試論低壓無功補償技術

摘要：隨著我國電力行業的迅速發展，電網也是越來越復雜化，低壓用電負荷量明顯增多，大量的無功功率在電網中流動形成線損，降低了電能的電壓質量和電網經濟效益，無功補償已成為不可忽視的話題。為此，主要對電力系統無功補償原理、補償方式、及補償裝置的類型和特點進行了闡述。

關鍵詞：無功補償原理 配置及特點

無功補償系統可以很好的維持電流的暢通，提高配電系統的工作效率。我們要學會將低壓無功補償合理的運用到低壓配電系統中，這是一門很好的技術，有助于獲得一定的經濟效益。我們從一些電力運行規律中可以發現，利用無功補償的方式在供電過程中進行電流的配送，使電壓更穩定的同時還降低了損耗。無功補償在低壓配電系統中的運用，不僅能夠提高配電系統的工作效率，而且可以減少電力損耗，使得電力系統的發展更加健康。

1.無功補償的原理

電網輸出的功率包括兩部分：①有功功率；②無功功率。在電力系統中，不僅有功功率要平衡，無功功率也要平衡。假設有功功率P、無功功率Q、視在功率S，φ為功率因數角，它的余弦cosφ＝p/s就是功率因數。由功率三角形可以看出，在一定的有功功率下，用電企業的功率因數cosφ越小，則所需的無功功率越大。如果不進行補償，則必須由供電系統提供。為了滿足用電要求，供電線路和變壓器的容量就必須增大，這不僅增加了供電投資、降低了設備的利用率，還將增加線路損耗。不論是對于供電部門還是用電部門，對無功功率進行適時補償以提高功率因數，以防止無功倒送，從而節約電能，提高運行質量都具有非常重要的作用。如果在電磁元件電路中有比例地安裝電容元件，使電流的矢量與電壓矢量之間的夾角縮小，從而提高電能作功的能力。把具有容性功率負荷的裝置與感性功率負荷的裝置并聯接在同一電路中，能量在兩種負荷間相互轉換，感性負荷所需要的無功功率可由容性負荷輸出的無功功率補償，這就是無功補償的原理。

2.為什么要進行無功功率補償

在現代工業中，大部分的用電設備都是電動機、變壓器等感性負載，電網需要通過線路向它們輸送大量的無功功率。無功功率的傳輸加重了電網的負荷，使電網損耗增加，故需對其進行補償。無功補償的原理是把具有容性功率負荷的裝置與感性功率負荷并聯接在同一電路，能量在兩種負荷之間相互交換。這樣，感性負荷所需要的無功功率可由容性負荷輸出的無功功率提供，電網的負荷率和損耗大大減輕。

3.無功補償的配置原則

為了最大限度地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。具體而言，有以下幾點:

（1）總體平衡與局部平衡相結合，以局部為主。

（2）電力部門補償與用戶補償相結合。在配電網絡中，用戶消耗的無功功率約占50%~60%，其余的無功功率消耗在配電網中。因此，為了減少無功功率在網絡中的輸送，要盡可能地實現就地補償，就地平衡，所以必須由電力部門和用戶共同進行補償。

（3）分散補償與集中補償相結合，以分散補償為主。集中補償，是在變電所集中裝設較大容量的補償電容器。分散補償，指在配電網絡中分散的負荷區，如配電線路，配電變壓器和用戶的用電設備等進行的無功補償。集中補償，主要是補償主變壓器本身的無功損耗，以及減少變電所以上輸電線路的無功電力，從而降低供電網絡的無功損耗，但不能降低配電網絡的無功損耗。用戶需要的無功通過變電所以下的配電線路向負荷端輸送，所以為了有效地降低線損，必須做到無功功率在哪里發生，就應在哪里補償，中、低壓配電網應以分散補償為主。

（4）降損與調壓相結合，以降損為主。

4.低壓配電系統中無功補償的方法

當今，隨著經濟的發展和社會的進步，電力行業也在穩步發展，它對于配電系統的要求也在不斷地提高。由于目前配電系統中負荷不斷增加，對無功補償的要求也在不斷提高。目前，我國配電系統中主要采用以下幾種方式進行無功補償：

4.1集中補償。補償電容器組裝設在變電站站內母線上，可手動或分組自動補償。結合電網實際情況，選擇按功率因數、電壓無功電壓無功綜合控制或電壓無功綜合控制兼濾波等不同方式進行補償。

4.2低壓個別補償。低壓個別補償就是根據個別用電設備對無功的需要量將單臺或多臺低壓電容器組分散地與用電設備并接，它與用電設備共用一套斷路器。通過控制、保護裝置與電機同時投切隨機補償適用于補償個別大容量且連續運行(如大中型異步電動機的無功消耗，以補勵磁無功為主，此種方式可以較好地限制用電單位的無功負荷。低壓個別補償的優點是：不需要頻繁調整補償容量，無功補償與用電設備運行同時進行，因此不會造成無功倒送。具有配置方便靈活、維護簡單等優點。

4.3高壓集中補償高壓集中補償是指將并聯電容器組直接裝在變電所的6～10kV高壓母線上的補償方式。適用于用戶遠離變電所或在供電線路的末端，用戶本身又有一定的高壓負荷時，可以減少對電力系統無功的消耗并可以起到一定的補償作用；補償裝置根據負荷的大小自動投切，從而合理地提高了用戶的功率因數。高壓集中補償的優點：運行方式靈活，比前兩種補償方式壽命相對延長、運行更可靠。

4.4動態無功補償。由可控硅控制投切電容器，這種控制方式反應速度一般在20ms，投切時無充電電流和過電壓，但由于可控硅有自然導通電壓的特性，電容器投切是會產生諧波。

5.無功補償裝置的類型和特點

無功補償裝置種類繁多，隨著時代和技術的發展主要經歷了以下幾種：同步調相機、電力電容器和并聯電抗器、靜止補償器等。相對于旋轉機械的同步相機而言，后三種可稱為靜止設備。

5.1同步調相機實際上是一臺空載運行的同步電動機，在過勵磁時可發出無功功率，欠勵磁時可以吸收無功功率，調節均勻簡單，其自動勵磁調節裝置能使同步調相機在端電壓波動時自動調節無功功率，維持電壓及系統的穩定，適用于大型變電站所進行集中補償，其缺點是投資大，功率損耗大，動態響應的時間也較長，因為是旋轉設備運行維護工作量也較大。這種補償手段已顯陳舊，已有逐漸被取代的趨勢。

5.2電力電容器能夠補償負荷感性無功以提高功率因數，故又稱移相電容器，它常并接于6.3、10.5或35KV母線上，故又稱并聯電容器，在電力系統常用的無功功率補償設備中并聯電容器的費用最低，有功功率損耗最小，運行維護最簡便，可集中安裝，也可分散安裝在用戶處或近負荷中心的地點，實現無功就地補償，因此應用廣泛。主要缺點是電壓調節效應差，不能像同步調相機那樣連續調節無功功率和吸收滯后的無功功率，在系統中含有諧波時還有可能與系統發生并聯諧振，使諧波放大。

6.結語

隨著現代電力電子技術的發展，大功率變流、變頻等電力電子裝置在電力系統中得以廣泛應用，這些裝置大多數功率因數都很低，導致電網中出現大量的無功功率，給電網帶來額外負擔且影響供電質量。因此，無功補償就成為保持電網高質量運行的一種主要手段之一，這也是當今電氣化自動化技術步入到一個新的領域所面臨發展的一個重大課題，因此必將受到越來越多的關注。

參考文獻:

[1]苑舜.配電網無功優化及無功補償裝置[M].北京:中國電力出版社， 2003.

[2]靳龍章，丁毓山.電網無功補償實用技術[M].北京:中國水利水電出版社，2004.

[3]徐先勇，王正風.電力系統無功功率負荷的最佳補償容量［J］.華東電力，1999.