淺析有關(guān)無(wú)功補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題

【摘要】電力負(fù)荷的特點(diǎn)是經(jīng)常變化的，不但按小時(shí)變、按日變，而且按周變，按年變，同時(shí)負(fù)荷又是以天為單位不斷起伏的，具有較大的周期性，負(fù)荷變化是連續(xù)的過(guò)程，一般不會(huì)出現(xiàn)大的躍變，但電力負(fù)荷對(duì)季節(jié)、溫度、天氣等是敏感的，不同的季節(jié)，不同地區(qū)的氣候，以及溫度的變化都會(huì)對(duì)負(fù)荷造成明顯的影響。電網(wǎng)無(wú)功平衡是保證電壓穩(wěn)定的基本條件，由于電力系統(tǒng)中無(wú)功功率的發(fā)、供、用呈現(xiàn)強(qiáng)烈的分散性，無(wú)功功率只有在分層、分區(qū)，分散合理平衡的基礎(chǔ)上，才能實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電壓的合理分布和維持電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。無(wú)功補(bǔ)償就是無(wú)功功率人工補(bǔ)償，以提高供電系統(tǒng)功率因數(shù)。電力系統(tǒng)和電網(wǎng)中的無(wú)功補(bǔ)償裝置對(duì)于降低成本、降低線(xiàn)損以及提高效益等方面起著至關(guān)重要的作用。本文主要介紹了無(wú)功補(bǔ)償問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng) 無(wú)功補(bǔ)償 補(bǔ)償方法

電網(wǎng)中的電力負(fù)荷如電動(dòng)機(jī)、變壓器等，大部分屬于感性負(fù)荷，這些感性負(fù)載在實(shí)際運(yùn)行中，都需要向電源索取滯后無(wú)功，實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，帶動(dòng)設(shè)備做功。為了補(bǔ)償這部分滯后的消耗，比較普遍的方法是電容器并聯(lián)補(bǔ)償方式。在電網(wǎng)中安裝并聯(lián)電容器等無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備以后，可以提供感性負(fù)載所消耗的無(wú)功功率，減少了電網(wǎng)電源無(wú)功負(fù)擔(dān)。由于減少了電網(wǎng)電源無(wú)功功率在電網(wǎng)中的流動(dòng)，因此可以降低線(xiàn)路和變壓器因輸送無(wú)功功率造成的電能損耗，這就是無(wú)功補(bǔ)償。

1.無(wú)功功率的意義

無(wú)功功率對(duì)供電系統(tǒng)合負(fù)荷的運(yùn)行都是十分重要的。電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)元件的阻抗主要是感性負(fù)載。因此，為了輸送有功功率，就要求送電端有一相位差，這在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)。而為了輸送無(wú)功功率，則要求兩端電壓有一幅值差，這只能在很窄的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)。不僅大多網(wǎng)絡(luò)元件消耗無(wú)功功率，大多數(shù)負(fù)載也需要消耗無(wú)功功率。網(wǎng)絡(luò)元件和負(fù)載所需要的無(wú)功功率必須從網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)地方獲得。顯然，這些無(wú)功功率如果都要由發(fā)電機(jī)提供并經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離傳送是不合理的，通常也是不可能的。合理的辦法就是在需要消耗無(wú)功功率的地方產(chǎn)生無(wú)功功率。

2.無(wú)功功率補(bǔ)償方法

電力系統(tǒng)中功率主要有有功功率、無(wú)功功率、視在功率三種，有功功率、無(wú)功功率、視在功率之間的關(guān)系 如圖1所示

φ角為功率因數(shù)角，它的余弦（cosφ）是有功功率與視在功率之比即cosφ=P/S稱(chēng)作功率因數(shù)。 由功率三角形可以看出，在一定的有功功率下，用電企業(yè)功率因數(shù)cosφ越小，則所需的無(wú)功功率越大。如果無(wú)功功率不是由電容器提供，則必須由輸電系統(tǒng)供給，為滿(mǎn)足用電的要求，供電線(xiàn)路和變壓器的容量需增大。這樣，不僅增加供電投資、降低設(shè)備利用率，也將增加線(xiàn)路損耗。為此，國(guó)家供用電規(guī)則規(guī)定：無(wú)功電力應(yīng)就地平衡，用戶(hù)應(yīng)在提高用電自然功率因數(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)和裝置無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，并做到隨其負(fù)荷和電壓變動(dòng)及時(shí)投入或切除，防止無(wú)功倒送。還規(guī)定用戶(hù)的功率因數(shù)應(yīng)達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，否則供電部門(mén)可以拒絕供電。因此，無(wú)論對(duì)供電部門(mén)還是用電部門(mén)，對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償以提高功率因數(shù)，防止無(wú)功倒送，從而節(jié)約電能，提高運(yùn)行質(zhì)量都具有非常重要的意義。

無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕驹硎牵喊丫哂腥菪怨β守?fù)荷的裝置與感性功率負(fù)荷并聯(lián)接在同一電路，能量在兩種負(fù)荷之間相互交換。這樣，感性負(fù)荷所需要的無(wú)功功率可由容性負(fù)荷輸出的無(wú)功功率補(bǔ)償。 采用并聯(lián)電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹饕饔茫?/p>

2.1提高功率因數(shù)

如圖2所示，由圖示可以看出，在有功功率P一定的前提下，無(wú)功功率補(bǔ)償以后（補(bǔ)償量Qc=Q1-Q2），功率因數(shù)角由φ1減小到φ2，則cosφ2>cosφ1提高了功率因數(shù)。

2.2降低輸電線(xiàn)路及變壓器的損耗

三相電路中，當(dāng)功率因數(shù)cosφ提高以后，線(xiàn)路中功率損耗大大下降。由于進(jìn)行了無(wú)功補(bǔ)償，可使補(bǔ)償點(diǎn)以前的線(xiàn)路中通過(guò)的無(wú)功電流減小，從而使線(xiàn)路的供電能力增加，減小損耗。

2.3改善電壓質(zhì)量

線(xiàn)路中電壓損失ΔU的計(jì)算公式

由上式可見(jiàn)，當(dāng)線(xiàn)路中，無(wú)功功率Q減小以后，電壓損失ΔU也就減小了。

2.4提高設(shè)備出力

如圖3所示，由于有功功率P=S·cosφ，當(dāng)供電設(shè)備的視在功率S一定時(shí)，如果功率因數(shù)cosφ提高，即功率因數(shù)角由φ1到φ2，則設(shè)備可以提供的有功功率P也隨之增大到P+ΔP，可見(jiàn)，當(dāng)增加了無(wú)功補(bǔ)償裝置以后在一定的范圍內(nèi)增加有功設(shè)備的出力而不需要增加供電設(shè)備的視在功率，從而提高了供電設(shè)備的帶負(fù)載能力。

3. 結(jié)束語(yǔ)

無(wú)功補(bǔ)償涉及到電網(wǎng)輸出母線(xiàn)、變電所、用戶(hù)母線(xiàn)及各種電氣設(shè)備，最常用的無(wú)功補(bǔ)償裝置為電容器，而在無(wú)功補(bǔ)償時(shí)又要同時(shí)考慮設(shè)備以及技術(shù)方面的各種問(wèn)題，正確解決好投入成本與最佳方案之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最經(jīng)濟(jì)合理的運(yùn)行方案，創(chuàng)造更高的企業(yè)效益。

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作者簡(jiǎn)介：陳菊華（1971），女，機(jī)電一體化副教授，主要從事機(jī)電一體化技術(shù)、自動(dòng)控制方面教學(xué)研究。