配電系統(tǒng)無功補(bǔ)償技術(shù)

【摘要】隨著人們對配網(wǎng)建設(shè)的重視和無功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展，配電網(wǎng)的無功補(bǔ)償技術(shù)問題得到了較好的解決。本文從降低網(wǎng)損和提高供電質(zhì)量的角度出發(fā)，探討了無功補(bǔ)償?shù)淖饔眉皫追N補(bǔ)償方式，重點(diǎn)分析了配電無功補(bǔ)償方法、配置技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益，對配電網(wǎng)無功補(bǔ)償工作有積極的促進(jìn)作用。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng)；配電系統(tǒng)；無功補(bǔ)償；技術(shù)

隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對電力的需求日益增長，同時(shí)對供電的可靠性和供電質(zhì)量提出了更高的要求。由于負(fù)荷的不斷增加，以及電源的大幅增加，不但改變了電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，也改變了系統(tǒng)的電源分布，造成系統(tǒng)的無功分布不盡合理，甚至可能造成局部地區(qū)無功嚴(yán)重不足、電壓水平普遍較低的情況。隨著系統(tǒng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，當(dāng)系統(tǒng)受到較大干擾時(shí)，就可能在電壓穩(wěn)定薄弱環(huán)節(jié)導(dǎo)致電壓崩潰。因此，無功補(bǔ)償已經(jīng)成為供電企業(yè)和電力客戶共同關(guān)心的課題。

一、無功補(bǔ)償及其特點(diǎn)

（一）無功補(bǔ)償及作用

無功補(bǔ)償是指為滿足電力網(wǎng)和負(fù)荷端電壓水平及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求必須在電力網(wǎng)和負(fù)荷端設(shè)置的無功電源如電容器、調(diào)相機(jī)等。

（二）無功補(bǔ)償?shù)奶攸c(diǎn)

企業(yè)中的異步電動(dòng)機(jī)、變壓器等電感性負(fù)荷是取用無功功率最多的設(shè)備。取向電網(wǎng)的無功功率量，異步電動(dòng)機(jī)占60%左右；變壓器占20%左右；整流設(shè)備、電抗器及架空供電線路等占20%左右。因此，可以得出結(jié)論，企業(yè)的無功功率主要消耗在異步電動(dòng)機(jī)、變壓器和架空供電線路中。為了補(bǔ)償企業(yè)供用電設(shè)備所需的無功功率，采用靜態(tài)或動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償方式，提高企業(yè)的用電功率因數(shù)，使企業(yè)的供用設(shè)備經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)行。

二、電力無功補(bǔ)償技術(shù)

（一）電力負(fù)荷的功率因數(shù)

功率因數(shù)是指電力網(wǎng)中通過線路、變壓器的視在功率供給有功功率所占百分?jǐn)?shù)。在電力網(wǎng)的運(yùn)行中，希望功率因數(shù)越大越好，如能做到這一點(diǎn)，則通過電力設(shè)備的視在功率將大部分用來供給有功功率，以減少無功功率的傳輸，減少有功功率損耗。適當(dāng)提高用戶的功率因數(shù)，可以充分發(fā)揮供電設(shè)備的生產(chǎn)能力、減少線路損失、改善電壓質(zhì)量。

影響功率因數(shù)的主要因素：首先我們知道功率因數(shù)的產(chǎn)生主要是因?yàn)榻涣饔秒娫O(shè)備在其工作過程中，除消耗有功功率外，還需要無功功率。當(dāng)有功功率P一定時(shí)，如減少無功功率Q，則功率因數(shù)便能夠提高。在極端情況下，當(dāng)Q為零時(shí)，則其功率因數(shù)為1。因此，提高功率因數(shù)問題的實(shí)質(zhì)就是減少用電設(shè)備的無功功率需要量。

（二）并聯(lián)電容器補(bǔ)償無功功率的作用及方法

電力電容器作為補(bǔ)償裝置有兩種方法：串聯(lián)補(bǔ)償和并聯(lián)補(bǔ)償。串聯(lián)補(bǔ)償是把電容器直接串聯(lián)到高壓輸電線路上，以改善輸電線路參數(shù)，降低電壓損失，提高其輸送能力，降低線路損耗。這種補(bǔ)償方法的電容器稱作串聯(lián)電容器，應(yīng)用于高壓遠(yuǎn)距離輸電線路上，用電單位很少采用。并聯(lián)補(bǔ)償是把電容器直接與被補(bǔ)償設(shè)備并接到同一電路上，以提高功率因數(shù)。這種補(bǔ)償方法所用的電容器稱作并聯(lián)電容器，用電企業(yè)都是采用這種補(bǔ)償方法。按電容器安裝的位置不同，通常有三種方式。

1.集中補(bǔ)償電容器組集中裝設(shè)在企業(yè)或地方總降壓變電所的6～10kV母線上，用來提高整個(gè)變電所的功率因數(shù)，使該變電所的供電范圍內(nèi)無功功率基本平衡。可減少高壓線路的無功損耗，而且能夠提高本變電所的供電電壓質(zhì)量。

2.分組補(bǔ)償將電容器組分別裝設(shè)在功率因數(shù)較低的車間或村鎮(zhèn)終端變配電所高壓或低壓母線上，也稱為分散補(bǔ)償。這種方式具有與集中補(bǔ)償相同的優(yōu)點(diǎn)，僅無功補(bǔ)償容量和范圍相對小些。但是分組補(bǔ)償?shù)男Ч容^明顯，采用得也較普遍。

3.就地補(bǔ)償將電容器或電容器組裝設(shè)在異步電動(dòng)機(jī)或電感性用電設(shè)備附近，就地進(jìn)行無功補(bǔ)償，也稱為單獨(dú)補(bǔ)償或個(gè)別補(bǔ)償方式。這種方式既能提高為用電設(shè)備供電回路的功率因數(shù)，又能改善用電設(shè)備的電壓質(zhì)量，對中、小型設(shè)備十分適用。

三、無功補(bǔ)償技術(shù)在供電系統(tǒng)中的應(yīng)用

（一）變電站無功補(bǔ)償技術(shù)

變電站是一個(gè)供電區(qū)域的供電中心，用不同電壓等級(jí)的配電線路向用戶供電。按照“分級(jí)補(bǔ)償，就地平衡”的原則，配電線路和電力用戶應(yīng)該基本達(dá)到無功功率平衡，不向變電站索取無功電力。容性無功補(bǔ)償裝置以補(bǔ)償主變壓器無功損耗為主，并適當(dāng)兼顧負(fù)荷側(cè)的無功補(bǔ)償。容性無功補(bǔ)償裝置的容量可根據(jù)主變壓器容量來確定，可按主變壓器容量的10%～30%配置，并滿足220～500kV主變壓器最大負(fù)荷時(shí)，其高壓側(cè)功率因數(shù)不低于0.95的要求。當(dāng)主變壓器單臺(tái)容量為40MVA及以上時(shí)，每臺(tái)主變壓器應(yīng)配置不少于兩組的容性無功補(bǔ)償裝置。變壓器為建立并維持交變磁場所需消耗的無功功率約占30%，一般約為其額定容量10%～15%，他的空載無功功率約為滿載時(shí)的1/3。變壓器的無功功率損耗由兩部分組成，勵(lì)磁支路的無功功率損耗和繞組漏抗中的無功功率損耗。勵(lì)磁支路的無功功率損耗與變壓器所施加的電壓有關(guān)，繞組漏抗中的無功功率損耗與變壓器的通過功率成比例。無功功率不宜長距離輸送，所以一般在超高壓樞紐變電站主變壓器低壓側(cè)安裝無功補(bǔ)償裝置來滿足無功功率的就地平衡，使其平衡在系統(tǒng)額定電壓運(yùn)行水平。

（二）配電線路的無功補(bǔ)償

1.以分支線路所帶配電變壓器的空載無功損耗來確定分組補(bǔ)償容量；2.選擇負(fù)荷較大的分支線確定補(bǔ)償點(diǎn)；3.對于小分支和個(gè)別的配電變壓器，可視為主干線上的近似均勻分佰負(fù)荷，可按需要確定補(bǔ)償點(diǎn)和補(bǔ)償容量（補(bǔ)償空載無功損耗）；4.所有配電變壓器的負(fù)載無功損耗均以用戶自主補(bǔ)償為主，如果用戶未進(jìn)行補(bǔ)償或補(bǔ)償容量不足，仍需向主干線索取無功。從以上分析可見，線路的補(bǔ)償容量是按配電變壓器的空載無功損耗來確定的。帶上負(fù)載以后，如果用戶補(bǔ)償設(shè)備投人不足，線路就會(huì)處于欠補(bǔ)償狀態(tài)。這雖然不是最優(yōu)補(bǔ)償方式，但可以達(dá)到補(bǔ)償無功需求量70%左右的水平，對于目前我國的配電線路來講，能做到也不容易了。研究表明，輸電線路的無功過剩部分（充電無功與線路消耗的無功之差）應(yīng)在本線路的兩端等量補(bǔ)償，即在本線兩端等量動(dòng)態(tài)就地平衡。無功就地（分層）動(dòng)態(tài)平衡指的是哪里有無功負(fù)荷就在哪里補(bǔ)償，有多少無功負(fù)荷就補(bǔ)償多少，什么時(shí)候用就什么時(shí)候補(bǔ)償。

（三）電力用戶的無功補(bǔ)償

電力用戶進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)哪康?，主要有兩個(gè)方面：一是通過無功補(bǔ)償，使用戶內(nèi)部供電網(wǎng)絡(luò)的無功線損降到最低限度，以求獲得最大的降損節(jié)電效益；二是通過補(bǔ)償，達(dá)到國家規(guī)定的功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并爭取獲得更多的電費(fèi)獎(jiǎng)勵(lì)。加強(qiáng)用戶側(cè)無功補(bǔ)償?shù)墓芾砗凸?jié)能降損宣傳力度，使用戶認(rèn)識(shí)到即使是未進(jìn)行功率考核的小容量用戶，加強(qiáng)無功補(bǔ)償可以減少內(nèi)部因傳輸和分配無功功率造成的有功功率損耗，因而相應(yīng)可以減少電費(fèi)的支出。因此，在確定奉單位應(yīng)達(dá)到的功率因數(shù)最佳水平后，應(yīng)分析并確定采用的最佳補(bǔ)償方式和最優(yōu)補(bǔ)償容量電力用戶的無功補(bǔ)償方式，根據(jù)用戶的供電規(guī)模（有大、中、小之分）和供電方式（有高壓供電和低壓供電之分），分為三種形式：集中補(bǔ)償、分組補(bǔ)償和個(gè)別補(bǔ)償。

四、結(jié)束語

綜上所述，無功補(bǔ)償是節(jié)約電能和提高供電質(zhì)量的重要措施。值得一提的是，多數(shù)企業(yè)從滿足供電局供電要求出發(fā)，僅對各級(jí)變電所進(jìn)行無功補(bǔ)償，對無功分散補(bǔ)償重視不夠。不同的無功補(bǔ)償方案，技術(shù)要求、補(bǔ)償效果、投資大小不同。根據(jù)實(shí)際情況選擇合理的補(bǔ)償方式，能起到事半功倍的效果。