电力工程师职称论文无功补偿技术的应用

　　摘要：无功补偿在现代化配电网中起到提高电网的功率因数，降低输送线路损耗，提高供电效率，改善供电环境的作用。所以无功功率补偿装置在供电系统中处在一个不可缺少的位置。合理的选择补偿装置，可以做到最大限度的减少网络损耗，提高电网质量。

　　关键词：配电网,无功补偿,补偿方式,问题

　　前言

　　随着国民经济的高速发展和人民生活水平的提高，人们对电力的需求日益增长，同时对供电的可靠性和供电质量提出了更高的要求。由于负荷的不断增加，以及电源的大幅增加，不但改变了电力系统的网络结构，也改变了系统的电源分布，造成系统的无功分布不尽合理，甚至可能造成局部地区无功严重不足、电压水平普遍较低的情况。随着系统结构日趋复杂，当系统受到较大干扰时，就可能在电压稳定薄弱环节导致电压崩溃。

　　电力系统无功潮流分布是否合理，不仅关系到电力系统向电力用户提供电能质量的优劣，而且还直接影响电网自身运行的安全性和经济性。这在与用户直接相关的配电网中显得同样的重要。若无功电源容量不足，系统运行电压将难以保证。由于电网容量的增加，对电网无功要求也与日增加，此外，网络的功率因数和电压的降低将使电气设备得不到充分利用，降低了网络传输能力，并引起损耗增加。因此，解决好配电网络无功补偿的问题，对电网的安全性和降损节能有着重要的意义。

　　合理的无功补偿点的选择以及补偿容量的确定，能够有效地维持系统的电压水平，提高系统的电压稳定性，避免大量无功的远距离传输，从而降低有功网损，减少发电费用。而且由于我国配电网长期以来无功缺乏，尤其造成的网损相当大，因此无功功率补偿是降损措施中投资少回报高的方案。一般配电网无功补偿方式有：变电站集中补偿方式、低压集中补偿方式、杆上无功补偿方式和用户终端分散补偿方式。

　　一、无功补偿对整个输配电网的影响

　　1、无功电流是影响电力损耗的重要原因

　　交流电路中因为无功电流的存在造成了很大的电力损耗，表1是不同功率因数的交流电路中有功电流为1A时无功电流的大小。

　　以上表明功率因数低时导线中无功电流和有功电流相比，无功电流就会很大，如功率因数0.7时导线中无功电流和有功电流基本相等，0.60时无功电流是有功电流的1.38倍，0.50时无功电流是有功电流的1.73倍。因为电力损耗与流过导线电流的平方成正比，所以无功电流是影响电力损耗的重要原因，功率因数降低会造成很严重的电力损耗。

　　2、功率因数影响输变配电网的输送能力和稳定性

　　上述已说明，功率因数降低使输变配电网中产生了很大的无功电流，这就等于降低了输变配电网的输送能力。

　　功率因数的降低造成了严重的电力损耗，同时也造成了电网电压的急剧下降。电网电压的降低使各级变电站调压装置向升高电压方向调整，使输电线路电流增大，功率因数再降低，损耗再增大，电网电压再降低，恶性循环。同时因为电压降低，用户用电设备输出动力下降，用户为满足所需的动力需求，增大用电设备的额定功率，这样就会使电网的功率因数更加降低，电流急剧增大，电压急剧下降，造成电压崩溃。使输变配电网的稳定性遭到破坏。

　　二、无功补偿的效益分析

　　1、提高功率因数能有效降低线路损耗

　　交流电在输电线路上的损耗为：

　　(1)△P=I2R

　　(1)式中，△P：线路损耗功率;

　　I：线路中的总电流;

　　R：线路中的电阻。

　　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:视在功率(总功率);

　　P：用电负荷(有用功率);

　　U：线路电压。

　　由式(2)可以说明线路损耗与功率因数的平方成反比，表2是功率因数由0.95降到0.60时交流电在线路中损耗增大的比例。

　　表2 功率因数由0.95降到0.60时交流电在线路中损耗增大的比例

　　提高功率因数，降低线损的关系可用式(3)进行计算。

　　(3)式中，COSφ1：原功率因数;

　　COSφ2：提高后的功率因数;

　　△P %：降低线损百分数。

　　综上所述，适时投切无功，能提高功率因数、降低损耗。

　　2、提高功率因数能有效提高线路输送能力

　　由表1可知，在线路负荷一定时，功率因数的降低，线路中的无功电流就会增大，功率因数升高，线路中的无功电流就会减小，如果提高线路的输送能力，可以采取提高功率因数的方式，也可以增大线路的线径或采用电阻率小的材料做导线。10kV线路负荷约为1 000kVA，如果功率因数0.96以上，线路每相的电流约为58A，如果功率因数是0.60，每相的电流就会增大到99A。如果不采取提高功率因数的方式，而是采取增大线径的方式把线损降低到现在的6.5%，需要将原来LGJ-50铝绞线换成LGJ-150铝绞线。很显然采取增大线径的方式会造成很大的材料浪费。

　　三、无功补偿的补偿方式

　　在整个输、变、配电网以及用电设备中，要让整个系统的电气设备达到最佳的出力(效率)、最低的损耗必须分层分级、随时随地进行无功补偿，把无功电流降低到最小。补偿方式可分为以下几种：变电站集中自动跟踪补偿;线路自动补偿;就地自动补偿。

　　要实现分层分级、随时随地的无功补偿，就要在各级变电站、输电线路、用电设备旁装设无功补偿设备，而且能够根据负荷的变化自动跟踪调整补偿容量。

　　1、变电站集中自动跟踪补偿

　　变电站需要装设自动跟踪无功补偿设备，而且要尽量地多分组才能实现较好的跟踪效果。尤其是110kV、35kV变电站作为电网系统中的末端变电站，承担着直接向负载提供电压稳定无功平衡的高质量电能的任务，无功补偿装置显得尤为重要。目前大多数11kV、35kV变电站的无功补偿均不够理想，特别是老变电站虽然原来设计有并联电容器装置，但多数由于不能适应负荷的变化达不到理想的补偿效果，负荷高峰时有的变电站10kV母线功率因数低到0.7 以下，使变电站及以下输变电能力降得很低，损耗很大。在110kV、35kV变电站上安装能够自动跟踪负荷变化进行补偿又能自动调压的新一代高可靠10kV无功自动补偿装置十分重要。

　　目前国内多数变电站安装了综合自动化系统实现了无人值守，变电站实现了综合自动化无人值守，并联电容器装置也势必要改成自动补偿装置。

　　2、线路自动补偿

　　10kV线路无功补偿量的计算方法很多，因为负荷是一个不定的变量。一旦计算确定后一般不再变动，所以只能概算。无功补偿的原则是“就地平衡”，所以要采用“分散和集中、固定和自动相结合”的方法，分3步进行：一是变电所内按主变压器容量的15%左右安装固定补偿电容器组。二是在线路负荷中心或某处按低负荷时的无功需求量安装固定补偿电容器组。三是在线路负荷中心的上侧安装自动补偿电容器组。

　　从中可以看出，节约的无功负荷和补偿电容量有一定的关系。补偿前功率因数在0.85时，节约无功量是补偿电容量的40%。在0.75时节约无功量是补偿电容量的50%。在0.65时节约无功量是补偿电容量的60%，即可以把补偿电容量的百分数用于概算节约的无功损耗量。

　　计算线损量时，因素也较多，因线损与线路长短、线径大小，补偿电容的容量及运行时间有关。根据表3 中负荷为2000kW，补偿前功率因数在0.75，补偿后功率因数在0.96 时，应补偿电容量为120kvar，节约无功消耗按50%约600kvar 减少线路无功电流34A，在不同线径和距离时，节约的有功电量见表3。

　　结束语：

　　对配电网进行无功补偿，提高功率因数、实现无功功率平衡，是一项建设性的降损技术措施。确定无功补偿设备的合理配置和分布，需寻找技术上和经济上的最优方案以提高配电变压器出力，降低线损，提高电质量。