对无功功率补偿的探讨

关于电网中无功功率补偿的探讨

摘要: 当前，虽然电网在不断的发展与完善，但随着工农业生产用电规模的不断扩大，用电量的日益增长和用电结构的变化，仍使电力供需矛盾越来越突出。特别是在节能降耗的环境下，如何缓解电力供需矛盾显得尤为重要。这就要求我们根据电网的运行特点，大力推行无功补偿，提高电网及用电设备的功率因数,减少电网无功功率的输入，使电能得到充分利用，为用电企业创造更高的经济效益。 关键词: 电网 无功补偿 功率因数

一、无功功率的产生与影响。

在交流电力系统中，发电机在发有功功率的同时也在发无功功率，它是主要的无功功率电源。运行中的输电线路，由于线间和线对地间的电容效应会产生部分无功功率,称为线路的充电功率,它和电压的高低、线路的长短以及线路的结构等因素有关。电能的用户（负荷）在需要有功功率 (P)的同时还需要无功功率(Q),其大小和负荷的功率因数有关；有功功率和无功功率在电力系统的输电线路和变压器中流动会产生有功功率损耗(ΔP)和无功功率损耗(ΔQ),也会产生电压降落(ΔU)。它们之间有如下关系：

U(PRQX)/U 式中P、Q分别为流入输电线（或变压器）

的有功功率和无功功率，U 是输电线（或变压器）与P、Q同一点测得的电压,R、X 则分别是输电线（或变压器）的电阻和电抗。由此可见，无功功率在输电线、变压器中的流动会增加有功功率损耗、无功功率损耗以及电压降落。由于变压器、高压架空线路中电抗值远远大于电阻值，所以无功功率的损耗比有功功率的损耗大，并且引起电压降落的主要因素是无功功率的流动。

二、无功功率的原理

许多用电设备均是根据电磁感应原理工作的，如配电变压器、电动机等，它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递。为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率，因此，所谓的 \"无功\"并不是\"无用\"的电功率，只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已，因此在供用电系统中除了需要有功电源外，还需要无功电源，两者缺一不可。

三、无功补偿的作用

无功补偿可以收到下列的效益：一是提高用户的功率因数,从而提高电工设备的利用率;二是减少电力网络的有功损耗；三是合理地控制电力系统的无功功率流动，从而提高电力系统的电压水平，改善电能质量，提高了电力系统的抗干扰能力；四是在动态的无功补偿装置上，配置适当的调节

器，可以改善电力系统的动态性能，提高输电线的输送能力和稳定性；五是装设静止无功补偿器(SVS)还能改善电网的电压波形,减小谐波分量和解决负序电流问题。对电容器、电缆、电机、变压器等，还能避免高次谐波引起的附加电能损失和局部过热。

四、影响功率因数的主要因素

(一)异步电动机、感应电炉、交流电焊机等电感性设备是无功功率的主要消耗者。据有关统计，在工矿企业所消耗的全部无功功率中，异步电动机的无功消耗占了60％～70％，而在异步电动机空载时所消耗的无功又占到电动机总无功消耗的60％～70％。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。

(二)变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的10％～15％，它的空载无功功率约为满载时的1/3。因而，为了改善电力系统和企业的功率因数，变压器不应空载运行或长期处于低负载运行状态。

(三)供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响。当供电电压高于设备额定值的 10％时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，据有关资料统计，当供电电压为额定值的110％时，一般无功将增加35％左右。当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高，但供电电压降低会影响电气设备的正常

工作。所以，应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。

在功率三角形中，有功功率 P与视在功率S的比值，称为功率因数

cosφ，其计算公式为： ，当有功功率P一定时，如减少无

cosP/SP/P2Q2功功率Q，则功率因数便能够提高。在极端情况下，当Q=0时，则其力率=1。因此，要提高功率因数，就要降低无功功率。在电力网的运行中，功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度，我们希望的是功率因数越大越好。这样电路中的无功功率可以降到最小，视在功率将大部分用来供给有功功率，从而提高电能输送的功率。

一般情况下，电力系统中发电机所发的无功功率和输电线的充电功率不足以满足负荷的无功需求和系统中无功的损耗，并且为了减少有功损失和电压降落，不希望大量的无功功率在电网中流动，所以在负荷中心需要进行无功补偿，以实现无功功率的就地供应、分区平衡的原则。无功补偿通常采用的方法主要有 3种：低压个别补偿、低压集中补偿、高压集中补偿。

五、应用实例

（一）某工厂建有一配电室，供电电压U=10kV，频率f=50Hz，全厂平均负荷功率P=900kW，此时的功率因数为0.85。现准备将功率因数提高到0.95，请问该厂需要加多少

补偿电容? 解：

因为 C=P／[ωU／（tgφ1- tgφ2），由cosφ1=0.85、cosφ2=0.95，求得：tgφ1 = 0.62、tgφ2=0.33，代入公式得

C=P×（tgφ1- tgφ2）／（ωU）

=900×10×（0.62-0.33）/[314×（10）]=8.3

×10（F）

则该厂需要加多少补偿电容8.3×10法的电容。

（二）关于某些高压计量用户无功偏大的原因分析。目前多数用电单位在无功补偿控制回路上安装了自动投切装置。这样，在设定某一最佳功率因数后，自动投切装置就能执行自动投入或切除关联电容的若干容量，以保证功率因数在最优化的范围内波动。但是有一些用电单位在安装了无功补偿自动投切后，却不能达到预期的效果，功率因数仍然不符合要求，照样要负担力率调整电费，这是为什么呢？出现这种情况的原因，如果不是因为无功补偿自动投切装置接线或功能设置存在问题，就是采样不合理，还有就是用户安装的低压电容自动投切装置采样的是低压侧的功率因数，而我们局考核用电单位负荷功率因数是在高压受电侧。这样就会出现以下问题：

虽然用电单位安装低压无功补偿自动投切后，低压侧的

-6

-6

3

4

2

2

2

功率因数达到了要求，但是由于电力变压器消耗一定数量的感性无功功率，因此，在变压器高压侧，功率因数没有达到要求。特别是当低压侧负荷较轻时，电力变压器消耗的无功功率变大，其数值就不可忽略了。因此，为了保证功率因数能在合格范围内，最理想的做法将无功补偿自动投切装置安装在功率因数考核点——高压受电侧处；或运用损耗较低的变压器。

（三）某高压用电客户反向无功电量偏大原因分析。由于某些高压用电客户所用的电压等级为110kV或者220kV供电，且与电源端（变电站）有较长的距离，在变电站到该客户的架空线路上，由于架空线路之间和架空线对地间的电容效应会产生容性无功功率（充电功率），当客户用电负荷较大时，感性负载消耗了线路上的容性无功功率，使总的无功减少，功率因数得到了提高。当客户用电负荷较小或空载时，线路上的无功功率，除了低偿负荷中电感的损耗以外，还有多余，这时线路就成为无功电源。倒送无功。因此，在客户用电较小时，反向无功偏大。解决办法：在变电站至客户输电线的两侧线路上接有并联电抗器，用其进行并联电抗补偿，主要是吸收线路空载和轻载时的充电功率。

参考文献

1、电路分析 北京科学出版社 2、电力系统分析 华中科技大学出版社

3、 电力工业部计量检定人员培训考核教材 辽宁科学技术出版社