無(wú)功補(bǔ)償在低壓配電系統(tǒng)的探討與應(yīng)用

祁衛(wèi)

摘要：電力行業(yè)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展具有重大意義，現(xiàn)代國(guó)民用電行為中，功率因數(shù)低、設(shè)備利用度差導(dǎo)致成本過(guò)高的狀況十分常見，對(duì)低壓配電系統(tǒng)進(jìn)行必要的無(wú)功補(bǔ)償是借鑒這一弊端的主要方法。一般借助并聯(lián)但容器進(jìn)行處理，若補(bǔ)償容量無(wú)法保證匹配效果，需要借助晶閘管進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)電容器的分組處理。無(wú)功補(bǔ)償對(duì)低壓配電系統(tǒng)的影響較大，是提高工作效率，降低電力耗損的必備處理措施，便于提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性、合理性、科學(xué)性。

關(guān)鍵詞：無(wú)功補(bǔ)償；低壓；應(yīng)用

1 無(wú)功補(bǔ)償?shù)男阅芊治?/p>

無(wú)功補(bǔ)償?shù)膱?zhí)行原則為：安全合理、經(jīng)濟(jì)科學(xué)、精度高準(zhǔn)，可用于低壓配電系統(tǒng)的各負(fù)荷條件下，根據(jù)無(wú)功補(bǔ)償裝置狀況進(jìn)行對(duì)應(yīng)調(diào)解處理。帶動(dòng)配電系統(tǒng)的精度高、運(yùn)行穩(wěn)定，降低了能耗，對(duì)節(jié)能理念的落實(shí)較為全面。它作為各種負(fù)荷的無(wú)功補(bǔ)償被廣泛的用在額定電壓 400 V、頻率 50 Hz 的電力系統(tǒng)中，是提高電力行業(yè)供電電能穩(wěn)定性的重要方法。借助低壓配電的無(wú)功補(bǔ)償可充分實(shí)現(xiàn)降低電費(fèi)、能耗、線路壓降等多方面要求。

2 低壓配電系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑砗驮瓌t

2.1 低壓配電系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償原理

無(wú)功功率是指沒有消耗，僅是將電能轉(zhuǎn)換為其他形式的能，這種能量是部分電氣設(shè)備能夠做功的必備條件，同時(shí)這種能量能夠和電能進(jìn)行周期性轉(zhuǎn)換，如電磁元件建立磁場(chǎng)占用電能、電容器建立電場(chǎng)占用電能等。在配電網(wǎng)中，若電流分別在電感元件、電容元件中做功，會(huì)使電流和電壓出現(xiàn)不同相，前者使電流比電壓超前90℃，后者使電流比電壓滯后90℃。在同一組成電路中，電感電流和電容電流具有完全相反的方向，在相位上相差180℃。此時(shí)若在電磁元件電路中安裝合適的電容元件，使電感電流和電容電流完全抵消，減少電路中電流和電壓矢量的夾角，提高整個(gè)配電網(wǎng)的做功性能，這就是無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑怼?/p>

2.2 低壓配電系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕驹瓌t

在對(duì)低壓配電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償配置時(shí)必須遵循下述三個(gè)原則：第一，總體平衡和局部平衡相結(jié)合的原則；第二，分散補(bǔ)償和集中補(bǔ)償相結(jié)合的原則；第三，降損和調(diào)壓相結(jié)合的原則。通常情況下，低壓配電網(wǎng)絡(luò)在進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償時(shí)，都以局部、分散補(bǔ)償為主，兼顧整體平衡和集中補(bǔ)償，還要結(jié)合電力部門和用戶補(bǔ)償進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，最大限度減少無(wú)功功率在低壓配電網(wǎng)的輸送，實(shí)現(xiàn)就地補(bǔ)償和平衡。

3 低壓配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆椒?/p>

3.1 集中補(bǔ)償方法

低壓集中補(bǔ)償是通過(guò)低壓并聯(lián)電容器的電腦控制對(duì)配電變壓器 380 V 側(cè)進(jìn)行集中補(bǔ)償。該種方法對(duì)配電系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)較為明顯，補(bǔ)償容量大、跟蹤性能良好、降低用戶成本，對(duì)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益十分關(guān)鍵。現(xiàn)階段，低壓自動(dòng)補(bǔ)償設(shè)備一般為自動(dòng)投切處理，借助集中補(bǔ)償有利于相關(guān)企業(yè)及時(shí)發(fā)現(xiàn)對(duì)應(yīng)用電環(huán)節(jié)的各種問題，是維持電壓穩(wěn)定的合理措施。

3.2 用戶終端分散補(bǔ)償方法分析

輸電環(huán)節(jié)中，用戶終端需要進(jìn)行分散補(bǔ)償控制，提高電壓利用效率較為關(guān)鍵。用戶終端進(jìn)行分散補(bǔ)償十分必要，是節(jié)約資源、降低成本的關(guān)鍵，可根據(jù)電器容量進(jìn)行單獨(dú)控制，保證其后續(xù)發(fā)展應(yīng)用前景良好。該補(bǔ)償方法是釋放電壓能量、提高供電能力的基本方法，便于控制電壓的穩(wěn)定性，同時(shí)可保護(hù)對(duì)應(yīng)用電設(shè)備、器件的安全性，降低了線路耗損。終端分散補(bǔ)償中，借助對(duì)終端進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)電壓能量的合理釋放，從而維持電壓穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了降低能量損耗、提高供電能力的雙贏局面。

針對(duì)低壓無(wú)功補(bǔ)償，需要注意下述問題，第一、補(bǔ)償需要與工作同時(shí)進(jìn)行。一般需要把電容組、電機(jī)組連接處理，然后進(jìn)行電力輸送處理，促進(jìn)電機(jī)工作、低壓補(bǔ)償同時(shí)運(yùn)行，降低了電流流通中的不必要耗損，提高工作效率。第二、變壓器連接中，借助低壓保險(xiǎn)進(jìn)行電容器與變壓設(shè)備的連接，可以對(duì)變壓設(shè)備進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償處理，降低運(yùn)營(yíng)中的損耗。第三、隨時(shí)補(bǔ)償處理，穩(wěn)壓處理。無(wú)功補(bǔ)償中，需要進(jìn)行保護(hù)裝置控制，保證低壓電容器組補(bǔ)償與母線部位，實(shí)現(xiàn)滿足補(bǔ)償?shù)男枨?，穩(wěn)定電壓、減少損耗的負(fù)面影響。

3.3 同步補(bǔ)償及靜止補(bǔ)償分析

現(xiàn)階段，電力行業(yè)中線路運(yùn)輸一般具有長(zhǎng)距離的特點(diǎn)，借助同步、靜止補(bǔ)償可實(shí)現(xiàn)線路節(jié)能，調(diào)節(jié)能力良好，可最大限度的發(fā)揮補(bǔ)償功效。注意問題分析如下：第一、無(wú)功補(bǔ)償裝置的安裝位置需要保證合理性，將對(duì)應(yīng)支撐點(diǎn)、輸電網(wǎng)絡(luò)與用電位置進(jìn)行低壓電網(wǎng)連接。第二、加強(qiáng)補(bǔ)償范圍的分析，避免外力作用導(dǎo)致的系統(tǒng)故障。第三、定期進(jìn)行維護(hù)、檢修操作，避免天氣異常等原因?qū)е碌难a(bǔ)償裝置故障。

3.4 跟蹤補(bǔ)償

跟蹤補(bǔ)償是指以無(wú)功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，將低壓電容器組補(bǔ)償在大用戶0.4 kV母線上的補(bǔ)償方式。適用于100 kVA以上的專用配電變壓器用戶，可以替代隨機(jī)、隨器兩種補(bǔ)償方式，補(bǔ)償效果好。

跟蹤補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是運(yùn)行方式靈活，運(yùn)行維護(hù)工作量小，比前兩種補(bǔ)償方式壽命相對(duì)延長(zhǎng)，運(yùn)行更可靠。但缺點(diǎn)是控制保護(hù)裝置復(fù)雜，首期投資相對(duì)較大。但當(dāng)這3種補(bǔ)償方式的經(jīng)濟(jì)性接近時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用跟蹤補(bǔ)償方式。

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)備連接于電力系統(tǒng)中，電網(wǎng)傳輸功率除有功功率外，還需無(wú)功功率。

4.1 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= UICOSφ，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%。

4.2 節(jié)省企業(yè)電費(fèi)開支

提高功率因數(shù)對(duì)企業(yè)的直接經(jīng)濟(jì)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，需要額外多收電費(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)償不但減少初次投資費(fèi)用，而且減少了運(yùn)行后的基本電費(fèi)。

4.3 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)。

4.4 增加系統(tǒng)容量

三相異步電動(dòng)機(jī)通過(guò)就地補(bǔ)償后，由于電流的下降，功率因數(shù)的提高，從而增加了變壓器的容量，計(jì)算公式如下：△S=P/COSφ1×[（COSφ2/COSφ1）-1]。

5 結(jié)語(yǔ)

電力事業(yè)的不斷發(fā)展和電網(wǎng)的日趨復(fù)雜使低壓用電負(fù)荷增長(zhǎng)幅度越來(lái)越快，隨之導(dǎo)致的問題是大量的無(wú)功功率在電網(wǎng)中流動(dòng)形成線路損耗，大大降低了電能的電壓質(zhì)量和電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。由于無(wú)功功率補(bǔ)償具有提高電網(wǎng)的功率因素，補(bǔ)償負(fù)荷所需的部分或全部無(wú)功功率的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于低壓配電網(wǎng)中。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：中南建筑設(shè)計(jì)院股份有限公司）