淺析無功補償對于供電企業降損的重要性

國網山東平邑縣供電公司 邱繼超 崔紅淼 姬 帥

無功補償對于供電企業來說，不僅對于電壓管理十分重要，對于降低線損也具有相當的重要性。

1 無功電流對供電損失的影響

在線路的負載中存在著大量感性負載使得線路功率因數降低在輸送同樣的功率下，功率因數下降，負載電流就提高，線路損失成平方比增加.要減少損失，就必須減少電流。

線路電流I分為有功電流分量Ir，無功電流分量IX.如果功率因數為cos￠，線路損失為△P，則：

有功電流造成的損失為：

無功電流造成的損失分量為：

在一定的線路中，有功電流造成的損失分量△Pr是不可改變的，但△PX可通過無功補償方法，減少無功電流使△PX減少，使總損失△P＝△P十△PX減少。

無功電流在線路中造成的損失功率與si n2∮成正比，在cos￠較低時，△PX占△P的比例是很大的。

所以，降低無功消耗、加強無功補償是降低線路損失的一個重要措施。

2 提高功率因數的意義

除白熾燈、電阻電熱器等用電設備的功率因數接近于1之外，其他如三相交流異步電動機、變壓器、電焊機、電抗器、架空線路等的功率因數均小于1，特別是輕載的情況下，功率因數更低。

用電設備功率因數降低之后，將帶來許多不良后果：

（1）使電力系統內的電氣設備容量不能得到充分利用。因為發電機或變壓器都有一定的額定電流和額定電壓，在正常情況下是不容許超過的，根據 ，若功率因數降低，則有功功率將隨之降低，使設備容量不能得到充分利用。

（2）增加輸、配電線路中的有功功率和電能損耗。設備功率因數降低，在線路輸送同樣有功功率時,線路中就會流過更多的電流，使線路中的有功功率損耗增加。

（3）功率因數降低，還使線路的電壓損失增加，結果在負載端的電壓下降，甚至會嚴重影響電動機及其他用電設備的正常運行。特別在用電高峰季節，功率因數太低，會出現大面積的電壓偏低，這對工農業生產帶來很大的損失。

所以，電力系統的功率因數高低，是需要認真研究的一個重要課題，必須設法提高電力網中各個組成部分的功率因數，以充分利用發變電設備的容量，增加其發輸電能力，減少供電線路中的有功功率和電能損耗，并降低線路中的電壓損失與電壓波動，以達到節約電能和提高供電質量的目的。

3 提高功率因數的措施

提高功率因數的途徑：一是提高自然功率因數，減少電力系統中各個部分所需的無功功率，特別是減少負載的無功功率消耗；二是進行無功補償。

3.1 提高自然功率因數

采用降低各變電、用電設備所需的無功功率以改善其功率因數的措施，稱為提高自然功率因數。主要有：

（1）正確選用異步電動機的型號和容量。

異步電動機在工農業生產中占有很大的比重，異步電動機的功率因數和效率，負荷率在70%以上時最高，在額定功率時的cos￠約為0.85～0.89；而在空載和輕載運行時的功率因數和效率都很低，空載時的cos￠只有0.2～0.3。因此，正確選用異步電動機的容量使其與所帶負載相匹配，對于改善功率因數是十分重要的。

（2）合理選擇變壓器容量。

表1 補償率（q）表

變壓器在電磁轉換過程中需要一定的勵磁功率，而勵磁功率中絕大部分是無功功率，其所需無功功率Q的大小，可用空載電流I0近似算出，即：

式中Ue為額定電壓。

在變壓器二次側所帶負荷功率因數一定的情況下，變壓器一次功率因數的高低，取決于其負荷率的高低。負荷率高，則一次功率因數高；反之，一次功率因數低，空載時，功率因數最低。為了避免變壓器的空載和輕載運行，一般變壓器的負荷率在50%以上時比較經濟。

3.2 采取無功補償

用無功補償設備補償用電設備所需的無功功率，以達到提高功率因數的目的，這種方法稱為人工無功補償方法。

無功補償設備有移相電容器、同步電動機和同步調相機。電容器補償因具有有功損耗小、安裝維護方便、投資少而被廣泛采用。

（1）補償（見表1）容量的計算。

如果功率因數補償前cos￠1，補償后要達到cos￠2，則補償容量按下式計算：

缺乏資料時，10kV變壓器處的低壓補償電容器的容量可取10kV變壓器容量的7%～10%，但不應在負荷低谷時發生過補償。

（2）補償方式及分析。

補償方式分為分散補償和集中補償，還可分為隨機、隨器就地補償、線路補償和變電所集中補償等。

1)隨機補償，把補償電容器安裝在電動機、電焊機等吸取無功功率的用電設備附近，使用電設備所需無功實現就地平衡。這種補償方式節能效果好，但是補償設備利用率低、投資大，所以適用于運行時間長的大容量用電設備或由較長線路供電的情況。

2)隨器補償，即在配電變壓器低壓側并聯電容器進行補償，一是補償負載所需無功，二是補償本身無功需求。由于大多數負載是隨時間、隨季節變化的，采用自動補償或分組補償較好，在采取固定補償時，低負載會產生過補償現象，使電壓升高，所以固定補償容量不應選擇過大，應為平均所需無功容量的1/3～2/3為宜。

這種補償方式，能降低配電線路及以上線路設備的電能損失，但對補償點以下線路無降損作用。

3)線路集中補償。即在多負荷點線路上一點或若干點并聯補償電容器進行補償。例如配電線路上的補償，這種補償方式的節能效果與補償地點和補償容量有關，應科學地選擇。①在線路上取一點補償的情況下，補償點在線路首端時，線路中的無功電流分布無變化，沒節能效果；在線路末端，可能存在無功倒送。只要補償點不在首端，補償點之前各段無功電流就會發生變化，從而電能損耗也發生變化，變化的大小和范圍與補償容量有關。最優補償地點從首端起在線路總長的2/3處，補償容量取全補償的2/3，這時節電效率最高達88%以上。在一般情況下，補償地點取在線路的1/2～4/5，補償容量為全補償的1/2～4/5，這時的節電效率在80%左右。②多點補償。如果線路分支較大或線路較長負載自然功率因數低，可采用分支線分段補償方式，在每一補償段或分支中的補償地點和補償容量的選擇，按前上述原則選取，可取得更高的節電效率。③在線路負載波動大的線路，按平均負載和平均功率因數進行選擇。在最小負載時可能出現過補償現象，但對整個節能效果影響不大。

線路集中補償簡單、投資少、設備利用率高，能改善線路電壓質量，是應推廣的一種補償方法。

4)變電所集中補償。目前在變電所10k V母線上設置一組或多組電容器組，根據電壓和功率因數需要投切。這種補償方式節能效果不如前幾種方式顯著，但系統電壓低時，能改善電壓質量，一般應作為其他補償方式的補充。各種補償方式對降損的影響：

各種補償方式的無功經濟當量C

可見，低壓補償降損效果優于高壓補償，隨機補償降損效果最好。

（3）無功補償的原則。

1)總體平衡和局部平衡相結合——既要滿足電網的無功平衡，又要滿足分站、線路的無功平衡。

2)集中補償與分散補償相結合，以分散補償為主。

3)高壓補償與低壓補償相結合，以低壓補償為主。

4)降損與調壓相結合，以降損為主，兼顧調壓。

供電部門的無功補償與用戶的無功補償相結合，以就地平衡為主。