電力工程師職稱論文無功補償技術的應用

　　摘要：無功補償在現代化配電網中起到提高電網的功率因數，降低輸送線路損耗，提高供電效率，改善供電環境的作用。所以無功功率補償裝置在供電系統中處在一個不可缺少的位置。合理的選擇補償裝置，可以做到最大限度的減少網絡損耗，提高電網質量。

　　關鍵詞：配電網,無功補償,補償方式,問題

　　前言

　　隨著國民經濟的高速發展和人民生活水平的提高，人們對電力的需求日益增長，同時對供電的可靠性和供電質量提出了更高的要求。由于負荷的不斷增加，以及電源的大幅增加，不但改變了電力系統的網絡結構，也改變了系統的電源分布，造成系統的無功分布不盡合理，甚至可能造成局部地區無功嚴重不足、電壓水平普遍較低的情況。隨著系統結構日趨復雜，當系統受到較大干擾時，就可能在電壓穩定薄弱環節導致電壓崩潰。

　　電力系統無功潮流分布是否合理，不僅關系到電力系統向電力用戶提供電能質量的優劣，而且還直接影響電網自身運行的安全性和經濟性。這在與用戶直接相關的配電網中顯得同樣的重要。若無功電源容量不足，系統運行電壓將難以保證。由于電網容量的增加，對電網無功要求也與日增加，此外，網絡的功率因數和電壓的降低將使電氣設備得不到充分利用，降低了網絡傳輸能力，并引起損耗增加。因此，解決好配電網絡無功補償的問題，對電網的安全性和降損節能有著重要的意義。

　　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的電壓水平，提高系統的電壓穩定性，避免大量無功的遠距離傳輸，從而降低有功網損，減少發電費用。而且由于我國配電網長期以來無功缺乏，尤其造成的網損相當大，因此無功功率補償是降損措施中投資少回報高的方案。一般配電網無功補償方式有：變電站集中補償方式、低壓集中補償方式、桿上無功補償方式和用戶終端分散補償方式。

　　一、無功補償對整個輸配電網的影響

　　1、無功電流是影響電力損耗的重要原因

　　交流電路中因為無功電流的存在造成了很大的電力損耗，表1是不同功率因數的交流電路中有功電流為1A時無功電流的大小。

　　以上表明功率因數低時導線中無功電流和有功電流相比，無功電流就會很大，如功率因數0.7時導線中無功電流和有功電流基本相等，0.60時無功電流是有功電流的1.38倍，0.50時無功電流是有功電流的1.73倍。因為電力損耗與流過導線電流的平方成正比，所以無功電流是影響電力損耗的重要原因，功率因數降低會造成很嚴重的電力損耗。

　　2、功率因數影響輸變配電網的輸送能力和穩定性

　　上述已說明，功率因數降低使輸變配電網中產生了很大的無功電流，這就等于降低了輸變配電網的輸送能力。

　　功率因數的降低造成了嚴重的電力損耗，同時也造成了電網電壓的急劇下降。電網電壓的降低使各級變電站調壓裝置向升高電壓方向調整，使輸電線路電流增大，功率因數再降低，損耗再增大，電網電壓再降低，惡性循環。同時因為電壓降低，用戶用電設備輸出動力下降，用戶為滿足所需的動力需求，增大用電設備的額定功率，這樣就會使電網的功率因數更加降低，電流急劇增大，電壓急劇下降，造成電壓崩潰。使輸變配電網的穩定性遭到破壞。

　　二、無功補償的效益分析

　　1、提高功率因數能有效降低線路損耗

　　交流電在輸電線路上的損耗為：

　　(1)△P=I2R

　　(1)式中，△P：線路損耗功率;

　　I：線路中的總電流;

　　R：線路中的電阻。

　　由式(1)可得：

　　(2)△P=(S/U)2R=(S 2/U 2)R={(P 2+Q 2)/U 2｝R=(P 2/U 2

　　COS2φ)R

　　(2)式中，S:視在功率(總功率);

　　P：用電負荷(有用功率);

　　U：線路電壓。

　　由式(2)可以說明線路損耗與功率因數的平方成反比，表2是功率因數由0.95降到0.60時交流電在線路中損耗增大的比例。

　　表2 功率因數由0.95降到0.60時交流電在線路中損耗增大的比例

　　提高功率因數，降低線損的關系可用式(3)進行計算。

　　(3)式中，COSφ1：原功率因數;

　　COSφ2：提高后的功率因數;

　　△P %：降低線損百分數。

　　綜上所述，適時投切無功，能提高功率因數、降低損耗。

　　2、提高功率因數能有效提高線路輸送能力

　　由表1可知，在線路負荷一定時，功率因數的降低，線路中的無功電流就會增大，功率因數升高，線路中的無功電流就會減小，如果提高線路的輸送能力，可以采取提高功率因數的方式，也可以增大線路的線徑或采用電阻率小的材料做導線。10kV線路負荷約為1 000kVA，如果功率因數0.96以上，線路每相的電流約為58A，如果功率因數是0.60，每相的電流就會增大到99A。如果不采取提高功率因數的方式，而是采取增大線徑的方式把線損降低到現在的6.5%，需要將原來LGJ-50鋁絞線換成LGJ-150鋁絞線。很顯然采取增大線徑的方式會造成很大的材料浪費。

　　三、無功補償的補償方式

　　在整個輸、變、配電網以及用電設備中，要讓整個系統的電氣設備達到最佳的出力(效率)、最低的損耗必須分層分級、隨時隨地進行無功補償，把無功電流降低到最小。補償方式可分為以下幾種：變電站集中自動跟蹤補償;線路自動補償;就地自動補償。

　　要實現分層分級、隨時隨地的無功補償，就要在各級變電站、輸電線路、用電設備旁裝設無功補償設備，而且能夠根據負荷的變化自動跟蹤調整補償容量。

　　1、變電站集中自動跟蹤補償

　　變電站需要裝設自動跟蹤無功補償設備，而且要盡量地多分組才能實現較好的跟蹤效果。尤其是110kV、35kV變電站作為電網系統中的末端變電站，承擔著直接向負載提供電壓穩定無功平衡的高質量電能的任務，無功補償裝置顯得尤為重要。目前大多數11kV、35kV變電站的無功補償均不夠理想，特別是老變電站雖然原來設計有并聯電容器裝置，但多數由于不能適應負荷的變化達不到理想的補償效果，負荷高峰時有的變電站10kV母線功率因數低到0.7 以下，使變電站及以下輸變電能力降得很低，損耗很大。在110kV、35kV變電站上安裝能夠自動跟蹤負荷變化進行補償又能自動調壓的新一代高可靠10kV無功自動補償裝置十分重要。

　　目前國內多數變電站安裝了綜合自動化系統實現了無人值守，變電站實現了綜合自動化無人值守，并聯電容器裝置也勢必要改成自動補償裝置。

　　2、線路自動補償

　　10kV線路無功補償量的計算方法很多，因為負荷是一個不定的變量。一旦計算確定后一般不再變動，所以只能概算。無功補償的原則是“就地平衡”，所以要采用“分散和集中、固定和自動相結合”的方法，分3步進行：一是變電所內按主變壓器容量的15%左右安裝固定補償電容器組。二是在線路負荷中心或某處按低負荷時的無功需求量安裝固定補償電容器組。三是在線路負荷中心的上側安裝自動補償電容器組。

　　從中可以看出，節約的無功負荷和補償電容量有一定的關系。補償前功率因數在0.85時，節約無功量是補償電容量的40%。在0.75時節約無功量是補償電容量的50%。在0.65時節約無功量是補償電容量的60%，即可以把補償電容量的百分數用于概算節約的無功損耗量。

　　計算線損量時，因素也較多，因線損與線路長短、線徑大小，補償電容的容量及運行時間有關。根據表3 中負荷為2000kW，補償前功率因數在0.75，補償后功率因數在0.96 時，應補償電容量為120kvar，節約無功消耗按50%約600kvar 減少線路無功電流34A，在不同線徑和距離時，節約的有功電量見表3。

　　結束語：

　　對配電網進行無功補償，提高功率因數、實現無功功率平衡，是一項建設性的降損技術措施。確定無功補償設備的合理配置和分布，需尋找技術上和經濟上的最優方案以提高配電變壓器出力，降低線損，提高電質量。