淺談配電系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)

陳應(yīng)霞 梁德華

（國(guó)網(wǎng)重慶大足區(qū)供電有限責(zé)任公司，重慶 402360）

1 目前我國(guó)電網(wǎng)中常見(jiàn)的無(wú)功補(bǔ)償方式分類(lèi)及其特點(diǎn)

1.1 按補(bǔ)償方式進(jìn)行分類(lèi)

（1）在變電站集中補(bǔ)償：在高低壓配電線路中安裝并聯(lián)電容器組，用以補(bǔ)償主變的空載無(wú)功損耗并適當(dāng)補(bǔ)償輸電線路的無(wú)功功率損耗，以改善輸電網(wǎng)的功率因數(shù)，提高終端變電站電壓；（2）隨線補(bǔ)償：在高壓配電線路上分散安裝并聯(lián)電容器，主要補(bǔ)償配電線路的無(wú)功功率，以提高配電網(wǎng)功率因數(shù)，達(dá)到降損升壓的目的；（3）隨器補(bǔ)償和隨機(jī)補(bǔ)償：在配電變壓器低壓側(cè)和用戶車(chē)間配電屏或電動(dòng)機(jī)上直接安裝并聯(lián)補(bǔ)償電容器，接線簡(jiǎn)單，投資少，安裝容易，配置方便靈活，維護(hù)簡(jiǎn)單，事故率低，但易產(chǎn)生鐵磁諧振；（4）低壓集中補(bǔ)償：在用戶專(zhuān)用變壓器及農(nóng)網(wǎng)中廣泛采用，但在公用變壓器上由于管理、維護(hù)問(wèn)題，容易成為生產(chǎn)安全隱患而難以采用，而且無(wú)法減少低壓線路上的無(wú)功傳輸；（5）低壓分散補(bǔ)償：在節(jié)能降損、改善電壓質(zhì)量、提高線路供電能力方面效果明顯，但容易造成補(bǔ)償容量和地點(diǎn)較難選擇，電容器在輕載時(shí)閑置，使設(shè)備利用率不高；（6）單臺(tái)電動(dòng)機(jī)就地補(bǔ)償：在單臺(tái)電動(dòng)機(jī)處安裝并聯(lián)電容器等無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，不僅可使功率消耗小，功率因數(shù)提高，還可以充分挖掘設(shè)備輸送功率的潛力。

1.2 按補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行分類(lèi)

（1）同步調(diào)相機(jī)：同步調(diào)相機(jī)實(shí)質(zhì)是一種不帶機(jī)械負(fù)載的同步電動(dòng)機(jī)，它在過(guò)激運(yùn)行時(shí)向系統(tǒng)供應(yīng)感性無(wú)功功率，欠勵(lì)運(yùn)行時(shí)從系統(tǒng)吸收感性無(wú)功功率，對(duì)提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性有很大好處；（2）靜止補(bǔ)償裝置：該裝置主要由并聯(lián)電容器和飽和電抗器組成，能平滑無(wú)級(jí)地調(diào)節(jié)無(wú)功功率和電壓，可實(shí)現(xiàn)在幾個(gè)周波內(nèi)進(jìn)行快速調(diào)節(jié)；（3）同步電動(dòng)機(jī)：同步電動(dòng)機(jī)過(guò)激運(yùn)行時(shí)向系統(tǒng)供應(yīng)感性無(wú)功功率，欠勵(lì)運(yùn)行時(shí)從系統(tǒng)吸收感性無(wú)功功率，能明顯改善系統(tǒng)的功率因數(shù)，但設(shè)備投資成本高，維護(hù)工作量大；（4）移相電容器：移相電容器設(shè)備投資少，有功損耗小，維護(hù)工作量小，不會(huì)增大系統(tǒng)的短路容量，但只能分級(jí)補(bǔ)償，不能吸收無(wú)功功率，且對(duì)環(huán)境溫度及運(yùn)行電壓要求較高。

2 無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用與分析

2.1 無(wú)功功率補(bǔ)償技術(shù)的原理及作用

在交流電路中，有功功率將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能、光能、熱能；無(wú)功功率則用于電路內(nèi)電場(chǎng)與磁場(chǎng)的交換，并用來(lái)在電氣設(shè)備中建立和維持磁場(chǎng)。凡是有電磁線圈的電氣設(shè)備，要建立磁場(chǎng)就要消耗無(wú)功功率。無(wú)功功率決不是無(wú)用功率，它的用處很大，電動(dòng)機(jī)需要建立和維持旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)就是靠從電源取得無(wú)功功率建立的；變壓器也同樣需要無(wú)功功率，才能使變壓器的一次線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，在二次線圈感應(yīng)出電壓，如果沒(méi)有無(wú)功功率電動(dòng)機(jī)就不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，變壓器也不能變壓，交流接觸器不會(huì)吸合

無(wú)功補(bǔ)償電壓的調(diào)整：

1）電容器投入對(duì)變壓器負(fù)載側(cè)電壓的調(diào)整:在電容器投入前變壓器負(fù)載側(cè)功率因數(shù)為cosψo(hù)，負(fù)載側(cè)電壓值為偏，而當(dāng)電容器投入后負(fù)載功率因數(shù)提高為cosψ，則電容器投入后負(fù)載側(cè)電壓值增加為U20，其計(jì)算式為:

式中，嘛為變壓器負(fù)載側(cè)額定電壓（kV） ; U1:為變壓器電源側(cè)運(yùn)行電壓（kV）；U2為變壓器電源側(cè)運(yùn)行電壓分接頭值（kV） 。

2）電容器切除對(duì)變壓器負(fù)載側(cè)電壓值的調(diào)整:在電容器切除前變壓器負(fù)載側(cè)功率因數(shù)為coscψo(hù)，負(fù)載側(cè)電壓值為U20，而當(dāng)電容器切除后負(fù)載側(cè)功率因數(shù)下降為cosψo(hù)，則電容器切除后負(fù)載側(cè)電壓值下降為U1，則電容器切除后負(fù)載側(cè)電壓值下降為U2，其計(jì)算

式為:

2.2 應(yīng)用無(wú)功功率補(bǔ)償技術(shù)的必要性

無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)闹饕康氖菫榱颂岣吖β室驍?shù)，常用電氣設(shè)備的功率因數(shù)除白熾燈、電熱器等接近1外，電動(dòng)機(jī)、變壓器、架空線及電氣儀表的功率因數(shù)均小于1，如交流異步電動(dòng)機(jī)，在空載時(shí)的功率因數(shù)只有0.2-0.3；在輕載時(shí)均為0.5；在額定負(fù)載時(shí)均為0.7-0.89。負(fù)載時(shí)功率因數(shù)低對(duì)供、用電設(shè)備會(huì)產(chǎn)生一定的不良影響，具體為：（1）降低發(fā)電機(jī)有功功率的輸出；（2）降低輸、變電輸電線路供給的無(wú)功功率，使得供電質(zhì)量降低；（3）造成線路電壓損失增大和電力系統(tǒng)電能損耗的增加；（4）造成低功率因數(shù)運(yùn)行和電壓下降，使電力系統(tǒng)和用電企業(yè)的電氣設(shè)備不能被充分利用。對(duì)電力系統(tǒng)輸配電線路來(lái)說(shuō)，當(dāng)輸送同樣大小的有功功率P＝IUcosφ準(zhǔn)時(shí)，功率因數(shù)cos準(zhǔn)越低，輸電線路中的電流I＝P/Ucosφ準(zhǔn)就越大，勢(shì)必造成線路中電壓降增大，這將導(dǎo)致線路末端的電壓降低，所以在電網(wǎng)中要設(shè)置一些無(wú)功補(bǔ)償裝置來(lái)提高功率因數(shù)是非常必要的，這樣可保證用電設(shè)備在額定電壓下工作及用戶對(duì)無(wú)功功率的需求，不僅提高電力系統(tǒng)和用電企業(yè)設(shè)備的利用率，減小電能損耗，也是提高用電質(zhì)量、節(jié)約用電的一項(xiàng)很重要的技術(shù)措施。

2.3 電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的現(xiàn)狀和策略

在電力系統(tǒng)中一個(gè)非常重要的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是電能質(zhì)量，而電壓是電能質(zhì)量的最核心的影響因素。近些年，我國(guó)對(duì)電氣自動(dòng)化中的無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)做了很多深入的研究，采用的無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)主要有：（1）真空斷路投切電容器；（2）可控飽和電抗器；（3）有源濾波器；（4）固定濾波器、電容器和電抗器的調(diào)壓；（5）有源濾波器和無(wú)源濾波器等，應(yīng)用在變電站方面居多，一般的220kV變電站有較多的無(wú)功調(diào)節(jié)功能，其調(diào)節(jié)的容量根據(jù)地區(qū)的不同而有所不同，負(fù)荷功率因數(shù)在最高峰時(shí)可以達(dá)到0.98左右，要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)對(duì)變壓器合理地進(jìn)行調(diào)整和補(bǔ)償，還需要有具體細(xì)化的應(yīng)用方案來(lái)提升無(wú)功補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用效果。我國(guó)的電氣化鐵路對(duì)無(wú)功補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用主要方式是AT供電方式，用的是SCOTT變壓器，用晶閘管電子開(kāi)關(guān)來(lái)控制電容的投切，這個(gè)策略在我國(guó)鐵路的現(xiàn)狀上來(lái)看，能夠很大程度地降低較長(zhǎng)輻射線路上存在的負(fù)序問(wèn)題，既降低了資源浪費(fèi)的可能性，也提高了電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的安全性。

3 無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)在供電系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 變電站

無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)變電站是一個(gè)供電區(qū)域的供電中心，用不同電壓等級(jí)的配電線路向用戶供電。按照“分級(jí)補(bǔ)償，就地平衡”的原則，配電線路和電力用戶應(yīng)該基本達(dá)到無(wú)功功率平衡，不向變電站索取無(wú)功電力。容性無(wú)功補(bǔ)償裝置以補(bǔ)償主變壓器無(wú)功損耗為主，并適當(dāng)兼顧負(fù)荷側(cè)的無(wú)功補(bǔ)償。容性無(wú)功補(bǔ)償裝置的容量可根據(jù)主變壓器容量來(lái)確定，可按主變壓器容量的10%～30%配置，并滿足220～500kV主變壓器最大負(fù)荷時(shí)，其高壓側(cè)功率因數(shù)不低于0.95的要求。當(dāng)主變壓器單臺(tái)容量為40MVA及以上時(shí)，每臺(tái)主變壓器應(yīng)配置不少于兩組的容性無(wú)功補(bǔ)償裝置。變壓器為建立并維持交變磁場(chǎng)所需消耗的無(wú)功功率約占30%，一般約為其額定容量10%～15%，他的空載無(wú)功功率約為滿載時(shí)的1/3。變壓器的無(wú)功功率損耗由兩部分組成，勵(lì)磁支路的無(wú)功功率損耗和繞組漏抗中的無(wú)功功率損耗。勵(lì)磁支路的無(wú)功功率損耗與變壓器所施加的電壓有關(guān)，繞組漏抗中的無(wú)功功率損耗與變壓器的通過(guò)功率成比例。無(wú)功功率不宜長(zhǎng)距離輸送，所以一般在超高壓樞紐變電站主變壓器低壓側(cè)安裝無(wú)功補(bǔ)償裝置來(lái)滿足無(wú)功功率的就地平衡，使其平衡在系統(tǒng)額定電壓運(yùn)行水平。

3.2 配電線路的無(wú)功補(bǔ)償

（1）以分支線路所帶配電變壓器的空載無(wú)功損耗來(lái)確定分組補(bǔ)償容量；（2）選擇負(fù)荷較大的分支線確定補(bǔ)償點(diǎn)；（3）小分支和個(gè)別配電變壓器，可視為主干線上的近似均勻分佰負(fù)荷，可按需要確定補(bǔ)償點(diǎn)和補(bǔ)償容量；（4）所有配電變壓器的負(fù)載無(wú)功損耗均以用戶自主補(bǔ)償為主，如果用戶未進(jìn)行補(bǔ)償或補(bǔ)償容量不足，仍需向主干線索取無(wú)功。從以上分析可見(jiàn)，線路的補(bǔ)償容量是按配電變壓器的空載無(wú)功損耗來(lái)確定的。帶上負(fù)載以后，如果用戶補(bǔ)償設(shè)備投人不足，線路就會(huì)處于欠補(bǔ)償狀態(tài)。這雖然不是最優(yōu)補(bǔ)償方式，但可以達(dá)到補(bǔ)償無(wú)功需求量70%左右的水平，對(duì)于目前我國(guó)的配電線路來(lái)講，能做到也不容易了。研究表明，輸電線路的無(wú)功過(guò)剩部分應(yīng)在本線路的兩端等量補(bǔ)償，即在本線兩端等量動(dòng)態(tài)就地平衡。無(wú)功就地動(dòng)態(tài)平衡指的是哪里有無(wú)功負(fù)荷就在哪里補(bǔ)償，有多少無(wú)功負(fù)荷就補(bǔ)償多少，什么時(shí)候用就什么時(shí)候補(bǔ)償。

3.3 電力用戶的無(wú)功補(bǔ)償

用戶無(wú)功補(bǔ)償目的主要有兩個(gè)：一是通過(guò)無(wú)功補(bǔ)償，使用戶內(nèi)部供電網(wǎng)絡(luò)的無(wú)功線損降到最低限度，以求獲得最大的降損節(jié)電效益；二是通過(guò)補(bǔ)償，達(dá)到國(guó)家規(guī)定的功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并爭(zhēng)取獲得更多的電費(fèi)獎(jiǎng)勵(lì)。加強(qiáng)用戶側(cè)無(wú)功補(bǔ)償?shù)墓芾砗凸?jié)能降損宣傳力度，使用戶認(rèn)識(shí)到即使是未進(jìn)行功率考核的小容量用戶，加強(qiáng)無(wú)功補(bǔ)償可以減少內(nèi)部因傳輸和分配無(wú)功功率造成的有功功率損耗，因而相應(yīng)可以減少電費(fèi)的支出。因此在確定該單位應(yīng)達(dá)到的功率因數(shù)最佳水平后，應(yīng)分析并確定采用的最佳補(bǔ)償方式和最優(yōu)補(bǔ)償容量電力用戶的無(wú)功補(bǔ)償方式，根據(jù)用戶的供電規(guī)模和供電方式，分為三種形式：集中補(bǔ)償、分組補(bǔ)償和個(gè)別補(bǔ)償。

[1]謝常華.電氣自動(dòng)化的發(fā)展[J].企業(yè)導(dǎo)報(bào)，2010（11）.

[2]李征光.中低壓配電網(wǎng)的無(wú)功補(bǔ)償優(yōu)化[J].農(nóng)村電氣化，2006.