无功功率的基本知识

无功功率的基本知识

1.1什么是电力系统中的无功功率？

1、电力系统从源头发电机到终端设备都是由非纯阻性元件组成的，因此必然存在无功功率的交换。

2、电感元件或电容元件虽然不消耗功率，但功率P瞬时值按正弦规律正负交替变化，这说明元件与外电路在不断的进行着能量交换。因此电感电容元件的瞬时功率又称为交换功率。元件交换功率的幅值越大，表面同样时间内“吞吐”的能量就越多，也即能量交换的规模越大。基于上面的分析，可得如下结论：电感元件的瞬时功率的幅值，可以作为衡量电感或电容元件与外电路能量交规模的指标，并称之为电感或电容元件的无功功率，用符号Q表示。则Q=UI无功功率的单位为var。

3、然而电力系统中大部分的无功功率并非无用的功率，相反在电力传输当中起着什么重要的作用。许多用电设备均是根据电磁感应原理工作的，如配电变压器、电动机等，它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递，磁场交变就需要与电源进行能量交换。为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率，因此，所谓的"无功"并不是"无用"的电功率，只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已；因此在供用电系统中除了需要有功电源外，还需要无功电源，两者缺一不可。

1.2为什么要进行无功补偿？

一、减低电力系统网络损耗。

当电力系统运行时，在线路和变压器中将要产生功率损耗和电能损耗。通常配电网的损耗是由两部分组成的：一部分是与传输功率有关的损耗。它产生在输电线路和变压器的串联阻抗上，传输功率愈大则损耗愈大，这种损耗叫变动损耗，在总损耗中所占比重较大；另一部分损耗则仅与电压有关，它产生在输电线路和变压器的并联导纳上，如输电线路的电晕损耗、变压器的励磁损耗等，这种损耗叫固定损耗。

电力系统的有功功率损耗不仅大大增加了发电厂和变电所的设备容量，同时也是对动力资源的额外浪费。电能损耗还密切影响到电能成本，从而影响整个国民经济的效益。电力系统各元件中的无功功率损耗相对来说较有功功率损耗还大，由于无功功率损耗要有发电机或其他无功电源来供给，因此在众多发、输电设备视在容量为一定的条件下，无功功率的增大势必相应减少发、输电的有功功率，即减少发、输电容量。而且，当通过输电线路和变压器输送无功功率时。也将引起有功功率损耗，这些对于电力系统来说都是非常不经济的。

我们应尽力采取措施去降低功率损耗和电能损耗，这从节约能源、降低电能成本、提高设备利用率等方面来看都是非常必要的。

配电网的降损措施只要有

1合理的使用变压器，采用节能型的变压器，同时避免经多级变压；

2重视和合理进行无功补偿。合理地选择无功补偿方式、补偿点及补偿容量，能有效地稳定系统的电压水平，避免大量的无功通过线路远距离传输而造成有功网损。对电网的无功补偿通常采用集中、分散、就地

相结合的方式，具体选择要根据负荷用电特点来确定。一般的电网中，无功补偿装置安装在变压器的低压侧；

3对电力线路改造，扩大导线的载流水平

4调整用电负荷。保持均衡用电。调整用电设备运行方式，合理分配负荷，降低电网高峰时段的用电，增加低谷时段的用电；改造不合理的局域配电网，保持三相平衡，使用电均衡，降低线损。

二、提高电压质量

衡量电能质量的指标主要是电压、频率、波形、电压波动与闪变和三厢不平衡度等。其中电压质量对各类用电设备的安全运行都有直接影响。

影响电力系统电压的主要因素是无功功率。只有系统有能力向负荷提供足够的无功功率时，系统电压才可能维持在正常水平；如果系统内无功电源不足，系统的端电压就将被迫降低。所以，电力系统无功功率平衡与维持电力系统的电压水平有着不可分割的关系。1.3电力系统的无功平衡

影响电力系统电压的主要因素是无功功率。只有系统有能力向负荷提供足够的无功功率时。系统电压才有可能维持在正常水平；如果系统内的无功电源不足，系统的端电压就将被迫降低。所以电力系统无功功率平衡与维持电力系统的电压水平有着不可分割的关系。

（1）电力系统的无功负荷及无功损耗

电力系统的无功功率负荷

各用电设备中，除了相对很小的白炽灯负荷只消耗有功功率、为数

不多的同步电动机可发出一部分无功功率外，大多数都要消耗无功功率。因此，无论工业或农业用户都也之后功率因数运行，其值约为0.6~0.9。其中，较大的数值对应于采用大容量同步电动机的场合。无功功率的

负荷曲线的变化规律虽大体上也有功功率相似，也并非完全亦步亦趋。其最大值可能出现在白昼而不是傍晚。原因在于，系统总负荷的成分一昼夜间各不相同。白昼，工业用电比重大；傍晚，生活用电等比重将增加，而二者的功率因数不同。大致可认为，如白昼和傍晚有功功率负荷的峰值约略相等，白昼无功功率负荷的峰值将大于傍晚；反之，如白昼有功功率负荷的峰值远小于傍晚，白昼和傍晚无功功率负荷的峰值将约略相等。但无论是电力系统的运行或设计部门。一般都不编制无功功率负荷曲线而只编制无功功率平衡表或各枢纽点电压曲线。而且，这些表格或曲线也只是隔一段时间制作一次。

无功功率损耗：变压器中的无功损耗和电力线路上的无功损耗

变压器中的无功功率损耗分两部分，即励磁支路和绕组支路中损耗。其中，励磁支路损耗的百分数基本上等于空载电流的百分数，约为

1%~2%；绕组漏抗中损耗在变压器满载时，基本上等于短路电压的百分数，约为10%。因此，对一台变压器或一级变压的网络而言，变压器中的无功功率损耗并不大，满载时约为它额定容量的百分之十几。相对多电压级网络，变压器中的无功功率损耗就相当可观。以一个五级变压器的网络为例，设电厂中10/200KV升压，网络中220/110、110/35、35/10、

10/0.4KV降压至用户，典型计算的结果表明系统中变压器的无功功率损耗占相当大比例，较有功功率损耗大得多。

电力线路上的无功功率损耗也分两部分，即并联电纳和串联电抗中的无功功率损耗，并联电纳中的这种损耗又称充电功率，与线路电压的平方成正比，呈容性。串联电抗中的这种损耗与负荷电流的平方成正比，呈感性。因此，线路作为电力系统的一个元件究竟消耗容性或感性无功功率就不能肯定。根据自然功率的概念，可做一个大致的估计：当通过线路输送的有功功率大于自然功率时，线路将消耗容性无功功率。而所以能作这样估计的前提是线路“无损耗“且负荷功率因数为1。一般，通过110KV及以下线路输送的功率往往大于自然功率；通过500KV线路输送的功率大致等于自然功率。通过220KV线路输送的功率则因线路长度而异，线路较长时，小于自然功率；线路较短时，大于自然功率。

（2）电力系统的无功电源

发电机

同步发电机既是有功功率电源。又是最基本的无功功率电源。电容器和调相机

并联电容器只能向系统供应感性无功功率。它说供应的感性无功功率与其端电压的平方成正比。

调相机实质上是只能发无功功率的发电机。它在过激运行时容量的50%。这些也就是作为无功功率电源的调相机的运行极限。

静止补偿器和静止调相机