無功功率補償對電力工程配電網(wǎng)的影響及應(yīng)用

摘要：在電網(wǎng)中存在大量的感性負荷，大大增加了電網(wǎng)系統(tǒng)運行的無功功率，從而增加了電能的損耗。文章首先對無功補償進行了概述，分析了無功功率對電力工程影響，并對無功功率的補償方式及裝置進行了探討。

關(guān)鍵詞：電力工程；配電網(wǎng)；無功功率；電能損耗

中圖分類號：TM714 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）25-0071-02

隨著社會的不斷發(fā)展，對電力供應(yīng)的需求越來越大，使電力工程建設(shè)的規(guī)模越來越大。在電網(wǎng)運行過程中，往往會存在大量的感性負荷，使電力系統(tǒng)中的無功功率逐漸增加，從而導(dǎo)致電能損耗不斷增加，直接影響電網(wǎng)的供電質(zhì)量，最終影響電力企業(yè)的經(jīng)濟效益。這就要求在配電網(wǎng)中進行無功補償時，必須要先做好無功優(yōu)化，以提高電能質(zhì)量與功率因數(shù)，從而提高電力企業(yè)的經(jīng)濟效益。本文主要對配電網(wǎng)運行過程中存在的常見問題進行分析，并以電力工程配電網(wǎng)運行及無功功率補償作為出發(fā)點，對以電力工程配電網(wǎng)為基礎(chǔ)的無功功率補償應(yīng)用進行進一步探討。

1 無功補償?shù)母攀?/p>

無功補償技術(shù)在電力系統(tǒng)中能有效提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，其能有效減少供電變壓器及其線路的電能損耗，從而改善供電環(huán)境及提高供電效率。在小型的電力系統(tǒng)中，該技術(shù)能起到調(diào)整三相不平衡電流的作用；而在大型供電系統(tǒng)中，該技術(shù)則能起到調(diào)整電網(wǎng)電壓與提高電網(wǎng)運行可靠性的作用。在電力系統(tǒng)中，其供電功率能分為有功與無功兩種，無功功率不能遠距離傳輸，因此對于下屬用電及配電變壓器的無功功率應(yīng)就地補償。無功功率是在系統(tǒng)中設(shè)置無功補償裝置而進行的，其設(shè)備能和電路中的用電設(shè)備相互抵消無功功率，從而提高功率因數(shù)。無功補償技術(shù)可將感性與容性功率負荷裝置連接在相同的電路中，使能量能在兩種負荷之間進行交換，且其所需要的無功功率也能從容性負荷輸出的無功功率中獲取等量的補償。

2 無功功率對電力工程配電網(wǎng)的影響

電磁線圈電氣設(shè)備在運行中必須要附加電氣元件，以將其產(chǎn)生的無功功率降低。如電動機的轉(zhuǎn)子磁場，必須在電源下獲取無功功率才能建立。在電網(wǎng)系統(tǒng)中，無功功率對電力工程配電網(wǎng)的影響主要包括以下幾個方面：（1）無功功率對輸變電系統(tǒng)供電能力的影響；（2）無功功率對發(fā)電設(shè)備有功功率輸出能力的影響，如用戶需要一定的有功功率時，當電網(wǎng)的無功功率增加時，則會導(dǎo)致電網(wǎng)的損耗也相應(yīng)增加。（3）無功功率對配電網(wǎng)電壓損失的影響；（4）無功功率對發(fā)電機有功功率的影響，導(dǎo)致其運轉(zhuǎn)功率因數(shù)降低，從而影響電網(wǎng)的運行環(huán)境，導(dǎo)致用戶電力設(shè)備難以發(fā)揮出應(yīng)有的作用。為此，在電力工程配電網(wǎng)運行時，應(yīng)對供電電網(wǎng)及用戶電氣設(shè)備進行無功功率補償，以提升設(shè)備運行的功率因數(shù)及系統(tǒng)的供電質(zhì)量。

3 電力工程配電網(wǎng)的無功功率補償?shù)膽?yīng)用

3.1 明確無功功率補償?shù)娜萘?/p>

在電網(wǎng)系統(tǒng)中，要想明確無功功率補償?shù)娜萘?，必須要運用以下幾種方式：（1）根據(jù)配電網(wǎng)運行電壓值確定，其目標是對電壓的調(diào)節(jié)，計算公式為Qc=所需電壓值×所需的電壓值/配電網(wǎng)線路阻抗值；（2）根據(jù)線損降低率確定，能有效證明配電網(wǎng)線損降低率和補償容量間的關(guān)系；（3）根據(jù)配電因數(shù)確定，功率因數(shù)應(yīng)滿足電力用戶的實際需求；（4）根據(jù)變壓器容量確定，并選擇合理的補償方式。

3.2 選擇合適的無功功率補償方式

在電力工程配電網(wǎng)應(yīng)用中，必須要選擇合理的無功功率補償方式，才能有效降低電網(wǎng)系統(tǒng)運行的無功功率，從而降低電網(wǎng)中的電能損耗?，F(xiàn)階段，我國電力工程配電網(wǎng)中常用的無功功率補償主要包括變電站補償、低壓補償、桿上補償、終端補償、配電線路補償及隨機補償?shù)取?/p>

3.2.1 變電站補償。通過變電站集中的無功功率補償，該補償方式主要應(yīng)用于10kV變電站的母線中，且主要集中安裝在等量的電容器中，不僅能有效降低供電線路中的無功損耗，且有利于降低變電站輸電線路的無功電力損耗。但電力用戶所需的無功率補償還應(yīng)在變電站線路中輸送。因此，在10kV變電站線路中依然有無功功率電流，故認為該補償方式無法代替配電網(wǎng)無功補償所發(fā)揮的作用，而且也無法很好地解決配電網(wǎng)運行中無功降損的矛盾問題。

3.2.2 低壓補償。低壓補償作為我國當前常用的補償方式之一，主要是在配電變壓器的低壓側(cè)進行補償。該低壓補償設(shè)備主要根據(jù)用戶的負荷水平變化情況、投入的電容器進行跟蹤補償，其目的是為了提高變壓用戶的功率因數(shù)，以實現(xiàn)無功功率平衡的目的。其不僅具有降低電網(wǎng)、變壓器損耗的作用，還能有效提高用戶電壓的水平。低壓補償設(shè)備通常是根據(jù)無功功率或功率因數(shù)實現(xiàn)對電容器自動投切的目的。低壓補償雖能保證用戶電能的質(zhì)量，但無功功率的投切量且有可能會與實際的需求量相差較大，容易導(dǎo)致出現(xiàn)無功功率補償不足或過多的現(xiàn)象，從而影響電力系統(tǒng)的正常、可靠運行。

3.2.3 桿上補償。在配電網(wǎng)中絕大多數(shù)的公用變壓器無低壓補償，從而限制無功功率的補償度。因此，對于配電網(wǎng)無功功率的缺口還必須通過變電站和發(fā)電廠來填補。而無功功率通過線纜傳輸，從而增加配電網(wǎng)的損耗。因此，應(yīng)把10kV戶外并聯(lián)的電容器安裝在架空線路桿上進行無功補償，以提高配電網(wǎng)的功率因數(shù)，從而實現(xiàn)降損升壓的目的。但安裝在桿上的電容器與變電站之間的距離比較遠，因此難以裝配保護措施，對其的控制成本也比較高，且保養(yǎng)維護的難度較大，工作量較多，且安裝環(huán)境受限因素較多。當線路處于輕載狀態(tài)下，應(yīng)避免配電線路出現(xiàn)過補償及過電壓。因此，必須要合理控制桿上補償?shù)陌惭b點，無需進行分組投切，且要控制好其容量。

3.2.4 終端補償。隨著低壓用戶用電需求量的不斷增多，也就意味著對無功功率的需求也相應(yīng)增大。因此需要對終端進行補償，以降低電網(wǎng)的損耗與維持網(wǎng)絡(luò)電壓的水平。但終端補償方式的補償點比較分散，其管理難度比較大。而且負荷的不同波動使大部分電容器在輕載狀態(tài)下容易形成閑置，導(dǎo)致設(shè)備的利用率不斷降低。

3.2.5 配電線路補償。通過配電線路進行的無功功率補償，該補償方式主要應(yīng)用于配電線路中，主要安裝在配電網(wǎng)線路主干的2/3位置上。每個集中點都要安裝一個能夠承受10kV電壓的電容器，雖然這種補償方式能在一定程度上降低配電線路的無功損耗，但也存在一定的弊端，如電氣設(shè)備長期處于露天環(huán)境下，容易受到人為、雷擊等因素的損害，當配電線路出現(xiàn)故障后，難以實現(xiàn)對線路的及時、有效搶修。endprint

3.2.6 隨機補償。隨機補償就是基于隨機的原則進行無功功率的補償，該補償方式一般將無功功率補償?shù)碾娙萜靼惭b在供電企業(yè)的電動機兩側(cè)，通過補償電動機無功功率，從而實現(xiàn)降低功率損耗的目的。

3.3 選擇合理的無功補償裝置

在電力工程配電網(wǎng)中，若想選擇一種合理、可行的無功功率補償裝置，必須要充分考慮配電網(wǎng)中對不同的電壓需求及其補償裝置技術(shù)特性等因素后才能決定選擇哪一種無功功率補償裝置?，F(xiàn)階段，我國電力工程配電網(wǎng)最常用的無功功率補償裝置主要包括高壓裝置、中壓裝置、低壓裝置三種。

3.3.1 高壓裝置。高壓裝置主要應(yīng)用在高壓配電網(wǎng)絡(luò)中，主要是以高壓并聯(lián)電容器的補償裝置。該裝置通常安裝在10kV變電站中的主變壓器側(cè)，主要是為了降低主變壓器無功功率的損耗，改善配電網(wǎng)中的功率因數(shù)，且改善變電站出站端的電壓，從而實現(xiàn)提高變電站輸出電能質(zhì)量的目的。

3.3.2 中壓裝置。干式自愈型并聯(lián)電容器是我國當前中壓補償裝置中最常用的裝置，通過干式自愈型并聯(lián)電容器實現(xiàn)對中壓網(wǎng)絡(luò)進行補償。該設(shè)備的電容元件主要由金屬薄膜卷制作而成，并在卷繞后進行頂端的噴漆，并通過導(dǎo)線焊接將其引出；而元件的外部主要通過樹脂封灌而成，能實現(xiàn)絕緣空氣的目的。

3.3.3 低壓裝置。相對于高壓裝置與中壓裝置，低壓裝置在我國無功功率補償中的應(yīng)用更為廣泛。低壓裝置通常安裝在電力工程配電網(wǎng)變壓器中的低壓側(cè)或者安裝在單臺低壓電動機側(cè)。該裝置不僅能在和電動機啟動或停止時進行無功功率補償，還能對高層建筑、賓館、車間等配電房進行無功功率補償。

4 結(jié)語

綜上所述，電力工程配電網(wǎng)在運行時，隨著大量無功電流的流動，既會使電網(wǎng)中線路的損耗增加，也會對電網(wǎng)的供電質(zhì)量造成影響，從而影響配電網(wǎng)的穩(wěn)定、可靠運行，對電力供應(yīng)企業(yè)及用電用戶都帶來極大的影響。因此需要加強對無功功率對電力工程配電網(wǎng)影響的分析，并選擇合理的補償方式與裝置，才能降低電網(wǎng)線路的損耗與提升電網(wǎng)供電的可靠性與穩(wěn)定性，從而提高電力企業(yè)的經(jīng)濟效益。

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作者簡介：廖國東（1957-），男，國網(wǎng)重慶市大足區(qū)精誠電力發(fā)展總公司電氣工程師，研究方向：電力工程建設(shè)供用電管理。endprint