無功的計(jì)量與補(bǔ)償?shù)膯栴}研究

李赫

【摘要】無功電能的計(jì)量與有功電能的計(jì)量一樣重要，消除無功電能計(jì)量中的弊端，維持無功計(jì)量的準(zhǔn)確、可靠、公正，才能更好地發(fā)揮供用電雙方全面深入進(jìn)行無功補(bǔ)償以及管好、用好補(bǔ)償設(shè)備的積極性，為供用電雙方創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。

【關(guān)鍵詞】無功電能 計(jì)量 無功補(bǔ)償

一、電網(wǎng)中無功的產(chǎn)生及作用

在電網(wǎng)中，由電源供給負(fù)載的電功率有兩種：一種是有功功率，另一種是無功功率。有功功率是保持用電設(shè)備正常運(yùn)行所需的電功率，也就是將電能轉(zhuǎn)換為其他形式能量（機(jī)械能、光能、熱能）的電功率。比如：5.5kW的電動機(jī)就是把5.5kW的電力轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，帶動水泵抽水或脫粒機(jī)脫粒；各種照明設(shè)備將電能轉(zhuǎn)換為光能，供人們生活和工作照明。無功功率比較抽象，它是用于電路內(nèi)電場與磁場，并用來在電氣設(shè)備中建立和維持磁場的電功率。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。比如40W的日光燈，除需40W有功功率（鎮(zhèn)流器也需消耗一部分有功功率）來發(fā)光外，還需80var左右的無功功率供鎮(zhèn)流器的線圈建立交變磁場用。由于它對外不做功，才被稱之為“無功”?！坝泄τ绊戭l率，無功影響電壓”，電壓是有功功率輸送的保證，無功是有功輸送的基礎(chǔ)，降低了機(jī)組的無功，系統(tǒng)就會缺少無功，當(dāng)系統(tǒng)功率因數(shù)下降后，總電流就會增加，電氣設(shè)備的繞組及導(dǎo)線上的壓降就會增加，因而會導(dǎo)致母線電壓下降；無功是電氣設(shè)備建立磁場所消耗的功，沒有無功，就沒有變壓器的磁場，將電能從這邊傳送到另一邊，沒有無功，就沒有電機(jī)的磁場，將電機(jī)旋轉(zhuǎn)起來。無功功率對供、用電也產(chǎn)生一定的不良影響，主要表現(xiàn)在：

（1）降低發(fā)電機(jī)有功功率的輸出。

（2）視在功率一定時(shí)，增加無功功率就要降低輸、變電設(shè)備的供電能力。

（3）電網(wǎng)內(nèi)無功功率的流動會造成線路電壓損失增大和電能損耗的增加。

（4）系統(tǒng)缺乏無功功率時(shí)就會造成低功率因數(shù)運(yùn)行和電壓下降，使電氣設(shè)備容量得不到充分發(fā)揮。

從發(fā)電機(jī)和高壓輸電線供給的無功功率，一般滿足不了負(fù)荷的需要，所以在電網(wǎng)中要設(shè)置一些無功補(bǔ)償裝置來補(bǔ)充無功功率，以保證用戶對無功功率的需要，這樣用電設(shè)備才能在額定電壓下工作。

二、目前農(nóng)村電網(wǎng)在無功管理中存在的問題

從目前農(nóng)村電網(wǎng)的運(yùn)行情況看，普片存在系統(tǒng)無功補(bǔ)償嚴(yán)重不足，造成這種原因是多方面的。第一、早期的專變用戶，由于其容量沒有達(dá)到電力部門的有關(guān)規(guī)定，沒有安裝電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償和進(jìn)行力率考核；第二、有些農(nóng)排專變，盡管其變壓器容量已經(jīng)超過了《供電營業(yè)規(guī)則》中的關(guān)于超過100千伏安必須進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)囊?guī)定，但是由于產(chǎn)權(quán)屬于鄉(xiāng)村集體所有，另一方面，從農(nóng)民負(fù)擔(dān)考慮，目前也沒有安裝電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償和實(shí)施力率考核；第三、有些專變用戶，盡管已經(jīng)按規(guī)定安裝了無功補(bǔ)償裝置，由于其控制技術(shù)比較落后，有的甚至還靠人工投切，一方面不能及時(shí)投切，另一方面即使投切了，也不能根據(jù)負(fù)荷實(shí)際投切進(jìn)行有效地投切，有時(shí)甚至還會向系統(tǒng)倒送無功；第四、農(nóng)村綜合變以下的小動力用戶普片沒有實(shí)行就地、就器無功補(bǔ)償；第五、目前的農(nóng)村電網(wǎng)也沒有有效地實(shí)施線路電容器補(bǔ)償。第六、有些綜合變低壓側(cè)的無功補(bǔ)償裝置不能有效地投入運(yùn)行。

三、無功補(bǔ)償可實(shí)現(xiàn)用戶與供電企業(yè)雙贏的效益

（1）節(jié)省企業(yè)電費(fèi)開支。提高功率因數(shù)對企業(yè)的直接經(jīng)濟(jì)效益是明顯的，因?yàn)閲译妰r(jià)制度中，從合理利用有限電能出發(fā)，對不同企業(yè)的功率因數(shù)規(guī)定了要求達(dá)到的不同數(shù)值，低于規(guī)定的數(shù)值，需要多收電費(fèi)，高于規(guī)定數(shù)值，可相應(yīng)地減少電費(fèi)。

（2）提高設(shè)備的利用率。對于原有供電設(shè)備來講，在同樣有功功率下，因功率因數(shù)的提高，負(fù)荷電流減少，因此向負(fù)荷傳送功率所經(jīng)過的變壓器、開關(guān)和導(dǎo)線等供配電設(shè)備都增加了功率儲備，從而滿足了負(fù)荷增長的需要；如果原網(wǎng)絡(luò)已趨于過載，由于功率因數(shù)的提高，輸送無功電流的減少，使系統(tǒng)不致于過載運(yùn)行，從而發(fā)揮原有設(shè)備的潛力；對尚處于設(shè)計(jì)階段的新建企業(yè)來說則能降低設(shè)備容量，減少投資費(fèi)用，在一定條件下，改善后的功率因數(shù)可以使所選變壓器容量降低。

（3）降低系統(tǒng)的能耗。補(bǔ)償前后線路傳送的有功功率不變，P=IUCOSΦ，由于COSΦ提高，補(bǔ)償后的電壓U2稍大于補(bǔ)償前電壓U1，為分析問題方便，可認(rèn)為U2≈U1從而導(dǎo)出I1COSΦ1=I2CO-SΦ2。即I1/I2 COSΦ2/COSΦ1，這樣線損P減少的百分?jǐn)?shù)為：△P%=（1-I22/I12）×100%（1-COS2Φ1/COS2Φ2）×100%，當(dāng)功率因數(shù)從0.70～0.85提高到0.95時(shí)，由（2）式可求得有功損耗將降低20%～45%。

（4）改善電壓質(zhì)量。以線路末端只有一個集中負(fù)荷為例，假設(shè)線路電阻和電抗為R、X，有功和無功為P、Q，則電壓損失△U為：△U（PR+QX）/Ue×10-3（KV）兩部分損失：PR/Ue→輸送有功負(fù)荷P產(chǎn)生的；QX/Ue→輸送無功負(fù)荷Q產(chǎn)生的；配電線路：X=（2～4）R，△U大部分為輸送無功負(fù)荷Q產(chǎn)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(fù)荷Q產(chǎn)生的?？梢钥闯?，若減少無功功率Q，則有利于線路末端電壓的穩(wěn)定，有利于大電動機(jī)的起動。因此，無功補(bǔ)償能改善電壓質(zhì)量（一般電壓穩(wěn)定不宜超過3%）。但是如果只追求改善電壓質(zhì)量來裝設(shè)電容器是很不經(jīng)濟(jì)的，對于無功補(bǔ)償應(yīng)用的主要目的是改善功率因數(shù)，減少線損，調(diào)壓只是一個輔助作用。

（5）三相異步電動機(jī)通過就地補(bǔ)償后，由于電流的下降，功率因數(shù)的提高，從而增加了變壓器的容量，計(jì)算公式如下：△S=P/COSΦ1×[（COSΦ2/COS Φ1）1]如一臺額定功率為155KW水泵的電機(jī)，補(bǔ)前功率因數(shù)為0.857，補(bǔ)償后功率因數(shù)為0.967，根據(jù)上面公式計(jì)算其增容量為：（155÷0.857）×[（0.967÷0.857）1]=24KVA。

總之，只有象重視有功電能的計(jì)量一樣重視無功電能的計(jì)量，消除無功電能計(jì)量中的弊端，維持無功計(jì)量的準(zhǔn)確、可靠、公正，才能更好地發(fā)揮供用電雙方全面深入進(jìn)行無功補(bǔ)償以及管好、用好補(bǔ)償設(shè)備的積極性，為供用電雙方創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。