無功補償下的電網電能質量提升

吳景營

（廣東光達電氣股份有限公司，廣東 佛山 528329）

0 引 言

據有關調查顯示，在我國電力工業(yè)中普遍存在著一種“重有功負荷與電量、輕無功負荷與電量”的現(xiàn)象。造成這種現(xiàn)象的原因主要有兩個，一是電力企業(yè)在滿足電力有功方面需求的同時無暇顧及無功問題，二是電力企業(yè)對無功電量缺乏正確的認知。隨著社會經濟的快速發(fā)展及人們生活質量水平的不斷提升，各種電器設備走進并融入了人們的生活當中，再加上各種企業(yè)的迅速崛起，逐漸加大了我國電網無功問題的缺口。在新時代背景下，節(jié)能降損才應是我國電力企業(yè)追逐的目標。但事實上我國電網系統(tǒng)中存在著大量的無功負荷，已嚴重影響到電力企業(yè)的經濟效益與用戶的用電安全。而最有效的解決辦法就是對電網電能進行無功補償，這樣才能在降低耗損的同時改善電網電能質量，提升電力企業(yè)的經濟效益。

1 電網無功補償的概述

電網輸出的功率分為有功功率和無功功率兩個部分。其中，有功功率指的是能夠將電能直接消耗掉，轉變?yōu)闄C械能、熱能以及聲能等各種能，無功功率指的是不能夠將電能直接消耗掉，只是將其轉換成另一匯總形式的能，而這種能恰恰是促進各類電器設備做功的前提條件，能夠與電網中的電能進行轉換[1]。在配電網系統(tǒng)中有著各種各樣的配電設備及各級電網，存在著相當數量的無功功率，特別是在低壓配電系統(tǒng)中無功功率所占的比例更大。如果能夠在配電網系統(tǒng)中合理運用無功補償設備，那么不僅能夠大大降低無功功率的損失，還能夠有效提升輸電設備的運行效率，改善電能質量。無功補償無論是在大系統(tǒng)還是在小系統(tǒng)中所起到的作用都是非常大的，大系統(tǒng)中的無功補償能夠調節(jié)整個電網的電壓，使其穩(wěn)定運行，小系統(tǒng)中的無功補償在調節(jié)電網電壓的同時還能夠調整系統(tǒng)中的三相不平衡電流。如果某一系統(tǒng)出現(xiàn)三相不平衡的問題，那么就可以選擇在三相之間及各相與零線之間接入適當容量的電容器，以此來起到補償三相之間無功功率的目的。

2 電網無功補償的原則

配電網系統(tǒng)中存在著相當數量的無功功率，各種配電設備及各級電網的運行都需要消耗一定的無功功率。如果各電力企業(yè)想要提升配電網系統(tǒng)與配電設備的運行效率并減少電力系統(tǒng)中無功功率的損耗，那么配電系統(tǒng)中無功補償設備的布局與配置就必須要嚴格按照“分級補償”和“就地平衡”的原則進行，而且在我國有關電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的準則中已明確指出無功補償設備的配置原則必須要遵循以下幾點。

一是集中補償與分散補償相結合。對一些集中安裝具有較大容量的電容器進行集中補償，對一些配電網絡及用戶與用電設備分散的地區(qū)就進行分散的無功補償。

二是確保各節(jié)點電壓合格且無功裕量充足。并不是任何時候都能夠對電網進行無功補償，而是需要具備一定的條件。其中最為重要的一條就是必須要保證各節(jié)點電壓合格且無功裕量充足，只有充分滿足這兩個基本條件時才能夠對電網進行無功補償[2]。

三是保證區(qū)域電網的經濟與協(xié)調性。對電網進行無功補償的目的就是為了節(jié)能降損，提升電網的經濟效率，使其能夠在一個最優(yōu)的狀態(tài)下運行。

四是從全局的電壓穩(wěn)定需求入手。對電網進行無功補償的結果應是能夠使其充分滿足各個節(jié)點的電壓穩(wěn)定需求，如果單單只是對局部進行無功補償，那么不僅不會起到相應的效果，還可能會嚴重影響到整個系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定。因此在進行電網無功補償工作時，必須要充分考慮到全局電壓的穩(wěn)定需求。

五是具備緊急控制和常規(guī)控制功能。一般情況下，電力系統(tǒng)是通過控制與調節(jié)各級電壓控制器的整定值來使得各級電力區(qū)域的無功功率處于一個最經濟的狀態(tài)。但當出現(xiàn)相關緊急情況時，需要保證電力系統(tǒng)能夠迅速做出應急措施，從而才能使各地區(qū)的電壓能夠恢復正常，保證各區(qū)域電力的順利運行。因此在進行電網無功補償工作時，相關工作人員必須確保無功補償設備具有緊急與常規(guī)控制功能。

六是杜絕頻繁操作調節(jié)設備的現(xiàn)象出現(xiàn)。在配電系統(tǒng)中常見的調節(jié)設備有電容器組及有載調節(jié)變壓器等設備。避免頻繁操作是因為有電容器組及有載調節(jié)變壓器等調節(jié)設備的使用壽命與電壓波動是有一定限制，所以在日常工作中各電力企業(yè)必須要限制相關設備的調節(jié)次數。在對全局進行無功補償的過程中，工作人員不僅要避免對局部變電站的調控，而且還必須要將控制設備與變電站的操作進行相互的配合，這樣才能在保證設備操作效果良好的同時減少對調節(jié)設備的操作[3]。

七是具備不同的調壓方式。因為這樣才能保證無功補償系統(tǒng)可以對不同時段以及不同母線的電壓限值進行良好的約束，從而滿足不同電力用戶的實際電力需求。

3 電網無功補償的方法以及裝置

一般情況下，如果配電網系統(tǒng)中的電壓出現(xiàn)了波動，那么各電力企業(yè)就必須要盡快采取相應的解決措施使其恢復穩(wěn)定。因此為了充分確保配電系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定，各電力企業(yè)在采取應對措施時必須要具備兩個條件。一是可以起到調節(jié)變電站變壓器分接頭的作用，二是可以對配電系統(tǒng)中的無功補償設備起到控制作用，這樣一來各電力企業(yè)就能夠通過改變系統(tǒng)中的無功功率來達到穩(wěn)定電壓的目的。

現(xiàn)階段所見到的無功補償裝置設備已經歷了并聯(lián)電容器、并聯(lián)電抗器、同步調相段以及靜止無功補償裝置4個發(fā)展階段。

3.1 并聯(lián)電容器

并聯(lián)電容器是一種最為常見的無功補償裝置設備，雖然它并不能有效吸收配電系統(tǒng)中的無功功率，但是能夠為配電系統(tǒng)提供感性無功功率。并聯(lián)電容器具有投資小、運行方便且安裝地點靈活的特點，而它最大的優(yōu)點就是在能提升電網系統(tǒng)的負荷功率因數的同時減少電能的損耗。其缺點就是但配電系統(tǒng)出現(xiàn)諧波時會在一定程度上放大諧波電流導致電容器燒毀。并聯(lián)電容器接線實物如圖1所示。

圖1 并聯(lián)電容器接線實物圖

3.2 并聯(lián)電抗器

與并聯(lián)電容器的功能恰恰相反，并聯(lián)電抗器在配電系統(tǒng)中的主要功能是吸收容性無功功率。當供電線路電壓出現(xiàn)輕載、空載或者是超出正常范圍時，并聯(lián)電抗器就可以對供電線路中的電壓進行控制，同時還能夠控制過電壓[4]。與并聯(lián)電容器一樣，并聯(lián)電抗器也具有投資少、運行方便以及低成本等特點，實物如圖2所示。

圖2 并聯(lián)電抗器

3.3 同步調相機

在配電系統(tǒng)中，同步調相機所起到的作用是產生無功功率。雖然同步調相機是一種不帶機械負荷的補償裝置，但是它卻能夠充分結合配電系統(tǒng)的無功功率調整自身的運行狀態(tài)，當處于過勵運行狀態(tài)時，同步調相機就會在額定電壓±5%的時候產生無功功率，但同步調相機也會在系統(tǒng)處于欠勵運行狀態(tài)時吸收無功功率。其缺點是需要消耗大量的有功功率，且投資成本大。

3.4 靜止補償器

靜止補償器不僅能夠很好改變或者吸收配電系統(tǒng)中所產生的無功功率，還能夠充分根據電力系統(tǒng)中電壓的變化對無功功率進行調整。隨著時代及科學技術的快速發(fā)展，當前在配電系統(tǒng)無功補償裝置中所應用的靜止補償器進行了全新改革，采用了新型的晶閘管無功補償裝置。靜止補償器的最大優(yōu)點是反應快且價格適中，但在日常工作中產生的諧波大，而且還需要大容量和大電感的器件才能很好地實現(xiàn)工作[5-7]。

4 電網無功補償提升電能質量的途徑

通過無功補償裝置提升電網電能質量的方法與途徑有很多，各電力企業(yè)需要充分結合每一個地區(qū)的電力實際情況來選擇最適合的提升措施。

4.1 應用無功補償電容器來提升電能質量

在上面筆者就已經說到過了無功功率不能直接將電能消耗掉，但是卻會在電能傳輸的過程中消耗掉一定量的有功功率與電壓。如果相關電力企業(yè)在配電系統(tǒng)中應用無功補償電容器，那么不僅能夠有效補償電力網中電容量，而且還能夠有效降低電力網中的有功功率及電壓，從而提升用電用戶的電能質量更重要的是無功補償電容器的安裝與維修工作十分簡單。

4.2 電力部門補償與用戶補償有效結合

如果各電力企業(yè)想要切實有效地提升電網電能質量，那么就可以結合總無功電力需求在電力部門對無功電力管理的同時為用戶安裝無功補償設備，以此來調動供電部門及用戶的用電積極性[8-10]。

4.3 集中補償與分散補償相結合

這樣一來就能夠使配電系統(tǒng)中的無功補償起到一個平衡總體與局部的作用。變電器的集中與分散補償不僅能夠有效降低用戶的供電線路損耗，而且還能夠有效降低整個電網的無功損耗，從而達到節(jié)能降損的目的。

4.4 調壓與降低損耗相結合

這一過程中必須以降低損耗為主，然后再充分運用并聯(lián)電容器來實施無功補償，以此來使電網電壓達到一個無功平衡的狀態(tài)。

5 結 論

基于無功補償下的電網電能質量提升有著十分積極的現(xiàn)實意義，不僅能降低輸電線路及變壓器中的無功電流，而且還能提升用戶用電設備中的功率因數，更重要的是通過安裝無功補償設備可以減少供電線路中電壓的消耗，在改善電網電能質量的同時也能給用戶及電力企業(yè)帶來良好的經濟效益。