电力系统的无功补偿方法和意义

电力系统的无功补偿方法和意义

摘要随着现代电力电子技术与国民经济的进一步发展，电力用户对供电电能质量水平和用电可靠性提出了更高更多的要求。由此产生了一些静止形态的动态无功补偿装置。电力电子装置不仅可以发送而且还可以吸收无功功率，其本身也成为产生无功的功率源。但动态补偿的技术目前还不成熟。

关键词配电系统；无功补偿

中图分类号TM715 文献标识码 A 文章编号1673-9671-（2012）112-0231-01

1 无功功率的作用

无功功率决不是无用功率，它的用处很大。电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动，从而带动机械运动，电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。无功补偿的主要作用就是提高功率因数以减少设备容量和功率损耗、稳定电压和提高供电质量，在长距离输电中提高输电稳定性和输电能力以及平衡三相负载的有功和无功功率。安装并联电容器进行无功补偿，可限制无功功率在电网中的传输，相应减少了线路的电压损耗，提高了配电网的电压质量。

2 影响功率因数的主要因素

异步电动机和电力变压器是耗用无功功率的主要设备异步电动机的定子与转子间的气隙是决定异步电动机需要较多无功的主要因素。而异步电动机所耗用的无功功率是由其空载时的无功功率和一定负载下无功功率增加值两部分所组成。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。变压器消耗无功的主要成份是它的空载无功功率，它和负载率的大小无关。因而，为了改善电力系统和企业的功率因数，变压器不应空载运行或长其处于低负载运行状态。

电网频率的波动也会对异步电机和变压器的磁化无功功率造成一定的影响。

以上论述了影响电力系统功率因数的一些主要因素，因此必须要寻求一些行之有效的、能够使低压电力网功率因数提高的一些实用方法，使低压网能够实现无功的就地平衡，达到降损节能的效果。

3 低压配电网无功补偿的方法

3.1 变电站集中补偿方式

针对输电网的无功平衡，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，主要目的是改善输电网的功率因数、提高终端变电所的电压和补偿主变的无功损耗。这些补偿装置一般连接在变电站的10 kV母线上，以补偿负荷的无功功率。补偿电容分为固定补偿与自动补偿两部分。因为有功负荷是变化的，其无功负荷也随之变化，但不论无功负荷如何变化，总可把它分为固定部分和变动部分，所以补偿电容应采取固定补偿与自动补偿相结合的方法，配置固定补偿电容以减少投资，配置自动补偿电容以满足补偿需要，做到二者兼顾。因此变电站集中补偿具有管理容易、维护方便等优点，但是这种方案对配电网的降损起不到什么作用。

3.2 低压集中补偿方式

目前国内较普遍采用的另外一种无功补偿方式是在配电变压器380 V侧进行集中补偿，通常采用微机控制的低压并联电容器柜，容量在几十至几百千乏不等，根据用户负荷水平的波动投入相应数量的电容器进行跟踪补偿。主要目的是提高专用变用户的功率因数，实现无功的就地平衡，对配电网和配电变的降损有一定作用，也有助于保证该用户的电压水平。这种补偿方式的投资及维护均由专用变用户承担。目前国内各厂家生产的自动补偿装置通常是根据功率因数来进行电容器的自动投切的，也有为了保证用户电压水平而以电压为判据进行控制的。这种方案虽然有助于保证用户的电能质量，但对电力系统并不可取。因为虽然线路电压的波动主要由无功量变化引起，但线路的电压水平是由系统情况决定的。当线路电压基准偏高或偏低时，无功的投切量可能与实际需求相去甚远，出现无功过补偿或欠补偿。

对配电系统来说，除了专用变之外，还有许多公用变。而面向广大家庭用户及其他小型用户的公用变压器，所以就采用并联低压电容器箱，该并联低压电容器箱采用微机控制、自动投切，形式小巧，容量可以按照变压器容量的20%～40%来选择。

3.3 杆上补偿方式

由于配电网中大量存在的公用变压器没有进行低压补偿，使得补偿度受到限制。由此造成很大的无功缺口需要由变电站或发电厂来填，大量的无功沿线传输使得配电网网损仍然居高难下。因此可以采用10 kV户外并联电容器安装在架空线路的杆塔上（或另行架杆）进行无功补偿，以提高配电网功率因数，达到降损升压的目的。由于杆上安装的并联电容器远离变电站，容易出现保护不易配置、控制成本高、维护工作量大、受安装环境和空间等客观条件限制等工程问题。因此，杆上无功优化补偿必须结合以下实际工程要求来进行。

3.4 无功补偿的效益

在现代用电企业中，在数量众多、容量大小不等的感性设备连接于系统中，以致电网传输功率除有功功率外，还需无功功率。如自然平均功率因数在0.70～0.85之间。企业消耗电网的无功功率约占消耗有功功率的60%～90%，如果把功率因数提高到0.95左右，则无功消耗只占有功消耗的30%左右。减少了电网无功功率的输入，会给用电企业带来效益。

1）节省企业电费开支。提高功率因数对企业的直接效益是明显的，因为国家电价制度中，从合理利用有限电能出发，对不同企业的功率因数规定了要求达到的不同数值，低于规定的数值，需要多收电费，高于规定数值，可相应地减少电费。使用无功补偿不但减少初次费用，而且减少了运行后的基本电费。

2）降低系统的能耗。补偿前后线路传送的有功功率不变，P= IUCOSφ，由于COSφ提高，补偿后的电压U2稍大于补偿前电压U1，为分析问题方便，可认为U2≈U1从而导出I1COSφ1=I2COSφ2。即I1/I2= COSφ2/ COSφ1，这样线损P 减少的百分数为：

ΔP%= （1-I2/I1）×100%=（1- COSφ1/ COSφ2）× 100%

当功率因数从0.70～0.85提高到0.95时，由上式可求得有功损耗将降低20%～45%。

3）改善电压质量。以线路末端只有一个集中负荷为例，假设线路电阻和电抗为R、X，有功和无功为P、Q，则电压损失ΔU为：

△U=（PR+QX）/Ue×10-3（KV）两部分损失：PR/ Ue→输送有功负荷P