試述低壓電網中的無功補償

摘要：低壓電網中的無功補償是提高電壓質量的有效手段，低壓電網如何有效保持良好的工作狀態，降低電能損失，與電網穩定工作、電力設備安全運行、工農業安全生產及人民生活用電都有直接影響。分析無功補償的作用和主要措施。

關鍵詞：低壓電網 無功補償 裝置 應用

無功補償是借助于無功補償設備提供必要的無功功率，以提高系統的功率因數，降低電能的損耗，改善電網電壓質量。從電網無功功率消耗的基本狀況可以看出，各級網絡和輸配電設備都要消耗一定數量的無功功率，尤其是以低壓配電網所占比重最大。為了最大限度的減少無功功率的傳輸損耗，提高輸配電設備的效率，無功補償設備的配置，應按照“分級補償，就地平衡”的原則，合理布局。

低壓電網中的無功補償是對低壓電網中的無功功率進行補償的措施，旨在提高低壓電網的功率因數，降低供電變壓器及輸送線路的損耗，提高供電效率，改善低壓電網的供電環境。低壓電網中的無功補償通過選擇合適的補償方法和補償裝置，可以最大限度的減少低壓電網的損耗，使電網質量提高，減少電壓波動和降低諧波，從而提高電壓穩定性。

一、低壓電網中的無功補償原理

配電網中的用電設備（如感應電動機、變壓器、電抗器、電焊機等）大部分是感性負荷，通常感性無功功率的電流相位滯后于電壓相位，而容性無功功率的電流相位超前電壓相位。故常用容性無功功率補償感性無功功率，以減少電網無功負荷，由于超前電流與滯后電流的互補作用，也就是電容性負荷的無功功率補償了電感性負荷的無功功率。當電網容量一定時，使無功功率減少，從而達到了提高功率因數的目的。

二、低壓電網中的無功補償方法

1.隨機補償。隨機補償主要是對電磁感應中的無功功率進行補償，常用于電動機的無功補償。隨機補償伴隨著電動機的開啟與關閉同時補償與消失，能夠自動進行無功功率的補償，不需反復進行補償調整，因此具有簡單方便，靈活的優點。

2.隨器補償。隨器補償主要是將低壓容量通過低壓保險接在配電變壓器上，用來對配電變壓器空載無功功率的補償。此種補償方法能夠有效地平衡配電變壓器的空載無功功率，從而提高變壓器的利用率，有效降低電網的無功損耗，因此，隨器補償具有較高的經濟性價比，是目前最常采用也最有效的無功補償。

3.中間同步或靜止補償。這種補償方法主要是在無距離低壓電網線路中間安裝同步調相機或靜止補償裝置來完成無功補償工作。此種方法在線路輸電過程中，能夠穩定電壓，同時對多條輸電線路進行降耗補損，并具有較強的調節性能。

4.終端分散補償。用戶終端分散補償能夠在低壓電網終端進行有效的補償，提高用戶電器設備的安全性，還能提高電壓利用率。

此外，在低壓電網中的無功補償方法還有等網損微增率補償法、無功經濟當量補償法、低壓集中補償法、跟蹤補償等，這些方法都能夠有效的對低壓電網進行無功補償，保證電壓的穩定性，提高利用率。

三、低壓電網中的無功補償裝置的選擇

1.靜態補償裝置。靜態補償裝置一般為機械式接觸器投切電容器組，適用于負載變化較小的場合。

2.動態補償裝置。動態補償以晶閘管作為執行元件，通過跟蹤監測負荷的無功電流或無功功率，對多級電容器組進行分組投切，適用于負載變化大，情況復雜的低壓電網。

四、低壓電網中的無功補償裝置的應用

低壓電網中的無功補償裝置能夠有效的實施無功補償，是低壓電網中的無功補償的主要手段，能夠提高無功功率因數，降低損耗，穩定電壓，因此，在電網中應用無功補償裝置是最為有效的選擇。在實際應用中，根據不同情況安裝不同的補償裝置，在選擇隨機補償方法時，就要用到就地無功補償裝置，實現最方便的無功自動補償。而對于需要在多條線路節點上實現自動投切要求，并減少變壓器無功負載時，就要應用集中無功補償裝置。目前在農網中應用的還有靜止無功發生器，這些無功裝置的應用，大大提高了低壓電網的性能。

五、無功補償的效益

在現代用電企業中，在數量眾多、容量大小不等的感性設備連接于電力系統中，以致電網傳輸功率除有功功率外，還需無功功率。如自然平均功率因數在0.70～0.85之間。企業消耗電網的無功功率約占消耗有功功率的60%～90%，如果把功率因數提高到0.95左右，則無功消耗只占有功消耗的30%左右。減少了電網無功功率的輸入，會給用電企業帶來效益。

1.節省企業電費開支。提高功率因數對企業的直接經濟效益是明顯的，因為國家電價制度中，從合理利用有限電能出發，對不同企業的功率因數規定了要求達到的不同數值，低于規定的數值，需要多收電費，高于規定數值，可相應地減少電費。使用無功補償不但減少初次投資費用，而且減少了運行后的基本電費。

2.降低系統的能耗。補償前后線路傳送的有功功率不變，P= IUCOSφ，由于COSφ提高，補償后的電壓U2稍大于補償前電壓U1，為分析問題方便，可認為U2≈U1從而導出I1COSφ1=I2COSφ2。即I1/I2= COSφ2/ COSφ1，這樣線損 P減少的百分數為：

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

當功率因數從0.70～0.85提高到0.95時，由上式可求得有功損耗將降低20%～45%。

3.改善電壓質量。以線路末端只有一個集中負荷為例，假設線路電阻和電抗為R、X，有功和無功為P、Q，則電壓損失ΔU為：

△U=（PR+QX）/Ue×10-3（KV） 兩部分損失：PR/ Ue→輸送有功負荷P產生的；QX/Ue→輸送無功負荷Q產生的；配電線路：X=（2～4）R，△U大部分為輸送無功負荷Q產生的變壓器：X=（5～10）R QX/Ue=（5～10） PR/ Ue 變壓器△U幾乎全為輸送無功負荷Q產生的。 可以看出，若減少無功功率Q，則有利于線路末端電壓的穩定，有利于大電動機的起動。

4.三相異步電動機通過就地補償后，由于電流的下降，功率因數的提高，從而增加了變壓器的容量，計算公式如下：

△S=P/ COSφ1×[（ COSφ2/ COSφ1）-1]

如一臺額定功率為155KW水泵的電機，補前功率因數為0.857，補償后功率因數為0.967，根據上面公式計算其增容量為：（155÷0.857） ×[（0.967 ÷0.857）-1]=24KVA

六、結語

低壓電網中的無功補償能夠優化電網系統，提高電壓質量，提高電能的利用率。對于不同的無功功率，需要根據其無功功率的原理，選擇不同的無功補償方法和裝置，能夠有效提高無功功率因數，降低線路損耗和配電變壓器以及用戶端的損耗。因此，低壓電網中的無功補償對于社會發展具有重要意義。