探討配電網(wǎng)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用

溫州市龍灣永強(qiáng)供電公司 薛迪勝 趙佰南

當(dāng)前社會(huì)發(fā)展迅速，人們對(duì)電能的依賴程度不斷增加，保證電能供應(yīng)質(zhì)量，關(guān)系著供電單位的外在形象以及經(jīng)濟(jì)效益的增長(zhǎng)。無功補(bǔ)償可保證電氣設(shè)備的正常運(yùn)行，降低給有功功率造成的不良影響，降小配電網(wǎng)線損的同時(shí)，保證供電質(zhì)量，因此，供電單位應(yīng)做好無功補(bǔ)償技術(shù)的研究，保證配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，為人們的生產(chǎn)生活提供優(yōu)質(zhì)的電能，滿意的服務(wù)。

一、無功功率及補(bǔ)償原理

配電網(wǎng)中的功率分為有功功率、無功功率與視在功率，其中有功功率指做功消耗的功率，視在功率是有功功率與無功功率的向量和。為加深對(duì)無功補(bǔ)償?shù)睦斫?，在探討無功補(bǔ)償原理之前，有必要對(duì)配電網(wǎng)中無功功率進(jìn)行分析，以正確認(rèn)識(shí)無功功率存在的客觀性與必要性。

1.無功功率

眾所周知，配電網(wǎng)中存在電流與磁場(chǎng)間的轉(zhuǎn)換，電氣設(shè)備中用于建立與維持磁場(chǎng)的電功率，即為無功功率。無功功率不對(duì)外做功，但是維持電氣設(shè)備及配電網(wǎng)正常運(yùn)行的重要功率，例如，變壓器線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)，都需要從電源中獲得無功功率加以維持。考慮到配電網(wǎng)中電磁間的轉(zhuǎn)化復(fù)雜，配電網(wǎng)提供的無功功率無法滿足負(fù)荷要求，因此，需應(yīng)用專業(yè)技術(shù)對(duì)無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，確保用電設(shè)備在額定功率狀態(tài)下工作。

2.無功補(bǔ)償原理

無功補(bǔ)償?shù)脑頌椋簩⒏行怨β守?fù)荷和容性功率負(fù)荷裝置并聯(lián)接入到同一電路中，當(dāng)感性負(fù)荷釋放能量時(shí)，容性負(fù)荷會(huì)吸收釋放的能量，反之，感性負(fù)荷會(huì)吸收容性負(fù)荷釋放的能量，這樣能量便在兩者之間相互交換，最終實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償?shù)哪康摹?/p>

二、無功補(bǔ)償作用與實(shí)現(xiàn)方式

1.無功補(bǔ)償作用

在配電網(wǎng)中進(jìn)行無功補(bǔ)償具有重要作用，主要體現(xiàn)在以下方面：首先，保證電壓質(zhì)量。用Ia、Ir分別表示有功、無功電流，△U表示電壓損失，則計(jì)算公式為：

公式中字母含義如表1所示：

表1 公式中的字母與含義

由公式可知，在有功功率不變的情況下，線路總電阻以及線路感抗為定值時(shí)，無功功率Q越小，電壓損失的越小，可很好的保證電壓質(zhì)量。其次，節(jié)約投資成本。無功補(bǔ)償后功率因數(shù)由cosφ1提高至cosφ2，可將變壓器的利用率提高為：

能夠帶更多的負(fù)荷，降低了輸變電設(shè)備的投資成本。再次，降低電費(fèi)支出。降低有功功率對(duì)無功功率的補(bǔ)償，用戶使用電量減小，電費(fèi)也會(huì)因此而減少。最后，提升配電網(wǎng)傳輸能力。無功補(bǔ)償時(shí)，功率因數(shù)升高，需要電網(wǎng)傳輸?shù)墓β首冃。潆娋W(wǎng)的傳輸能力得以提升。

2.無功補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)方式

無功補(bǔ)償中常用的方式有三種：低壓個(gè)別補(bǔ)償、低壓集中補(bǔ)償、高壓集中補(bǔ)償。其中低壓個(gè)別補(bǔ)償指，在綜合分析個(gè)別用電設(shè)備無功功率需求的基礎(chǔ)上，使用低壓電容器采用分散方式與用電設(shè)備并聯(lián)。該補(bǔ)償方式適合應(yīng)用在連續(xù)運(yùn)行且消耗無功功率較大的電氣設(shè)備上，具有配置方便、安裝簡(jiǎn)單，不會(huì)發(fā)生無功倒送的情況等優(yōu)點(diǎn)。

低壓集中補(bǔ)償指，通過低壓開關(guān)將低壓電容器與配電變壓器低壓母線側(cè)連接在一起，借助無功補(bǔ)償投切裝置，結(jié)合低壓母線上的無功負(fù)荷大小，對(duì)電容器的投切進(jìn)行控制。需要注意的是，電容器以整組方式進(jìn)行投切，無法進(jìn)行平滑調(diào)節(jié)。該種補(bǔ)償方式的優(yōu)點(diǎn)有：無功可降低平衡、運(yùn)維工作量投入小、接線操作簡(jiǎn)單，在提高配變利用率的同時(shí)，減少線損，在無功補(bǔ)償中的應(yīng)用率較高。

高壓集中補(bǔ)償指，在變電所6～10kV高壓母線側(cè)安裝并聯(lián)電容器組的補(bǔ)償方式。該種補(bǔ)償方式適合應(yīng)用在供電線路末端或遠(yuǎn)離變電所，用戶自身具有一定高壓負(fù)荷的情況下。配電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，補(bǔ)償裝置可在參考負(fù)荷大小的基礎(chǔ)上，自動(dòng)進(jìn)行投切，不僅能明顯提升用戶的功率因數(shù)，而且具有較高的補(bǔ)償效益。

三、無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用

為確保無功補(bǔ)償技術(shù)在配電網(wǎng)中更好的應(yīng)用，供電單位應(yīng)做好不同無功補(bǔ)償方式的研究，結(jié)合配電網(wǎng)實(shí)際情況，選擇合理的補(bǔ)償方式。同時(shí)，還應(yīng)注重以下內(nèi)容的考慮：

1.遵守補(bǔ)償原則

配電網(wǎng)無功補(bǔ)償是一項(xiàng)專業(yè)性較強(qiáng)的工作，為實(shí)現(xiàn)更好的補(bǔ)償效果，供電單位應(yīng)注重遵守以下原則：全面規(guī)劃原則。設(shè)計(jì)與構(gòu)建配電網(wǎng)時(shí)，應(yīng)做好充分的調(diào)查，認(rèn)真考慮配電網(wǎng)負(fù)荷情況，以及所用電氣設(shè)備數(shù)量、類型等內(nèi)容，將無功補(bǔ)償納入設(shè)計(jì)工作的重點(diǎn)，對(duì)無功補(bǔ)償進(jìn)行全面規(guī)劃。如此才能在保證配電網(wǎng)建設(shè)工作穩(wěn)步推進(jìn)的基礎(chǔ)上，更好的投入運(yùn)營(yíng)。合理布局原則。配電網(wǎng)無功補(bǔ)償時(shí)，還應(yīng)注重合理性，既要考慮補(bǔ)償位置選擇的合理性，又要保證補(bǔ)償裝置、補(bǔ)償容量選擇的合理性。分級(jí)補(bǔ)償原則。對(duì)配電線路無功補(bǔ)償方案進(jìn)行充分的論證，分析影響無功補(bǔ)償?shù)囊蛩兀瑥慕?jīng)濟(jì)投入，實(shí)施難易程度上加以權(quán)衡，確定最佳的分級(jí)補(bǔ)償方案。就地平衡原則。配電網(wǎng)無功補(bǔ)償時(shí)，應(yīng)注重遵守就地平衡原則，提高補(bǔ)償質(zhì)量的同時(shí)，降低給配電網(wǎng)正常運(yùn)行的影響。

2.明確補(bǔ)償容量

配電網(wǎng)中應(yīng)用無功補(bǔ)償技術(shù)時(shí)，確定合理的補(bǔ)償容量最為關(guān)鍵。確定無功補(bǔ)償容量時(shí)，一方面，明確補(bǔ)償依據(jù)。不同的無功補(bǔ)償依據(jù)，采用的計(jì)算方法不同，需要供電單位明確不同補(bǔ)償依據(jù)的計(jì)算方法，準(zhǔn)確的計(jì)算出補(bǔ)償容量。例如，以提高電壓作為補(bǔ)償計(jì)算的依據(jù)，可采用以下公式：

其中△U為需要提高的電壓值，U2為需要達(dá)到的電壓值，X為線路電抗。另一方面，考慮補(bǔ)償細(xì)節(jié)。如10KV配電變壓器容量超過100KVA時(shí)應(yīng)考慮進(jìn)行無功補(bǔ)償，即，使用自動(dòng)投切補(bǔ)償裝置，并根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)確定合理的補(bǔ)償容量。10KV配電線路可結(jié)合負(fù)荷實(shí)際，采用分散方式進(jìn)行補(bǔ)償。超過5KW的交流異步電動(dòng)機(jī)，應(yīng)采用隨機(jī)方式補(bǔ)償，補(bǔ)償容量參考電動(dòng)機(jī)無功損耗確定。

3.優(yōu)選補(bǔ)償裝置

配電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)需借助專門的補(bǔ)償裝置，因此，補(bǔ)償裝置選擇的合理與否直接影響補(bǔ)償質(zhì)量，這就要求供電單位提高認(rèn)識(shí)，結(jié)合配電網(wǎng)負(fù)荷情況，認(rèn)真對(duì)比不同補(bǔ)償裝置性能，選擇工作穩(wěn)定、性能優(yōu)良，又能滿足無功補(bǔ)償需要的補(bǔ)償裝置。目前配電網(wǎng)無功補(bǔ)償裝置有：同步發(fā)電機(jī)、靜止無功補(bǔ)償器、靜止無功發(fā)生器等，其中同步發(fā)電機(jī)在額定狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，可產(chǎn)生無功功率，計(jì)算公式為：

其中S表示視在功率、P表示有功功率、a為功率因數(shù)角。

靜止無功補(bǔ)償器由晶閘管控制的投切電抗器、電容器等構(gòu)成，其中晶閘管反應(yīng)靈敏度較高，而且通斷次數(shù)無限制。一旦電壓發(fā)生變化，補(bǔ)償器能夠快速反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)平滑的調(diào)節(jié)，以滿足配電網(wǎng)無功補(bǔ)償需求。另外其還可應(yīng)用到分相補(bǔ)償，以及存在沖擊負(fù)荷、三相不平衡負(fù)荷的環(huán)境中。但需要注意的是，投切過程中容易產(chǎn)生高次諧波，應(yīng)安裝濾波器。

靜止無功發(fā)生器在晶閘管控制下，可將電容上的直流電源轉(zhuǎn)化為何電力系統(tǒng)相適應(yīng)的三相交流電壓，通過變壓器以及電抗器接入到配電網(wǎng)中。對(duì)發(fā)生器的輸出電壓進(jìn)行適當(dāng)控制，可改變其運(yùn)行狀態(tài)，包括零負(fù)荷、感性、容性等狀態(tài)。該裝置產(chǎn)生的諧波較少，而且注入的無功功率明顯。綜上，供電單位選擇無功補(bǔ)償裝置時(shí)應(yīng)明確各自的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍，選擇性能優(yōu)良的補(bǔ)償裝置。

四、結(jié)論

無功補(bǔ)償是配電網(wǎng)建設(shè)中考慮的重要內(nèi)容，供電單位應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到無功補(bǔ)償?shù)闹匾裕訌?qiáng)無功補(bǔ)償技術(shù)的研究，結(jié)合配電網(wǎng)實(shí)際，選擇合理的無功補(bǔ)償方式，保證供電質(zhì)量的同時(shí)，降低線損，更好的實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)。本文通過研究得出以下結(jié)論：

（1）配電網(wǎng)中的無功功率雖不對(duì)外做功，但不可缺少，用于維持電氣設(shè)備的正常運(yùn)行，因此，為防止無功功率給有功功率造成不良影響，供電單位應(yīng)做好無功補(bǔ)償工作。

（2）配電網(wǎng)無功補(bǔ)償方式較多，包括低壓個(gè)別補(bǔ)償、低壓集中補(bǔ)償、高壓集中補(bǔ)償?shù)刃枰Y(jié)合配電網(wǎng)負(fù)荷情況，合理選擇無功補(bǔ)償方式。

（3）供電單位應(yīng)用無功補(bǔ)償技術(shù)時(shí)，一方面，遵守全面規(guī)劃、合理布局、分級(jí)補(bǔ)償、就地平衡原則。另一方面，明確無功補(bǔ)償目的，準(zhǔn)確計(jì)算無功補(bǔ)償容量。另外，根據(jù)無功補(bǔ)償要求及具體情況，明確不同補(bǔ)償裝置的適用范圍，優(yōu)選無功補(bǔ)償裝置。

[1]張海鵬,林舜江,劉明波,黃曉彤.低壓配電網(wǎng)無功補(bǔ)償及效益評(píng)估系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2016,44(04)：129-136.

[2]劉杰.配電網(wǎng)無功補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)及應(yīng)用模式比較分析[J].通訊世界,2016(07)：169-170.

[3]夏永平.基于多點(diǎn)無功補(bǔ)償技術(shù)的配電網(wǎng)無功優(yōu)化系統(tǒng)研究[J].中小企業(yè)管理與科技(上旬刊),2016(10)：182-183.

[4]榮芳.配電網(wǎng)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其控制策略[J].變頻器世界,2009(06)：102-105.