无功补偿对电力系统功率因数的影响以及应用

无功补偿对电力系统功率因数的影响以及应用
摘要：随着社会发展的不断进步，用电量也日益增加，提高供电效率和供电质
量便成为重中之重，电网的经济运行日益受到重视。

提高电力系统输电效率和电
力系统运行的经济性更是电力系统运行部门面临的实际问题。

为了提高系统运行
的经济性，需要采用要采用无功补偿技术，通过自动化过对电力系统无功电源的
合理配置和对无功负荷的最佳补偿，维持电压水平和提高电力系统运行的稳定性，进而为提高供电的质量，减少技术中的电能损耗，使系统能够安全经济运行。

关键词：电气自动化；无功补偿；实际应用
目前在乡镇，农村地域，电力电网普遍存在着功率因数较低的问题，特别是在乡村边远
的地方，电压达不到正常家用电压的情况比比皆是。

长期以往，既给人民生活带来了不便，
更是让输电公司蒙受了巨大的损失。

为了提高系统运行的经济性，使人民的生活水平得到提高，提高电网工作的经济性。

本文主要主要讲述的是无功补偿的基本原理和如何提高功率因
数以及应用。

一、无功补偿的基本理论
电网输出的功率分为有功功率和无功功率两部分：一是有功功率P：直接消耗电能，把
电能转变为机械能、热能、化学能或声能，利用这些能作功，这部分功率称为有功功率；二
是无功功率Q：消耗电能，但只是把电能转换为另一种形式的能，这种能作为电气设备能够
作功的必备条件，并且，这种能是在电网中与电能进行周期性转换，这部分功率称为无功功
率（如电磁元件建立磁场占用的电能，电容器建立电场所占的电能）。

二、如何提高功率因数
目前电力输电线路存在着不足，线路存在比较重的损耗，电力线路的老化导致输电性能
下降，功率因数的降低。

输电线路出现比较严重的损耗，补偿无功功率，可以增加电网中有
功功率的比例常数（功率因数）。

这其中由于无功功率在电网中流动而引起的有功线损的计
算公式为其中是末端无功负载。

是电网额定电压。

其中P为视在功率，S为有功功率，Q为
无功功率。

要减少电力网中的电压损耗和电网的线损率，提高线路传输的功率因数，用户端
的电压质量，减少电力网元件中的无功传输，可以通过无功补偿降低末端无功负载来解决。

对于无功补偿技术而言，对能源消耗进行有效降低和提高功率因数的主要方法是采用低
压无功补偿技术，低压无功补偿的目标是实现无功的就地平衡，通常采用地方式有三种：随
机补偿、随器补偿、跟踪补偿。

随机补偿就是将低压电容器组与电动机并联，通过自动化控制、保护装置与电机共同投切。

补偿装置随着用电设备的投切而进行使用或者关闭。

具有投资少，配置灵活，维修简单
等优点。

为防止电机自激过电压，补偿容量一般不大于电机的空载无功。

随器补偿是指将电容器通过低压保险接在配电变压器二次侧，补偿配电变压器空载无功
的补偿方式。

有很多的低压配电网中的变压器，尤其是农网配电变压器，普遍存在负荷轻的
现象。

在负荷时接近空载，此时配电变压器的空载无功是电网无功负荷的主要部分。

随器补
偿由于补在低压侧，可有效地补偿配变空载无功，且连线简单，做到无功地就地补偿。

跟踪补偿是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置，将低压电容器组补偿在大用户
0.4kV母线上的补偿方式。

补偿电容器组的固定连接可起到相当于随器补偿的作用，补偿用
户的固定无功基荷；可投电容器组用于补偿无功峰荷部分。

通过自动头切的方式，可以更好
地地域用户的用电的波动性，以及实现无功补偿装置的可靠性。

三、不同配电网的无功补偿方式在不同情况的应用
配电网无功补偿的主要方式有五种：变电站补偿、配电线路补偿、随机补偿、随器补偿、跟踪补偿。

1.变电站补偿：针对电网的无功平衡，在变电站进行集中补偿，补偿装置包括并联电容器、同步调相机、静止补偿器等，主要目的是平衡电网的无功功率，改善电网的功率因数，
提高系统终端变电所的母线电压，补偿变电站主变压器和高压输电线路的无功损耗。

2.配电线路补偿：线路无功补偿即通过在线路杆塔上安装电容器实现无功补偿。

线路补
偿点不宜过多；控制方式应从简，一般不采用分组投切控制；补偿容量也不宜过大，避免出
现过补偿现象；保护也要从简，可采用熔断器和避雷器作为过流和过压保护。

线路补偿方式
主要提供线路和公用变压器需要的无功。

在低压三相四线制的城市居民和农网供电系统中：
由于用电户多为单相负荷或单相和三相负荷混用，并且负荷大小不同和用电时间的不同。

实
际应用表明，可使三相功率因数补偿到0.95以上，使不平衡电流调整到变压器额定电流的10%以内。

3.随机补偿：随机补偿就是将低压电容器组与电动机并接，通过控制、保护装置与电动
机同时投切的一种无功补偿方式。

随机补偿是用电设备运行时，无功补偿装置投入；用电设
备停运时，补偿装置退出。

适用于补偿电动机的无功消耗，以补励磁无功为主，可较好的限
制配电网无功峰荷。

年运行小时数在1000h以上的电动机采用随机补偿较其他补偿方式更经济。

4.随器补偿：随器补偿是指将低压电容器通过低压熔断器接在配电变压器二次侧，以补
偿配电变压器空载无功的补偿方式。

配电变压器在轻载或空载时的无功负荷主要是变压器的
空载励磁无功，配电变压器空载无功是农网无功负荷的主要部分.随器补偿的优点是接线简单，维护管理方便，能有效地补偿配电变压器空载无功，限制农网无功基荷，使该部分无功就地
平衡，从而提高配电变压器利用率，降低无功网损，提高用户的功率因数，改善用户的电压
质量，具有较高的经济性，是目前无功补偿最有效的手段之一。

缺点是由于配电变压器的数
量多、安装地点分散，因此补偿工作的投资比较大，运行维护工作量大。

5.跟踪补偿：是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置，将低压电容器组补偿在用户
配电变压器低压侧的补偿方式。

这种补偿方式，部分相当于随器补偿的作用，主要适用与
100kVA及以上的专用配电变压器用户。

跟踪补偿的优点是可较好地跟踪无功负荷的变化，运行方式灵活，补偿效果好，但是费用高，且自动投切装置较随机或随器补偿的控制保护装置
复杂，如有任一元件损坏，则可导致电容器不能投切。

其主要适于大容量大负荷的配变。

目
前电力设备的变压器大多都采用的是跟踪补偿，能够实现更好地补偿。

6.补偿方法方式：目前电容的补偿方式可分为：三相共补和三相分补两种。

三相共补是
根据三相总的无功需求来进行投切电容组数，电容接法为△接；三相分补则是根据ABC三相
每一相各自所需要的无功需求来进行投切电容组数，电容接法为Y接。

通过三相共补和三相
分补相结合，在需要大容量的无功补偿的时候，投切共补电容组，然后再根据实际三相所缺
少的部分相位进行投切分补电容，这样能够实现真正意义上的三相无功平衡。

四、结语
随着技术不断发展，通过无功补偿技术，不仅能促进电网自身的整体性能，与此同时还能在一定程度上提高电力系统在运行过程中的效率，不断的降低电压损耗，最大限度上避免能源出现不必要的损耗。

因此要对无功补偿技术的发展进行全面的加强，在对其技术进行创新完善的基础上，还要提高其在实际应用过程中的稳定性，电容寿命的稳定性，才能更加符合当代社会发展的实际需求。

参考文献：
［1］靳龙章.电网无功补偿实用技术[M].中国水利水电出版社，1997.
［2］任丕德，刘发友，周胜军.动态无功补偿技术的应用现状[J].电网技术，2004，28（23）：81-83.
［3］张伏生，优化配置，李燕雷，汪鸿.基于Tabu搜索算法的配电网电容器[J].电网技术，2003.27（4）：72-75.
［4］无功补偿相关知识.无功补偿与谐波治理网.2012-01-01[引用日期2012-07-31]
［5］刘凤君.市电电能质量补偿技术［M］.北京：科学出版社，2005：69~111.。