無功補償對低壓電網(wǎng)功率因數(shù)的作用

【摘要】依據(jù)用電設備的功率因數(shù)，可測算輸電線路的電能損失。通過現(xiàn)場技術改造，可使低于標準要求的功率因數(shù)達標，實現(xiàn)節(jié)電目的。本文分析了無功補償?shù)淖饔煤脱a償容量的選擇方法，著重論述了低壓電網(wǎng)和異步電動機無功補償容量的配置。

【關鍵詞】節(jié)電技術；功率因數(shù)；無功補償

前言

無功補償主要是指主要是指有效利用無功補償裝置與設備，以獲取所需的無功功率，以此降低電網(wǎng)運行的能耗，促進電力系統(tǒng)的功率因數(shù)得到有效提高，最終達到電網(wǎng)電壓質量得以改善的目標。

1、無功補償配置原則分析

就電網(wǎng)在運行過程中的消耗的無功功率的實際情況而言，在電力系統(tǒng)中，其輸配電設備以及各級網(wǎng)絡均會產生無功功率消耗，其中無功功率消耗情況最為嚴重的要以電壓配電網(wǎng)為最。因此，在電網(wǎng)實際運行過程中，為使輸電線路無功功率傳輸消耗將至最低，從而促進電網(wǎng)輸配電設備的運行效率大幅提高，在配置武功補償裝置與設備的過程中，要進行科學合理地布局，并堅持“就地平衡，分級補償”的配置原則，確保無功補償裝置配置合理。

2、功率因數(shù)的影響因素分析

在交流用電設備的實際工作中，既要產生有功功率消耗，同時還需無功功率。若用P、Q分別表示有功功率與無功功率。那么，在P固定的情況下，若Q減少，則能夠實現(xiàn)提高電網(wǎng)功率因數(shù)的目的。然而，在Q為零的極端情況下，那么其力率則為1?？梢姡行嵘娋W(wǎng)功率因數(shù)的關鍵就在于全面降低用電設備所需的無功功率。在電網(wǎng)運行中，無功功率需求量最大的設備主要為電力變壓器以及異步電動機，它們也是影響電網(wǎng)功率因數(shù)最主要的因素之一。此外，以下幾種因素也全面影響著電網(wǎng)功率因素：

（1）變壓器與異步電機的磁化無功功率會受到電網(wǎng)頻率波動的影響，從而影響電網(wǎng)功率因數(shù)；（2）電網(wǎng)功率因數(shù)還受到供電電壓的影響。若供電電壓超出所規(guī)定的電壓額定值，如，超過額定值的10%，就會造成磁路飽和問題產生，從而促進無功功率的迅速增長（約為35%左右）。適當降低供電電壓，可促進無功功率的有效減少，但若供電電壓過低，就會對電力系統(tǒng)電氣設備的正常工作與運行產生嚴重影響。因此，在實際工作中，要積極探尋有力措施，確保電力系統(tǒng)供電穩(wěn)定。

綜上可知，主要用電設備，如電力變壓器以及同步電機等、供電電壓、電網(wǎng)頻率波動等是影響電網(wǎng)功率因數(shù)的幾種最主要的因素，因此，為實現(xiàn)降損節(jié)能、促使低壓網(wǎng)能夠無功就地平衡，有必要積極探尋行之有效的提高低壓電網(wǎng)功率因數(shù)的方法途徑。

3、低壓配電網(wǎng)無功補償方法探討

3.1跟蹤補償。此種無功補償方式的控制保護裝置通常為無功補償投切裝置，并采用該投切裝置，于大用戶0.4kv母線上補償?shù)蛪弘娙萜鹘M。跟蹤補償方式運行可靠、靈活，且具有較小的運行維護工作量，補償效果良好，應用的范圍多為視載功率超過100kVA的專用變配電用戶。該補償方式的主要缺陷在于具有相對較大的首期投資，且無功補償投切裝置較為復雜。

3.2隨器補償。這一補償方式是一種以低壓保險為媒介，將低壓電容器接于配電變壓器二次側，進而對其空載無功進行補償?shù)奈涔ρa償方式。在空載或者輕載的情況下，變壓器的空載勵磁無功則為配變的主要無功負荷。對于用電單位而言，其配變空載無功是其主要的無功負荷，著部分損耗在輕載配變的供電量中占有非常大的比重，并增加了電費單價，增加了經濟損失。運用隨器補償方式，可對配變的空載無功進行有效地補償，且接線簡單，并可實現(xiàn)對農網(wǎng)的無功基荷進行有效限制，最終促進無功就地平衡實現(xiàn)，且經濟性較好，是有效降低電網(wǎng)損耗，實現(xiàn)無功補償?shù)挠行緩健?/p>

3.3隨機補償。此種無功補償方式，主要是通過電機、保護裝置等，實現(xiàn)電動機與低壓電容器組的并接與同時投切，其優(yōu)勢在于易于安裝、配置靈活、投資少，無需對補償容量進行頻繁地調整，并隨著用電設備的運行與停運，隨之投入與退出，事故率相對較低，可對用電單位的無功負荷實行有效地限制，適用于以勵磁無功補償為主的電機無功消耗補償。

4、無功補償?shù)男б?/p>

目前，電力系統(tǒng)運行環(huán)境愈加復雜化，電力系統(tǒng)中連接了各種容量不等且數(shù)量龐大的感性設備，使電網(wǎng)既須有功功率，也須無功功率。據(jù)相關資料顯示，如果電網(wǎng)平均功率因數(shù)處于0.7-0.85的范圍之內時，用電企業(yè)所消耗的無功功率約為80%左右的有功功率。若將功率因數(shù)適當提高至0.9-0.95之間，那么在有功消耗中，無功消耗會降低50%左右，從而對用電企業(yè)的無功功率輸入有效減少，進而促進企業(yè)的效益提高。

4.1提高設備的利用率。就供電設備而言，若有功功率一致，隨著電網(wǎng)功率因數(shù)的提高，減少負荷電流，則會增加供電設備的功率儲備，提高負荷傳送功率的效率，從而有效滿足負荷的增長需求。對于新建企業(yè)而言，還可使設備容量有效降低，并促進其投資費用有效減少，同時，提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，在某種程度上還能是企業(yè)選擇的變壓器的容量得到有效降低，確保其運行的基本電費得以減少。

4.2節(jié)省企業(yè)電費開支。由于國家電價制度中，規(guī)定了不同企業(yè)的功率因數(shù)值，若高于規(guī)定數(shù)值，可相應減少電費；若低于規(guī)定的數(shù)值，需要多收電費，從而對企業(yè)的功率因數(shù)進行了限制，可見，提高功率因數(shù)對企業(yè)具有直接的經濟效益。

4.3降低系統(tǒng)的能耗。補償前后線路傳送的有功功率不變，P= IUCOSφ，由于COSφ提高，補償后的電壓U2稍大于補償前電壓U1，為分析問題方便，可認為U2≈U1從而導出I1COSφ1=I2COSφ2。即I1/I2= COSφ2/ COSφ1，這樣線損 P減少的百分數(shù)為：

ΔP%= （1-I22/I12）×100%=（1-COS2φ1/COS2φ2）×100%

當功率因數(shù)從0.70～0.85提高到0.95時，由（2）式可求得有功損耗將降低20%～45%。

4.4改善電壓質量。以線路末端只有一個集中負荷為例，假設線路電阻和電抗為R、X，有功和無功為P、Q，則電壓損失ΔU為：

△U=（PR+QX）/Ue×10-3（KV） 兩部分損失：PR/Ue→輸送有功負荷P產生的；QX/Ue→輸送無功負荷Q產生的；配電線路：X=（2～4）R，△U大部分為輸送無功負荷Q產生的變壓器：X=（5～10）R QX/Ue=（5～10） PR/Ue變壓器△U幾乎全為輸送無功負荷Q產生的可以看出，若減少無功功率Q，則有利于線路末端電壓的穩(wěn)定，有利于大電動機的起動。因此，無功補償能改善電壓質量（一般電壓穩(wěn)定不宜超過3%）。但是如果只追求改善電壓質量來裝設電容器是很不經濟的，對于無功補償應用的主要目的是改善功率因數(shù)，減少線損，調壓只是一個輔助作用。

結論

本文集中探討了無功補償技術對用電單位的低壓配電網(wǎng)的影響以及提高功率因數(shù)所帶來的經濟效益和社會效益，討論了如何確定無功功率的補償容量，確保補償技術經濟、合理、安全可靠，達到節(jié)約電能的目的。

參考文獻

[1]李博.無功補償裝置設計初探[J].國外電子測量技術，2008年08期

[2]劉學軍.淺析電力系統(tǒng)的無功補償問題[J].內蒙古科技與經濟，2009年08期

作者簡介

蘇景琳（1978 -），男，漢族，甘肅平涼人，平涼供電公司發(fā)電部門技術主管，研究方向：電力節(jié)能發(fā)電。

李麗霞（1979-），女，漢族，甘肅平涼人，平涼供電公司電力調度業(yè)務主辦，研究方向：電力調度工作。