电力系统无功补偿的意义

电力系统无功补偿的意义

作者：王建

来源：《中国科技博览》2013年第25期

[摘要]针对电力系统中日益严重的电能质量问题，阐述进行无功补偿的意义，分析了各种无功补偿技术的原理、优、缺点以及在电力系统中的应用情况，及无功补偿有哪些经济效益及社会效益

[关键词]电能质量；无功补偿：

中图分类号：TM714.3 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2013）25-0076-01

近年来，随着国民经济的发展，电力行业也得到快速发展，特别是大范围的高压输电网络逐渐形成，负荷的快速增长对无功的需求大幅上升。无功功率并不是无用功率，而是在电能传输和转换过程中建立电磁场和提供电网稳定不可缺少的功率之一，无功经不同的电磁耦合反映不同的电压等级，同一等级电压的电网中，电压高低直接反映本级的无功平衡。无功功率的传输不但会产生很大的有功损耗，而且沿传输途径还会产生很大的电压降落，并使电网的视在功率增加，这将对系统产生以下一系列的负面影响。

（1）电网总电流增加，在传送同样的有功功率情况下，总电流的增加，使设备及线路的损耗增加，并使线路及变压器的电压损耗增加。

（2）电网的无功不足，会导致用户端的电压降低，影响正常生产和生活用电，因功率因数太低用户要多付电费；反之，如果无功过剩，会造成电网的运行损耗过高。

一、无功补偿的原理

在交流电路中，由电源供给负载率有两种：一种是有功功率，一种是无功功率。有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率。无功补偿的道理就是将同一电路中的电感电流与电容电流方向互差180～C，可采用一定比例安装特定的电容元件，实现通过电磁元件中的电路达到相互抵消电流，电流矢量与电压矢量的夹角缩小，从而能显著提高电能作功。

无功补偿的意义

（1）依据用电设备的功率因数测算输电线路的电能损失进而进行技术改造，能及时实现节电目的。

（2）用无功补偿设备提供相应无功功率，提高系统功率因数，达到降低能耗、改善电压质量，从而使设备运行稳定、减少损耗。

（3）依据不同的线路及负载情况，动力配线的电力损耗约2%～3%左右，而使用电容增加功率因数后，能使总电流降低，进而降低供电端与用电端的电力损失。

（4）改善供电品质，提高功率因数，减少负载总电流及电压降。

（5）改善功率因数后线路总电流减少，降低机器设备和线路容量负荷，实现降低温度、延长设备寿命。

二、无功补偿的总体原则

电力网无功功率消耗的状况得出，各级低压配电网的网络和输配电设备都要消耗一定数量的无功功率，无功补偿设备的配置按照“分级补偿，就地平衡”的原则能最大限度地减少传输损耗，提高输配电设备的效率。

（1）网路总体平衡与节局部平衡相结合，以局部为主。

（2）电力部门总体补偿与用户个体补偿相结合，要尽可能地实现就地补偿，就地平衡。

（3）高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主，并做到分散补偿、相互补充。

（4）系统的降损与调压相结合，以降损为主，兼顾调压。

三、无功补偿通常采用的方法主要有3种。

1.低压就地无功补偿

根据用电设备无功的产生量将单台或多台低压电容器组并连用电设备，通过控制、保护装置与电机同时投切。从源头上转化了无功能量，能够减少大最的线路损耗能量，降低了视在功率；无功补偿与用电设备同进同退；单个设备、占位小、安装容易，真实有效地减少大量的视在功率，节电（节能）效果显著，但是一次性投资金额较大，对自动补偿控制器的响应要求高，不容易测量单机节电效果。

2.低压集中、分组无功补偿

以无功补偿投切装置作为控制保护装置，将低压电容器通过低压开关接在配电变压器低压母线侧，通过低压母线上的无功负荷直接控制电容器的投切。低压集中、分组补偿，仅能补偿无功能量对变压器的“涡流效应”引起的配变利用率过低，在一定程度上提高配变利用率；同时对无功能量起到阻隔作用，防止无功能量闯入上一级电网造成电压的波动，降低网损。低压集中无功补偿，企业投资大而收益少，主要起到的是对低压侧无功的阻隔作用，对上游电网的贡献大，社会效益大，而企业节约电费的收益非常有限。

3.并联电容器组

并联电容器组直接装在变电所的6～lOkV中压母线上的中压集中无功补偿方式：当用户远离变电所或在供电线路的末端，用户本身又处于一定的高压负荷时，能减少对电力系统无功消耗，起到一定的补偿作用；防止无功能量闯入上一级电网造成电压的波动，降低网损，保护上游电网。同时便于运行维护，社会效益巨大。

四、无功补偿装置

1.具有饱和电抗器的无功补偿装置

具有饱和电抗器的无功补偿装置分为两种，即自饱和电抗器和可控饱和电抗器无功补偿装置。具有自饱和电抗器的无功补偿装置是依靠电抗器自身同有的能力来稳定电压，利用铁心的饱和特性来控制发出或吸收无功功率的大小。具有饱和电抗器的静止无功补偿装置目前应用的较少，一般只用在超高压输电线路中。

2.静止无功补偿装置

静止无功补偿器由晶闸管所控制投切电抗器和电容器组成，可分为晶闸管控制电抗器和晶闸管投切电容器两种补偿装置。

（1）晶闸管控制电抗器（TCR）

晶闸管控制电抗器由两个相互反向并联的晶闸管与一个电抗器相串联，其三相多接成三角形。这种具有TCR型的补偿器反应速度快，灵活性大。

（2）品闸管投切电容器（rI1sc）

晶闸管投切电容器是为了解决电容器组频繁投切的问题而产生的。两个相互反向并联的晶闸管只是将电容器并入电网或从电网中断开，串联的小电抗器用于抑制电容器投入电网运行时可能产生的冲击电流。TSC补偿装置用于三相电网中，一般负荷对称网络采用星形连接，负荷不对称网络采用三角形连接。

3.新型静止无功发生器（ASVG）

静止无功发生器的主体是一个电压源型逆变器，由可关断品闸管适当的通断，将电容的直流电压转换成为与电力系统电压同步的i相交流电，再通过电抗器和变压器并联接入电网。适当控制逆变器的输出电压，就可以灵活地改变其运行工况，使其处于容性、感性或零负荷状态。静止无功发生器响应速度快，谐波电流少，而且在系统电压较低时仍能向系统注入较大的