阮恒程

摘要 ：隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，各大產(chǎn)業(yè)對(duì)電網(wǎng)的需求也增大，因此，電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行有著重要意義。在一些生產(chǎn)現(xiàn)場的負(fù)載都會(huì)消耗無功功率，如果這些無功功率不加外界補(bǔ)償而從電網(wǎng)中獲取，則不利于電力的輸送與正常應(yīng)用。本文闡述了無功補(bǔ)償?shù)幕厩闆r，探討了低壓配電系統(tǒng)無功補(bǔ)償?shù)闹饕绞?，并指出了無功補(bǔ)償時(shí)應(yīng)該注意的問題。

關(guān)鍵詞 ：無功補(bǔ)償 電網(wǎng) 功率

引言：

在實(shí)際的電力系統(tǒng)中，大多數(shù)的用電設(shè)備和電網(wǎng)中的各級(jí)變壓器都是感性的，電網(wǎng)要對(duì)這些感性設(shè)備提供大量的無功功率。在消耗無功功率的負(fù)載側(cè)產(chǎn)生無功功率，可避免由于負(fù)載的無功功率消耗對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的影響，從而提高電網(wǎng)及負(fù)載的功率因數(shù)，降低電網(wǎng)的電壓損耗，提高電網(wǎng)輸出的有功功率，提高供電質(zhì)量。

一、關(guān)于無功補(bǔ)償技術(shù)的基本情況

（一）靜止無功補(bǔ)償

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流無觸點(diǎn)的投切開關(guān)開始被大量應(yīng)用于電力系統(tǒng)中。靜止無功補(bǔ)償裝置主要包括晶閘管控制電抗器和晶閘管投切電容器。

靜止無功補(bǔ)償裝置簡稱靜止補(bǔ)償器（英文縮寫為SVC），主要有斷路器和電力電子開關(guān)兩種，由于用斷路器作為接觸器的開關(guān)速度較慢，不能及時(shí)跟蹤負(fù)荷的無功功率變化，所以應(yīng)用較少。

（二）并聯(lián)電容補(bǔ)償

并聯(lián)電容補(bǔ)償就是將固定的電容器與感性負(fù)載相并聯(lián)，改變負(fù)載的相位角，從而提高負(fù)載的功率因數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載側(cè)的無功補(bǔ)償。

它既可被安裝于配電變壓器側(cè)，又可對(duì)負(fù)載進(jìn)行就地補(bǔ)償。和調(diào)相機(jī)相比，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，但由于其阻抗是不變的，所以無功輸出的大小不可調(diào)節(jié)，不能實(shí)時(shí)適應(yīng)負(fù)荷的無功功率變化，即不能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的無功補(bǔ)償。

（三）同步調(diào)相機(jī)

如果電網(wǎng)電壓偏低，同步調(diào)相機(jī)處于過勵(lì)磁運(yùn)行狀態(tài)供給無功功率，此時(shí)可調(diào)高系統(tǒng)電壓；如果電網(wǎng)電壓偏高，同步調(diào)相機(jī)則處于欠勵(lì)磁運(yùn)行狀態(tài)吸收無功功率，此時(shí)可調(diào)低系統(tǒng)電壓。

同步調(diào)相機(jī)實(shí)際上是一臺(tái)空載運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)，專門向電網(wǎng)輸送無功功率。它不帶機(jī)械負(fù)荷也可以進(jìn)行過勵(lì)磁或欠勵(lì)磁運(yùn)行。

這種自動(dòng)調(diào)節(jié)的勵(lì)磁裝置能夠在電力系統(tǒng)端電壓波動(dòng)變化時(shí)對(duì)無功功率進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而維持系統(tǒng)電壓，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

（四）靜止無功發(fā)生器

在低壓供電無功補(bǔ)償領(lǐng)域中，比SVC更為先進(jìn)的現(xiàn)代補(bǔ)償裝置是靜止無功發(fā)生器（SVG），由于采用高頻電力電子開關(guān)器件和特殊的電力電子電路結(jié)構(gòu)，通過對(duì)控制算法的改進(jìn)，使得它不僅可以實(shí)時(shí)、精確地補(bǔ)償無功功率，而且能夠起到濾波和抑制諧波的作用。

SVG通過不同的控制，既可以發(fā)出無功功率，又可以吸收無功功率，從而進(jìn)行雙向調(diào)節(jié)。隨著大功率電力電子器件的不斷發(fā)展，SVG在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用也越來越廣泛。

二、無功補(bǔ)償原理

無功補(bǔ)償?shù)幕驹砭褪窃诟行载?fù)荷的旁側(cè)并聯(lián)一個(gè)具有容性負(fù)荷的裝置，如果容性負(fù)荷釋放能量，該能量被感性負(fù)荷吸收，而如果感性負(fù)荷釋放能量，能量則被容性負(fù)荷所吸收，能量就在此感性與容性負(fù)荷之間進(jìn)行交換，即由容性負(fù)荷裝置來補(bǔ)償感性負(fù)荷所需要的無功功率，而減少與電網(wǎng)進(jìn)行交換的能量，從而提高電能質(zhì)量。

三、無功補(bǔ)償對(duì)電網(wǎng)的一些影響

（一）減少電網(wǎng)線路損耗

由電網(wǎng)中的有功功率P與視在功率S之間關(guān)系可知，在視在功率不變的情況下，功率因數(shù)cosφ增大則電網(wǎng)輸出的有功功率P也會(huì)相應(yīng)增大，從而增大有用功在電網(wǎng)發(fā)出功率中的比例。

四、低壓配電網(wǎng)中的無功補(bǔ)償方式

（一）集中補(bǔ)償方式

集中補(bǔ)償方式是在變電站或配電室的低壓母線側(cè)安裝補(bǔ)償設(shè)備，以補(bǔ)償配電變壓器空載無功，減少對(duì)配電站上級(jí)電源的無功需求。采用微機(jī)控制的低壓并聯(lián)電容器柜或具有動(dòng)態(tài)補(bǔ)償功能的靜止無功補(bǔ)償設(shè)備，根據(jù)用戶負(fù)荷的變化投入不同數(shù)量的電容器進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)較高功率因數(shù)運(yùn)行。

低壓集中補(bǔ)償方式更接近于負(fù)荷端，可以改善配電變壓器及上游電網(wǎng)的無功分布，降低配電站和配電線路的有功損耗，但是不能改善線路中因?yàn)闊o功傳輸造成的電壓降和有功損耗。

（二）分散補(bǔ)償方式

由于電容器分散在各用戶旁，可以就近補(bǔ)償主要用電設(shè)備的無功功率。由于這部分無功功率不再通過線路向上傳送，從而使用戶上的變壓器和配電線路的無功功率損耗相應(yīng)地減少，適用于變壓器下用戶較多、功率因數(shù)低、用戶配電線路分路多而且距離較遠(yuǎn)的線路。分散補(bǔ)償方式就是根據(jù)需求的無功負(fù)荷分布，將電容器組裝設(shè)在功率因數(shù)較低的配電線路中，形成分散的補(bǔ)償方式，對(duì)配電線路或變壓器端需要的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償。

（三）用戶終端就地補(bǔ)償方式

根據(jù)國家《供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50052-95）要求，對(duì)于容量較大、負(fù)荷平穩(wěn)并且經(jīng)常使用的用電設(shè)備適合對(duì)無功進(jìn)行單獨(dú)就地補(bǔ)償。就地補(bǔ)償方式只有當(dāng)用電設(shè)備運(yùn)行時(shí)，無功補(bǔ)償裝置才投入，設(shè)備停運(yùn)時(shí)無功補(bǔ)償裝置則退出，可提高用電設(shè)備供電回路的功率因數(shù)，改善負(fù)荷端的電壓質(zhì)量，具有經(jīng)濟(jì)簡單、小巧靈活、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。就地補(bǔ)償是根據(jù)用電設(shè)備對(duì)無功功率的需求，將低壓電容器裝設(shè)在感性用電設(shè)備（主要是電動(dòng)機(jī)）附近，從而直接對(duì)這些感性設(shè)備的無功功率進(jìn)行就地?zé)o功補(bǔ)償，所以也稱為個(gè)別補(bǔ)償方式。

（四）智能無功補(bǔ)償

智能無功補(bǔ)償裝置通常具備模塊化結(jié)構(gòu)，可將數(shù)據(jù)檢測、投切機(jī)構(gòu)、電容器等所有功能元件集成在一個(gè)單元內(nèi)，具有先進(jìn)的智能投切裝置，可以通過Modem、現(xiàn)場總線、紅外、藍(lán)牙等與配網(wǎng)自動(dòng)化裝置有機(jī)結(jié)合。智能無功補(bǔ)償在各地低壓配電網(wǎng)的公用配變電中被廣泛引用，它集低壓無功補(bǔ)償、綜合配電監(jiān)測、諧波監(jiān)測等多種功能于一身，同時(shí)還充分考慮了與配電自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)合。

五、無功補(bǔ)償?shù)淖⒁馐马?xiàng)

（一）防止產(chǎn)生諧振

對(duì)于有諧波源的供電線路，應(yīng)采取增設(shè)電抗器等措施，使諧波影響不致造成電容器損壞。

（二）防止過電壓

電容器補(bǔ)償容量過大，會(huì)引起電網(wǎng)電壓升高并會(huì)導(dǎo)致電容器損壞，國標(biāo)規(guī)定“工頻長期過電壓值最多不超過1.1倍額定電壓”。

（三）功率因數(shù)補(bǔ)償要合理

把功率因數(shù)從0.9提高到1.0所需的補(bǔ)償容量與0.8提高到0.9的補(bǔ)償容量差不多，但前者的降損幅度卻差不多是后者降損幅度的一半。一般情況下，可確定補(bǔ)償后的功率因數(shù)在0.9～0.95之間。

（四）防止過補(bǔ)償

采用電容器就地補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)，切斷電源后，電動(dòng)機(jī)在慣性作用下繼續(xù)運(yùn)行，此時(shí)電容器的放電電流成為勵(lì)磁電流，電動(dòng)機(jī)的磁場得到自勵(lì)而產(chǎn)生電壓向系統(tǒng)倒送無功，多余的無功功率則會(huì)抬高運(yùn)行電壓，威脅設(shè)備的安全，同時(shí)會(huì)加大網(wǎng)絡(luò)損耗，降低節(jié)能效果。

結(jié)束語：

我國目前電網(wǎng)無功補(bǔ)償主要集中在配電網(wǎng)，而低壓配電網(wǎng)補(bǔ)償較少，以致低壓配電網(wǎng)的線損較大，降低了電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益和電壓質(zhì)量。為了取得最大效益，低壓配電網(wǎng)無功最優(yōu)補(bǔ)償模式，補(bǔ)償裝置作為無功電源，其最佳安裝地點(diǎn)宜在最接近無功負(fù)荷點(diǎn)的低壓配電線路上。因此，對(duì)低壓配電網(wǎng)進(jìn)行無功補(bǔ)償，對(duì)現(xiàn)代電力系統(tǒng)的高效、可靠運(yùn)行具有重要的意義。

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