周玉軍 盧春紅

摘 要：無功電源如同有功電源一樣，是保證電力系統(tǒng)的電壓質(zhì)量、降低網(wǎng)絡(luò)損耗以及系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行必不可少的重要組成部分。網(wǎng)絡(luò)元件及負(fù)載所需要的無功功率來源于網(wǎng)絡(luò)中的某個地方，如果要網(wǎng)絡(luò)所需的無功功率都由發(fā)電機(jī)提供并跨過各個電壓等級系統(tǒng)長距離傳輸顯然是不合理的，不符合科學(xué)規(guī)律也很難做?？茖W(xué)合理的方法應(yīng)該是在有無功功率需求的地方產(chǎn)生相適應(yīng)的無功功率，即我們所說的無功補(bǔ)償。在電力系統(tǒng)中，解決好無功補(bǔ)償問題，對提高系統(tǒng)電能質(zhì)量、保證安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、降損節(jié)能等方面都有著極為重要的意義。該文主要針對電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償?shù)脑瓌t、方式、容量確定以及經(jīng)濟(jì)效益等做出論述和分析。

關(guān)鍵詞：無功補(bǔ)償 方式 容量 效益

中圖分類號：TM714.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（b）-00-02

1 無功補(bǔ)償?shù)淖饔眉盁o功補(bǔ)償原則

1.1 電網(wǎng)中的無功電源

1.1.1 同步發(fā)電機(jī)同步發(fā)電機(jī)既是有功電功率電源，同樣也是電網(wǎng)無功功率的來源，額定功率因數(shù)一般為0.8。

1.1.2 同步調(diào)相機(jī)同步調(diào)相機(jī)是連接在電力系統(tǒng)中的同步電動機(jī)。它的主要用途是產(chǎn)生無功功率，提高電力系統(tǒng)功率因數(shù)，提高電能質(zhì)量和系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

1.1.3 輸電線路充電電容高壓輸電線路不僅產(chǎn)生電感，消耗無功，同時具有相線對地電容，產(chǎn)生無功。

1.1.4 電容器靜止電容器按照連接方式分為并聯(lián)電容器補(bǔ)償和串聯(lián)電容補(bǔ)償，采用電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償是系統(tǒng)中廣泛采用的一種方式。

1.2 無功補(bǔ)償?shù)淖饔?/p>

（1）在系統(tǒng)中三相負(fù)載不平衡的情況下（如電氣化鐵道等），應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒o功補(bǔ)償，這樣可以平衡三項(xiàng)的負(fù)載。（2）穩(wěn)定受電端及電網(wǎng)的電壓，提高供電質(zhì)量。為了提高輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和輸電能力，輸電線路應(yīng)適當(dāng)設(shè)置動態(tài)無功補(bǔ)償裝置；（3）提高電力系統(tǒng)及其負(fù)載的功率因數(shù)，降低設(shè)備容量，減少設(shè)備功率損耗；

1.3 配電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)脑瓌t

（1）無功補(bǔ)償?shù)姆绞接幸韵聨追N：高壓補(bǔ)償與低壓補(bǔ)償相結(jié)合，以低壓補(bǔ)償為主；集中補(bǔ)償與分散補(bǔ)償相結(jié)合，以分散補(bǔ)償為主；調(diào)壓與降損相結(jié)合，以降損為主。（2）無功補(bǔ)償應(yīng)合理布局，統(tǒng)一規(guī)劃，分級補(bǔ)償，就地平衡。

2 無功補(bǔ)償容量的計(jì)算

2.1 確定補(bǔ)償容量的方法

確定補(bǔ)償容量的目的是要提高配電網(wǎng)的某種運(yùn)行指標(biāo)，下面介紹幾種常用的確定補(bǔ)償容量的方法。

2.1.1 從提高功率因數(shù)需要確定補(bǔ)償容量假設(shè)電網(wǎng)最大負(fù)荷月的平均有功功率為Pp，補(bǔ)償前的功率因數(shù)為，補(bǔ)償后的的功率因數(shù)為，則補(bǔ)償容量計(jì)算式為：（Kvar）或（Kvar）

式中：—所需補(bǔ)償容量，Kvar；—最大負(fù)荷日平均無功功率，Kvar；—最大負(fù)荷日平均有功功率，KW。

通常將功率因數(shù)從0.9提高到1所需的補(bǔ)償容量，與將功率因數(shù)從0.72提高到0.9所需的補(bǔ)償容量相當(dāng)。因此補(bǔ)償容量即。

2.1.2 從降低線損需要確定補(bǔ)償容量線損率是電力網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一項(xiàng)重要指標(biāo)，在技術(shù)條件一定的情況下，線路損失與流過電流的平方成正比。

補(bǔ)償容量計(jì)算式為：

式中：—補(bǔ)償前線損；—補(bǔ)償后線損；—補(bǔ)償后線損降低百分點(diǎn)；—補(bǔ)償容量；U—線路電壓；P—有功功率；—補(bǔ)償前后容性電流差值；

2.1.3 從提高電網(wǎng)運(yùn)行電壓需要確定補(bǔ)償容量

在配網(wǎng)線路的末端電壓會有一定的損失，尤其是大負(fù)荷，小截面導(dǎo)線的線路，這就需要選擇加裝適當(dāng)容量的補(bǔ)償電容器來提高線路末端電壓。同時也要考慮網(wǎng)絡(luò)電壓正常時，裝設(shè)補(bǔ)償電容不能使網(wǎng)絡(luò)電壓的升高越限，因此，必須確定補(bǔ)償容量與網(wǎng)絡(luò)電壓增量之間的關(guān)系。

單相容量（Kvar）

式中：—投入電容器后的母線電壓，KV；—投入電容器后電壓增量，KV。

三相所需總電容量為：（Kvar）

式中：—投入電容后線電壓增量；

可見，除所包含的電壓和電壓的增量是線電壓和相電壓的區(qū)別外，三相補(bǔ)償容量的表達(dá)式與單相補(bǔ)償容量的表達(dá)式是一樣的。

2.1.4 用無功補(bǔ)償經(jīng)濟(jì)當(dāng)量確定補(bǔ)償容量無功補(bǔ)償經(jīng)濟(jì)當(dāng)量計(jì)算式得知：當(dāng)采用無功補(bǔ)償當(dāng)量確定補(bǔ)償容量時，可將線路分成n段，算出每段的有功損耗值，計(jì)算式為：

式中：—第i段線路的補(bǔ)償容量，Kvar；—第i段線路的無功功率，Kvar；Ri—第i段線路的電阻，Ω。

則n個線段有功損耗的減少總?cè)萘繛椋海↘W）

因此，補(bǔ)償電容容量為：

2.2 低壓電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)某Ｓ梅椒?/p>

低壓電網(wǎng)無功補(bǔ)償常用的三種方式是：隨機(jī)補(bǔ)償、隨器補(bǔ)償和跟蹤補(bǔ)償，目的是實(shí)現(xiàn)無功的就地平衡，

2.2.1 隨機(jī)補(bǔ)償隨機(jī)補(bǔ)償就是將低壓電容器組與電動機(jī)并接，通過控制保護(hù)裝置與電動機(jī)同時投切。為防止電動機(jī)退出運(yùn)行時產(chǎn)生自激過電壓，補(bǔ)償容量一般不應(yīng)大于電動機(jī)的空載無功，即

通常推薦

式中：Ue—額定電壓，KV；Io—電動機(jī)容載電流，A；—補(bǔ)償電容器容量，Kvar。

如排灌電動機(jī)等所帶機(jī)械負(fù)荷軸慣性較大的電機(jī)，補(bǔ)償容量可適當(dāng)加大，大于電機(jī)空載無功負(fù)荷，要注意額定無功負(fù)荷。

對于排灌用普通電機(jī)，可按下式確定補(bǔ)償容量：（Kvar）

式中：Pe—排灌用電機(jī)額定有功功率，KW。

一般電機(jī)功率運(yùn)行小時數(shù)大于1000h時，選用隨機(jī)補(bǔ)償方式更經(jīng)濟(jì)。

2.2.2 隨器補(bǔ)償隨器補(bǔ)償是指將低壓電容器通過低壓熔斷器接在配電變壓器二次側(cè)，以補(bǔ)償配電變壓器空載無功的補(bǔ)償方式。配電變壓器在輕載或空載時的無功負(fù)荷主要是變壓器的空載勵磁無功，計(jì)算公式：

（Kvar）

式中：—變壓器空載勵磁無功功率，（Kvar）；—變壓器空載電流百分?jǐn)?shù)；Se—變壓器額定容量，KVA。

配電變壓器空載無功是網(wǎng)載功負(fù)荷的主要部分。是目前補(bǔ)償配電變壓器無功的有效手段之一。

隨器補(bǔ)償只能補(bǔ)配電變壓器的空載無功。如果補(bǔ)償容量，則配電變壓器接近空載時造成過補(bǔ)償，經(jīng)驗(yàn)表明，在此條件下，當(dāng)出現(xiàn)配電變壓器非全相運(yùn)行時，易產(chǎn)生鐵磁諧振，因此推薦選用。

2.2.3 跟蹤補(bǔ)償跟蹤補(bǔ)償是以無功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置將低壓電容器組補(bǔ)償在用戶0.4 kV母線上的補(bǔ)償方式（稱為跟蹤補(bǔ)償方式）。其固定連接組可起到隨器補(bǔ)償?shù)淖饔?，補(bǔ)償用戶的無功基荷；投切連接組用于補(bǔ)償無功峰荷部分。跟蹤補(bǔ)償適用于100 kVA以上專用配電變壓器的用戶，可以替代隨機(jī)、隨器兩種補(bǔ)償方式。在跟蹤補(bǔ)償與隨機(jī)隨器補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)性接近時，應(yīng)優(yōu)先選用跟蹤補(bǔ)償方式。

2.3 隨機(jī)隨器補(bǔ)償?shù)墓?jié)能效益

安裝隨機(jī)隨器電容器補(bǔ)償后可提高功率因數(shù)，并降低電動機(jī)和變壓器的可變損耗，當(dāng)功率因數(shù)從補(bǔ)償前的，提高到補(bǔ)償后的時，可變損耗降低的百分?jǐn)?shù)計(jì)算式為：

式中：—補(bǔ)償前線損；—補(bǔ)償后線損；—補(bǔ)償后線損降低百分點(diǎn)；R—繞組電阻，Ω；P—有功功率，KW；—補(bǔ)償前功率因數(shù)；—補(bǔ)償后功率因數(shù)；

從上式計(jì)算可知，功率因數(shù)由提高到時對降低可變損耗的效益。

2.4 配電網(wǎng)無功補(bǔ)償配置技術(shù)原則

（1）配電網(wǎng)的無功補(bǔ)償以配電變壓器低壓側(cè)集中補(bǔ)償為主，以高壓補(bǔ)償為輔。（2）配電變壓器的無功補(bǔ)償容量可按變壓器最大負(fù)載率為75 %，負(fù)荷自然功率因數(shù)為0.85考慮，補(bǔ)償?shù)阶儔浩髯畲筘?fù)荷時其高壓側(cè)功率因數(shù)不低于0.95，或按變壓器容量的20%～40%進(jìn)行配置。（3）配電變壓器的電容器組應(yīng)裝設(shè)以電壓為約束條件，根據(jù)無功功率（或無功電流）進(jìn)行分組自動投切的控制裝置。（4）配電線路分散補(bǔ)償，無功補(bǔ)償裝置安裝地點(diǎn)的選擇應(yīng)符合無功就地平衡的原則，盡可能減少主干線上的無功電流為目標(biāo)。一般對于均勻分布無功負(fù)荷的配電線路，其補(bǔ)償容量和安裝位置按[2n/（2n+1）]（其中n為不小于1的整數(shù)）規(guī)則，求得最優(yōu)補(bǔ)償方案。考慮到無功補(bǔ)償裝置的運(yùn)行維護(hù)、補(bǔ)償效益及投資回收期限，因此，沿線的無功補(bǔ)償點(diǎn)以安裝一處為適宜，最多不應(yīng)超過二處，可以直接連接于主干線上和較大的分支線上，每個補(bǔ)償點(diǎn)的容量不宜超過100～150 kvar。配電線路上無功補(bǔ)償容量應(yīng)適當(dāng)控制，并且在線路負(fù)荷低谷時，不應(yīng)出現(xiàn)過補(bǔ)償向系統(tǒng)倒送無功。負(fù)荷在線路上的分布狀況不同，安裝地點(diǎn)也不相同，具體位置應(yīng)根據(jù)負(fù)荷分布特點(diǎn)和容量的大小計(jì)算確定見表1

所示。

3 結(jié)語

無功優(yōu)化已是配網(wǎng)系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的核心問題之一，它的目標(biāo)是在滿足約束條件的前提下，使系統(tǒng)的某個指標(biāo)或多個指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)，在現(xiàn)代化的能量管理系統(tǒng)（EMS）中占有重要地位。配網(wǎng)系統(tǒng)電壓/無功優(yōu)化在保證滿足運(yùn)行約束的同時，用盡量少的無功投入（或盡量少的無功補(bǔ)償設(shè)備投資），最大限度地改善電壓質(zhì)量、降低網(wǎng)損。隨著電力科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，配電網(wǎng)無功補(bǔ)償技術(shù)必定會再上新臺階，滿足新需求！

參考文獻(xiàn)

[1] 王合貞.高壓并聯(lián)電容器無功補(bǔ)償實(shí)用技術(shù)[M].中國電力出版社，2006-09.