(bǔ)償，使得補(bǔ)償度受到限制。由此造成很大的無(wú)功缺口需要由變電站或發(fā)電廠來(lái)填，大量的無(wú)功沿線傳輸使得配電網(wǎng)網(wǎng)損仍然居高難下。因此可以采用10 kV戶外并聯(lián)電容器安裝在架空線路的桿塔上（或另行架桿）進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，以提高配電網(wǎng)功率因數(shù)，達(dá)到降損升壓的目的。由于桿上安裝的并聯(lián)電容器遠(yuǎn)離變電站，容易出現(xiàn)保護(hù)不易配置、控制成本高、維護(hù)工作量大、受安裝環(huán)境和空間等客觀條件限制等工程問(wèn)題。因此，桿上無(wú)功優(yōu)化補(bǔ)償必須結(jié)合以下實(shí)際工程要求來(lái)進(jìn)行。

3.4 無(wú)功補(bǔ)償?shù)男б?/p>

在現(xiàn)代用電企業(yè)中，在數(shù)量眾多、容量大小不等的感性設(shè)備連接于系統(tǒng)中，以致電網(wǎng)傳輸功率除有功功率外，還需無(wú)功功率。如自然平均功率因數(shù)在0.70～0.85之間。企業(yè)消耗電網(wǎng)的無(wú)功功率約占消耗有功功率的60%～90%，如果把功率因數(shù)提高到0.95左右，則無(wú)功消耗只占有功消耗的30%左右。減少了電網(wǎng)無(wú)功功率的輸入，會(huì)給用電企業(yè)帶來(lái)效益。

1）節(jié)省企業(yè)電費(fèi)開(kāi)支。提高功率因數(shù)對(duì)企業(yè)的直接效益是明顯的，因?yàn)閲?guó)家電價(jià)制度中，從合理利用有限電能出發(fā)，對(duì)不同企業(yè)的功率因數(shù)規(guī)定了要求達(dá)到的不同數(shù)值，低于規(guī)定的數(shù)值，需要多收電費(fèi)，高于規(guī)定數(shù)值，可相應(yīng)地減少電費(fèi)。使用無(wú)功補(bǔ)償不但減少初次費(fèi)用，而且減少了運(yùn)行后的基本電費(fèi)。

2）降低系統(tǒng)的能耗。補(bǔ)償前后線路傳送的有功功率不變，P= IUCOSφ，由于COSφ提高，補(bǔ)償后的電壓U2稍大于補(bǔ)償前電壓U1，為分析問(wèn)題方便，可認(rèn)為U2≈U1從而導(dǎo)出I1COSφ1=I2COSφ2。即I1/I2= COSφ2/ COSφ1，這樣線損 P減少的百分?jǐn)?shù)為：

ΔP%= （1-I2/I1）×100%=（1- COSφ1/ COSφ2）× 100%

當(dāng)功率因數(shù)從0.70～0.85提高到0.95時(shí)，由上式可求得有功損耗將降低20%～45%。

3）改善電壓質(zhì)量。以線路末端只有一個(gè)集中負(fù)荷為例，假設(shè)線路電阻和電抗為R、X，有功和無(wú)功為P、Q，則電壓損失ΔU為：

△U=（PR+QX）/Ue×10-3（KV） 兩部分損失：PR/ Ue→輸送有功負(fù)荷P產(chǎn)生的；QX/Ue→輸送無(wú)功負(fù)荷Q產(chǎn)生的；

配電線路：X=（2～4）R，△U大部分為輸送無(wú)功負(fù)荷Q產(chǎn)生的變壓器：X=（5～10）R QX/Ue=（5～10） PR/ Ue 變壓器△U幾乎全為輸送無(wú)功負(fù)荷Q產(chǎn)生的。

可以看出，若減少無(wú)功功率Q，則有利于線路末端電壓的穩(wěn)定，有利于大電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

在配電網(wǎng)中進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償、提高功率因數(shù)和做好無(wú)功優(yōu)化，是一項(xiàng)建設(shè)性的節(jié)能措施。本文簡(jiǎn)要分析了三種無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆椒ê蛢煞N無(wú)功功率補(bǔ)償容量的選擇方法以及無(wú)功補(bǔ)償后的良性影響。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，要具體問(wèn)題具體分析，使無(wú)功補(bǔ)償應(yīng)用獲得最大的效益。

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