淺析無功補(bǔ)償對(duì)于供電企業(yè)降損的重要性

國網(wǎng)山東平邑縣供電公司 邱繼超 崔紅淼 姬 帥

無功補(bǔ)償對(duì)于供電企業(yè)來說，不僅對(duì)于電壓管理十分重要，對(duì)于降低線損也具有相當(dāng)?shù)闹匾浴?/p>

1 無功電流對(duì)供電損失的影響

在線路的負(fù)載中存在著大量感性負(fù)載使得線路功率因數(shù)降低在輸送同樣的功率下，功率因數(shù)下降，負(fù)載電流就提高，線路損失成平方比增加.要減少損失，就必須減少電流。

線路電流I分為有功電流分量Ir，無功電流分量IX.如果功率因數(shù)為cos￠，線路損失為△P，則：

有功電流造成的損失為：

無功電流造成的損失分量為：

在一定的線路中，有功電流造成的損失分量△Pr是不可改變的，但△PX可通過無功補(bǔ)償方法，減少無功電流使△PX減少，使總損失△P＝△P十△PX減少。

無功電流在線路中造成的損失功率與si n2∮成正比，在cos￠較低時(shí)，△PX占△P的比例是很大的。

所以，降低無功消耗、加強(qiáng)無功補(bǔ)償是降低線路損失的一個(gè)重要措施。

2 提高功率因數(shù)的意義

除白熾燈、電阻電熱器等用電設(shè)備的功率因數(shù)接近于1之外，其他如三相交流異步電動(dòng)機(jī)、變壓器、電焊機(jī)、電抗器、架空線路等的功率因數(shù)均小于1，特別是輕載的情況下，功率因數(shù)更低。

用電設(shè)備功率因數(shù)降低之后，將帶來許多不良后果：

（1）使電力系統(tǒng)內(nèi)的電氣設(shè)備容量不能得到充分利用。因?yàn)榘l(fā)電機(jī)或變壓器都有一定的額定電流和額定電壓，在正常情況下是不容許超過的，根據(jù) ，若功率因數(shù)降低，則有功功率將隨之降低，使設(shè)備容量不能得到充分利用。

（2）增加輸、配電線路中的有功功率和電能損耗。設(shè)備功率因數(shù)降低，在線路輸送同樣有功功率時(shí),線路中就會(huì)流過更多的電流，使線路中的有功功率損耗增加。

（3）功率因數(shù)降低，還使線路的電壓損失增加，結(jié)果在負(fù)載端的電壓下降，甚至?xí)?yán)重影響電動(dòng)機(jī)及其他用電設(shè)備的正常運(yùn)行。特別在用電高峰季節(jié)，功率因數(shù)太低，會(huì)出現(xiàn)大面積的電壓偏低，這對(duì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來很大的損失。

所以，電力系統(tǒng)的功率因數(shù)高低，是需要認(rèn)真研究的一個(gè)重要課題，必須設(shè)法提高電力網(wǎng)中各個(gè)組成部分的功率因數(shù)，以充分利用發(fā)變電設(shè)備的容量，增加其發(fā)輸電能力，減少供電線路中的有功功率和電能損耗，并降低線路中的電壓損失與電壓波動(dòng)，以達(dá)到節(jié)約電能和提高供電質(zhì)量的目的。

3 提高功率因數(shù)的措施

提高功率因數(shù)的途徑：一是提高自然功率因數(shù)，減少電力系統(tǒng)中各個(gè)部分所需的無功功率，特別是減少負(fù)載的無功功率消耗；二是進(jìn)行無功補(bǔ)償。

3.1 提高自然功率因數(shù)

采用降低各變電、用電設(shè)備所需的無功功率以改善其功率因數(shù)的措施，稱為提高自然功率因數(shù)。主要有：

（1）正確選用異步電動(dòng)機(jī)的型號(hào)和容量。

異步電動(dòng)機(jī)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有很大的比重，異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)和效率，負(fù)荷率在70%以上時(shí)最高，在額定功率時(shí)的cos￠約為0.85～0.89；而在空載和輕載運(yùn)行時(shí)的功率因數(shù)和效率都很低，空載時(shí)的cos￠只有0.2～0.3。因此，正確選用異步電動(dòng)機(jī)的容量使其與所帶負(fù)載相匹配，對(duì)于改善功率因數(shù)是十分重要的。

（2）合理選擇變壓器容量。

表1 補(bǔ)償率（q）表

變壓器在電磁轉(zhuǎn)換過程中需要一定的勵(lì)磁功率，而勵(lì)磁功率中絕大部分是無功功率，其所需無功功率Q的大小，可用空載電流I0近似算出，即：

式中Ue為額定電壓。

在變壓器二次側(cè)所帶負(fù)荷功率因數(shù)一定的情況下，變壓器一次功率因數(shù)的高低，取決于其負(fù)荷率的高低。負(fù)荷率高，則一次功率因數(shù)高；反之，一次功率因數(shù)低，空載時(shí)，功率因數(shù)最低。為了避免變壓器的空載和輕載運(yùn)行，一般變壓器的負(fù)荷率在50%以上時(shí)比較經(jīng)濟(jì)。

3.2 采取無功補(bǔ)償

用無功補(bǔ)償設(shè)備補(bǔ)償用電設(shè)備所需的無功功率，以達(dá)到提高功率因數(shù)的目的，這種方法稱為人工無功補(bǔ)償方法。

無功補(bǔ)償設(shè)備有移相電容器、同步電動(dòng)機(jī)和同步調(diào)相機(jī)。電容器補(bǔ)償因具有有功損耗小、安裝維護(hù)方便、投資少而被廣泛采用。

（1）補(bǔ)償（見表1）容量的計(jì)算。

如果功率因數(shù)補(bǔ)償前cos￠1，補(bǔ)償后要達(dá)到cos￠2，則補(bǔ)償容量按下式計(jì)算：

缺乏資料時(shí)，10kV變壓器處的低壓補(bǔ)償電容器的容量可取10kV變壓器容量的7%～10%，但不應(yīng)在負(fù)荷低谷時(shí)發(fā)生過補(bǔ)償。

（2）補(bǔ)償方式及分析。

補(bǔ)償方式分為分散補(bǔ)償和集中補(bǔ)償，還可分為隨機(jī)、隨器就地補(bǔ)償、線路補(bǔ)償和變電所集中補(bǔ)償?shù)取?/p>

1)隨機(jī)補(bǔ)償，把補(bǔ)償電容器安裝在電動(dòng)機(jī)、電焊機(jī)等吸取無功功率的用電設(shè)備附近，使用電設(shè)備所需無功實(shí)現(xiàn)就地平衡。這種補(bǔ)償方式節(jié)能效果好，但是補(bǔ)償設(shè)備利用率低、投資大，所以適用于運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)的大容量用電設(shè)備或由較長(zhǎng)線路供電的情況。

2)隨器補(bǔ)償，即在配電變壓器低壓側(cè)并聯(lián)電容器進(jìn)行補(bǔ)償，一是補(bǔ)償負(fù)載所需無功，二是補(bǔ)償本身無功需求。由于大多數(shù)負(fù)載是隨時(shí)間、隨季節(jié)變化的，采用自動(dòng)補(bǔ)償或分組補(bǔ)償較好，在采取固定補(bǔ)償時(shí)，低負(fù)載會(huì)產(chǎn)生過補(bǔ)償現(xiàn)象，使電壓升高，所以固定補(bǔ)償容量不應(yīng)選擇過大，應(yīng)為平均所需無功容量的1/3～2/3為宜。

這種補(bǔ)償方式，能降低配電線路及以上線路設(shè)備的電能損失，但對(duì)補(bǔ)償點(diǎn)以下線路無降損作用。

3)線路集中補(bǔ)償。即在多負(fù)荷點(diǎn)線路上一點(diǎn)或若干點(diǎn)并聯(lián)補(bǔ)償電容器進(jìn)行補(bǔ)償。例如配電線路上的補(bǔ)償，這種補(bǔ)償方式的節(jié)能效果與補(bǔ)償?shù)攸c(diǎn)和補(bǔ)償容量有關(guān)，應(yīng)科學(xué)地選擇。①在線路上取一點(diǎn)補(bǔ)償?shù)那闆r下，補(bǔ)償點(diǎn)在線路首端時(shí)，線路中的無功電流分布無變化，沒節(jié)能效果；在線路末端，可能存在無功倒送。只要補(bǔ)償點(diǎn)不在首端，補(bǔ)償點(diǎn)之前各段無功電流就會(huì)發(fā)生變化，從而電能損耗也發(fā)生變化，變化的大小和范圍與補(bǔ)償容量有關(guān)。最優(yōu)補(bǔ)償?shù)攸c(diǎn)從首端起在線路總長(zhǎng)的2/3處，補(bǔ)償容量取全補(bǔ)償?shù)?/3，這時(shí)節(jié)電效率最高達(dá)88%以上。在一般情況下，補(bǔ)償?shù)攸c(diǎn)取在線路的1/2～4/5，補(bǔ)償容量為全補(bǔ)償?shù)?/2～4/5，這時(shí)的節(jié)電效率在80%左右。②多點(diǎn)補(bǔ)償。如果線路分支較大或線路較長(zhǎng)負(fù)載自然功率因數(shù)低，可采用分支線分段補(bǔ)償方式，在每一補(bǔ)償段或分支中的補(bǔ)償?shù)攸c(diǎn)和補(bǔ)償容量的選擇，按前上述原則選取，可取得更高的節(jié)電效率。③在線路負(fù)載波動(dòng)大的線路，按平均負(fù)載和平均功率因數(shù)進(jìn)行選擇。在最小負(fù)載時(shí)可能出現(xiàn)過補(bǔ)償現(xiàn)象，但對(duì)整個(gè)節(jié)能效果影響不大。

線路集中補(bǔ)償簡(jiǎn)單、投資少、設(shè)備利用率高，能改善線路電壓質(zhì)量，是應(yīng)推廣的一種補(bǔ)償方法。

4)變電所集中補(bǔ)償。目前在變電所10k V母線上設(shè)置一組或多組電容器組，根據(jù)電壓和功率因數(shù)需要投切。這種補(bǔ)償方式節(jié)能效果不如前幾種方式顯著，但系統(tǒng)電壓低時(shí)，能改善電壓質(zhì)量，一般應(yīng)作為其他補(bǔ)償方式的補(bǔ)充。各種補(bǔ)償方式對(duì)降損的影響：

各種補(bǔ)償方式的無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量C

可見，低壓補(bǔ)償降損效果優(yōu)于高壓補(bǔ)償，隨機(jī)補(bǔ)償降損效果最好。

（3）無功補(bǔ)償?shù)脑瓌t。

1)總體平衡和局部平衡相結(jié)合——既要滿足電網(wǎng)的無功平衡，又要滿足分站、線路的無功平衡。

2)集中補(bǔ)償與分散補(bǔ)償相結(jié)合，以分散補(bǔ)償為主。

3)高壓補(bǔ)償與低壓補(bǔ)償相結(jié)合，以低壓補(bǔ)償為主。

4)降損與調(diào)壓相結(jié)合，以降損為主，兼顧調(diào)壓。

供電部門的無功補(bǔ)償與用戶的無功補(bǔ)償相結(jié)合，以就地平衡為主。