無功補償在電力系統(tǒng)的應(yīng)用

王佺?白鑫博

摘 要：電網(wǎng)中設(shè)備運行總會出現(xiàn)如電壓跌落、同步電機不穩(wěn)定以及電壓擾動和小穩(wěn)定，利用電容器組補償裝置可以有效的解決問題。文章重點就無功補償在電力系統(tǒng)的應(yīng)用做了研究和分析。

關(guān)鍵詞：供電系統(tǒng);無功補償;補償容量

在電網(wǎng)或企業(yè)變電所中安裝并聯(lián)電容器、同步調(diào)相機等容性設(shè)備以后，可以供給感性負(fù)載消耗的部分無功功率，即電容器向感性負(fù)荷提供無功功率。這樣減少了無功功率在系統(tǒng)電網(wǎng)中的流動，因此可以降低輸配電線路因輸送無功功率造成的電能損耗，改善電網(wǎng)的運行條件，這種方法稱為無功補償。合理的無功補償點的選擇以及補償容量的確定，能夠有效地維持系統(tǒng)的電壓水平，提高系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，避免大量無功的遠(yuǎn)距離傳輸，從而降低有功網(wǎng)損，減少發(fā)電費用。對企業(yè)而言可以提高電能質(zhì)量需求，降低用電成本。無功補償對電力部門、用電企業(yè)都具有重要意義，合理的無功補償，可以達(dá)到以下效果。

1.無功補償存在的問題

無功補償裝置是電力系統(tǒng)運作過程中最為重要的節(jié)能設(shè)備，同時也能夠有效維持電網(wǎng)電壓穩(wěn)定的關(guān)鍵設(shè)備，無功補償裝置自身所需要的造價成本也較低。但是在該裝置在實際運作的過程中，會因為無功補償裝置自身運行沒有響應(yīng)的規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)，并且對于無功補償設(shè)備進(jìn)行自動控制的設(shè)備技術(shù)也并不理想，這些情況導(dǎo)致了無功補償裝置在使用過程中會出現(xiàn)一定程度的問題。具體來說有以下幾個方面：補償效果和容量。配電變壓器低壓補償可以提高功率因數(shù)，降低變壓器損耗，但是對于輸電線路的降損很小。因此，配電變壓器安裝補償電容的數(shù)量很少或者補償容量不足都會影響到線路降損和電壓。無功倒送。采用固定電容器補償方式的用戶，可能在負(fù)荷低谷時造成無功倒送。無功倒送會增加配電網(wǎng)的損耗，加重配電線路的負(fù)擔(dān)，是電力系統(tǒng)所不允許的，這應(yīng)引起充分的考慮。諧波影響。諧波電流可導(dǎo)致變壓器中的銅損和雜散損增加，諧波電壓則會增加鐵損。諧波會增加變壓器的噪聲，會使電容控制失靈和加速損壞，進(jìn)行無功補償時必須考慮諧波治理。

2.無功功率不足的危害

當(dāng)系統(tǒng)無功功率不足時，無功電源和無功負(fù)荷將處于低電壓的平衡狀態(tài)，將給電力系統(tǒng)帶來諸如設(shè)備出力不足、電力系統(tǒng)損耗增加、設(shè)備損壞等一系列危害。電力傳輸系統(tǒng)中，如果說出現(xiàn)了無功功率不足的現(xiàn)象，那么就會導(dǎo)致電力系統(tǒng)中的電壓以及功率因數(shù)不斷的降低，最終導(dǎo)致用電設(shè)備受到破壞，嚴(yán)重情況下甚至?xí)?dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)中的電壓崩潰，使得整個電網(wǎng)控制系統(tǒng)瓦解，從而造成片區(qū)大面積的停電。電力電壓以及功率因素的降低，會導(dǎo)致電力系統(tǒng)中的電氣傳輸設(shè)備無法得到有效的利用，從而造成了電力系統(tǒng)中傳輸?shù)碾娔軗p耗不斷增加，降低了電能傳輸?shù)男剩o用電用戶的日常生活帶來的極大的困擾。

3.電力系統(tǒng)中的無功功率設(shè)備

3.1消耗無功功率設(shè)備

用電設(shè)備在運作過程中消耗有功功率時，需要將大量的無功功率源源不斷的通過電源來輸送到負(fù)荷中去，功率因數(shù)通常反映的都是用電設(shè)備在使用過程中消耗一定有功功率的同時所需要消耗的無功功率。但是絕大部分感性設(shè)備自身的功率因素平均都低于1，所以在眾多的用電設(shè)備中都需要消耗無功功率，而交流電焊機以及異步電動機等用電設(shè)備都是主要消耗無功功率的設(shè)備。通過統(tǒng)計的資料來看，在電網(wǎng)系統(tǒng)的內(nèi)部，電動機為了能夠建立并且維持三相旋轉(zhuǎn)磁場，其需要消耗的無功功率大約占到了電源線路所輸送的所有無功功率的60%。當(dāng)異步電動機空載時，所消耗的無功又占到電動機總無功消耗的60%～70%。對于農(nóng)村用電負(fù)荷來說，主要是一些小加工業(yè)及照明負(fù)荷，其中大部分用電設(shè)備為感性負(fù)載，其功率因數(shù)都很低，影響了線路及配電變壓器的經(jīng)濟運行。變壓器為建立并維持交變磁場所需消耗的無功功率約占全部無功功率的20%，一般約為其額定容量的10%～15%，他的空載無功功率約為滿載時的1/3。變壓器的無功功率損耗由兩部分組成，勵磁支路的無功功率損耗和繞組漏抗中的無功功率損耗。勵磁支路的無功功率損耗與變壓器所施加的電壓有關(guān)，繞組漏抗中的無功功率損耗與變壓器的通過功率成比例。

3.2無功補償設(shè)備

目前電網(wǎng)的無功電源，包括發(fā)電機、補償電容器在改善電網(wǎng)構(gòu)架、提高系統(tǒng)穩(wěn)定、改善電網(wǎng)的運行條件等方面都是個好的選擇。同步發(fā)電機是電力系統(tǒng)中惟一的有功電源，同時也是無功的基本源。如果發(fā)電機發(fā)出的無功功率不能滿足電網(wǎng)對無功功率的要求，就會引起整個電網(wǎng)的電壓下降，這對負(fù)載是不利的。調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流就可以調(diào)節(jié)發(fā)電機輸出的無功功率。在過勵狀態(tài)下，勵磁電流愈大，發(fā)電機輸出的感性無功功率愈大。發(fā)電機是電網(wǎng)中不需要投資的無功電源，在滿足技術(shù)經(jīng)濟要求的情況下，可以積極利用電廠的無功電源。補償電容器是一種專門用來改善功率因數(shù)的電力電容器，作為一種極為重要的無功電源，對于改善電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高電能質(zhì)量起著決定性作用。其原理是：把具有容性功率的裝置與感性負(fù)荷聯(lián)接在同一電路，當(dāng)容性裝置釋放能量時，感性負(fù)荷吸收能量，而感性負(fù)荷釋放能量時，容性裝置吸收能量。能量在相互轉(zhuǎn)換，感性負(fù)荷所吸收的無功功率可由容性裝置輸出的無功功率中得到補償。

4.結(jié)束語

隨著現(xiàn)代社會電力市場商業(yè)化運營模式不斷普及，社會各界對于的電能供應(yīng)的質(zhì)量要求越來越高，同時對于節(jié)能降耗需求也在日益增大。電能供應(yīng)的質(zhì)量對于電力系統(tǒng)能否長久保持安全運行有著直接的影響，因此，電壓無功的綜合性控制問題受到了社會各界的重視，展開電網(wǎng)無功優(yōu)化的規(guī)劃工作，是保證無功設(shè)備進(jìn)行科學(xué)合理調(diào)控和無功功率自身的分區(qū)、分層、就地平衡電壓是降低電網(wǎng)電能損耗、保持電網(wǎng)電壓傳輸質(zhì)量的一個重要因素。無功補償不僅僅降低了無功功率在電網(wǎng)系統(tǒng)中的流動，還可以減少線路以及變壓器在進(jìn)行無功功率輸送過程中所造成的電能損耗，有效的提升了功率因數(shù)。所以，這是一項投資成本較少，效益成果見效快的節(jié)能降耗措施。

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