無功功率補(bǔ)償技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用探討

【摘 要】無功補(bǔ)償作為保持電力系統(tǒng)無功功率平衡、降低網(wǎng)損、提高供電質(zhì)量的一種重要措施，已被廣泛應(yīng)用于各電壓等級電網(wǎng)和高鐵等領(lǐng)域。隨著廣大用戶對電網(wǎng)電能質(zhì)量和供電穩(wěn)定性的要求越來越高，無功補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用將作為電力企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的一項(xiàng)研究課題。本文就無功補(bǔ)償技術(shù)的分類及應(yīng)用作一些探討。

【關(guān)鍵詞】無功補(bǔ)償技術(shù)；分類與應(yīng)用研究

0.前言

無功電源如同有功電源一樣，是保證電力系統(tǒng)電能質(zhì)量、電壓質(zhì)量、降低網(wǎng)絡(luò)損耗、節(jié)能以及安全運(yùn)行所不可缺少的部分。在大系統(tǒng)中，無功補(bǔ)償還用于調(diào)整電網(wǎng)的電壓，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性；在小系統(tǒng)中，通過恰當(dāng)?shù)臒o功補(bǔ)償方法還可以調(diào)整三相不平衡電流。電力系統(tǒng)中無功要保持平衡，否則將會(huì)使系統(tǒng)電壓下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞、系統(tǒng)解列，此外，網(wǎng)絡(luò)的功率因數(shù)和電壓降低，使電氣設(shè)備得不到充分利用，促使網(wǎng)絡(luò)傳輸能力下降，損耗增加。

1.目前我國電網(wǎng)中常見的無功補(bǔ)償方式分類及其特點(diǎn)

1.1按補(bǔ)償方式進(jìn)行分類

（1）在變電站集中補(bǔ)償：在高低壓配電線路中安裝并聯(lián)電容器組，用以補(bǔ)償主變的空載無功損耗并適當(dāng)補(bǔ)償輸電線路的無功功率損耗，以改善輸電網(wǎng)的功率因數(shù)，提高終端變電站電壓；（2）隨線補(bǔ)償：在高壓配電線路上分散安裝并聯(lián)電容器，主要補(bǔ)償配電線路的無功功率，以提高配電網(wǎng)功率因數(shù)，達(dá)到降損升壓的目的；（3）隨器補(bǔ)償和隨機(jī)補(bǔ)償：在配電變壓器低壓側(cè)和用戶車間配電屏或電動(dòng)機(jī)上直接安裝并聯(lián)補(bǔ)償電容器，接線簡單，投資少，安裝容易，配置方便靈活，維護(hù)簡單，事故率低，但易產(chǎn)生鐵磁諧振；（4）低壓集中補(bǔ)償：在用戶專用變壓器及農(nóng)網(wǎng)中廣泛采用，但在公用變壓器上由于管理、維護(hù)問題，容易成為生產(chǎn)安全隱患而難以采用，而且無法減少低壓線路上的無功傳輸；（5）低壓分散補(bǔ)償：在節(jié)能降損、改善電壓質(zhì)量、提高線路供電能力方面效果明顯，但容易造成補(bǔ)償容量和地點(diǎn)較難選擇，電容器在輕載時(shí)閑置，使設(shè)備利用率不高；（6）單臺(tái)電動(dòng)機(jī)就地補(bǔ)償：在單臺(tái)電動(dòng)機(jī)處安裝并聯(lián)電容器等無功補(bǔ)償設(shè)備，不僅可使功率消耗小，功率因數(shù)提高，還可以充分挖掘設(shè)備輸送功率的潛力。

1.2按補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行分類

（1）同步調(diào)相機(jī)：同步調(diào)相機(jī)實(shí)質(zhì)是一種不帶機(jī)械負(fù)載的同步電動(dòng)機(jī)，它在過激運(yùn)行時(shí)向系統(tǒng)供應(yīng)感性無功功率，欠勵(lì)運(yùn)行時(shí)從系統(tǒng)吸收感性無功功率，對提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性有很大好處；（2）靜止補(bǔ)償裝置：該裝置主要由并聯(lián)電容器和飽和電抗器組成，能平滑無級地調(diào)節(jié)無功功率和電壓，可實(shí)現(xiàn)在幾個(gè)周波內(nèi)進(jìn)行快速調(diào)節(jié)；（3）同步電動(dòng)機(jī)：同步電動(dòng)機(jī)過激運(yùn)行時(shí)向系統(tǒng)供應(yīng)感性無功功率，欠勵(lì)運(yùn)行時(shí)從系統(tǒng)吸收感性無功功率，能明顯改善系統(tǒng)的功率因數(shù)，但設(shè)備投資成本高，維護(hù)工作量大；（4）移相電容器：移相電容器設(shè)備投資少，有功損耗小，維護(hù)工作量小，不會(huì)增大系統(tǒng)的短路容量，但只能分級補(bǔ)償，不能吸收無功功率，且對環(huán)境溫度及運(yùn)行電壓要求較高。

1.3按網(wǎng)絡(luò)類型分類

按網(wǎng)絡(luò)接線方式還可分為輸配電網(wǎng)絡(luò)的無功補(bǔ)償優(yōu)化和配電線路及用戶的無功補(bǔ)償優(yōu)化。為了提高電力系統(tǒng)的供電可靠性，在中壓系統(tǒng)中通常把不同的兩回中壓配電線路的末端或中部連接起來構(gòu)成環(huán)式，但在實(shí)際應(yīng)用中，為了避免產(chǎn)生電磁環(huán)路，簡化繼電保護(hù)，網(wǎng)絡(luò)一般采用開環(huán)方式運(yùn)行。

1.4按無功優(yōu)化的使用目的分類

（1）系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的最優(yōu)配置：在配電網(wǎng)規(guī)劃建成前期或現(xiàn)有的配電網(wǎng)需要重新配置無功補(bǔ)償設(shè)備時(shí)，對無功補(bǔ)償方式、補(bǔ)償設(shè)備的最佳安裝地點(diǎn)和最佳配置容量的確定；（2）系統(tǒng)在線運(yùn)行的最優(yōu)控制：對系統(tǒng)已配置的無功補(bǔ)償設(shè)備最佳出力的確定和投切的控制。

2.無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用與分析

2.1無功功率補(bǔ)償技術(shù)的原理及作用

在交流電路中，有功功率將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能、光能、熱能；無功功率則用于電路內(nèi)電場與磁場的交換，并用來在電氣設(shè)備中建立和維持磁場。凡是有電磁線圈的電氣設(shè)備，要建立磁場就要消耗無功功率。無功功率決不是無用功率，它的用處很大，電動(dòng)機(jī)需要建立和維持旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場就是靠從電源取得無功功率建立的；變壓器也同樣需要無功功率，才能使變壓器的一次線圈產(chǎn)生磁場，在二次線圈感應(yīng)出電壓，如果沒有無功功率電動(dòng)機(jī)就不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，變壓器也不能變壓，交流接觸器不會(huì)吸合。

2.2應(yīng)用無功功率補(bǔ)償技術(shù)的必要性

無功功率補(bǔ)償?shù)闹饕康氖菫榱颂岣吖β室驍?shù)，常用電氣設(shè)備的功率因數(shù)除白熾燈、電熱器等接近1外，電動(dòng)機(jī)、變壓器、架空線及電氣儀表的功率因數(shù)均小于1，如交流異步電動(dòng)機(jī)，在空載時(shí)的功率因數(shù)只有0.2-0.3；在輕載時(shí)均為0.5；在額定負(fù)載時(shí)均為0.7-0.89。負(fù)載時(shí)功率因數(shù)低對供、用電設(shè)備會(huì)產(chǎn)生一定的不良影響，具體為：（1）降低發(fā)電機(jī)有功功率的輸出；（2）降低輸、變電輸電線路供給的無功功率，使得供電質(zhì)量降低；（3）造成線路電壓損失增大和電力系統(tǒng)電能損耗的增加；（4）造成低功率因數(shù)運(yùn)行和電壓下降，使電力系統(tǒng)和用電企業(yè)的電氣設(shè)備不能被充分利用。

對電力系統(tǒng)輸配電線路來說，當(dāng)輸送同樣大小的有功功率P=IUcos？準(zhǔn)時(shí)，功率因數(shù)cos？準(zhǔn)越低，輸電線路中的電流I=P/Ucos？準(zhǔn)就越大，勢必造成線路中電壓降增大，這將導(dǎo)致線路末端的電壓降低，所以在電網(wǎng)中要設(shè)置一些無功補(bǔ)償裝置來提高功率因數(shù)是非常必要的，這樣可保證用電設(shè)備在額定電壓下工作及用戶對無功功率的需求，不僅提高電力系統(tǒng)和用電企業(yè)設(shè)備的利用率，減小電能損耗，也是提高用電質(zhì)量、節(jié)約用電的一項(xiàng)很重要的技術(shù)措施。

2.3 電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償技術(shù)的現(xiàn)狀和策略

在電力系統(tǒng)中一個(gè)非常重要的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是電能質(zhì)量，而電壓是電能質(zhì)量的最核心的影響因素。近些年，我國對電氣自動(dòng)化中的無功補(bǔ)償技術(shù)做了很多深入的研究，采用的無功補(bǔ)償技術(shù)主要有：（1）真空斷路投切電容器；（2）可控飽和電抗器；（3）有源濾波器；（4）固定濾波器、電容器和電抗器的調(diào)壓；（5）有源濾波器和無源濾波器等，應(yīng)用在變電站方面居多，一般的220KV變電站有較多的無功調(diào)節(jié)功能，其調(diào)節(jié)的容量根據(jù)地區(qū)的不同而有所不同，負(fù)荷功率因數(shù)在最高峰時(shí)可以達(dá)到0.98左右，要根據(jù)實(shí)際情況來對變壓器合理地進(jìn)行調(diào)整和補(bǔ)償，還需要有具體細(xì)化的應(yīng)用方案來提升無功補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用效果。我國的電氣化鐵路對無功補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用主要方式是AT供電方式，用的是SCOTT變壓器，用晶閘管電子開關(guān)來控制電容的投切，這個(gè)策略在我國鐵路的現(xiàn)狀上來看，能夠很大程度地降低較長輻射線路上存在的負(fù)序問題，既降低了資源浪費(fèi)的可能性，也提高了電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的安全性。

3.結(jié)束語

無功補(bǔ)償技術(shù)不僅降低了資源浪費(fèi)的可能性，也提高了電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的安全性，全面提升了經(jīng)濟(jì)效用，降低了故障處理的預(yù)算，在電氣自動(dòng)化中應(yīng)用無功功率補(bǔ)償技術(shù)，能夠使得電氣自動(dòng)化系統(tǒng)得到更好的優(yōu)化。

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