針對電力系統中日益嚴重的電能質量問題，闡述進行無功補償的意義，分析了各種無功補償技術的原理、優、缺點以及在電力系統中的應用情況，及無功補償有哪些經濟效益及社會效益。

 

    近年來，隨著國民經濟的發展，電力行業也得到快速發展，特別是大范圍的高壓輸電網絡逐漸形成，負荷的快速增長對無功的需求大幅上升。無功功率并不是無用功率，而是在電能傳輸和轉換過程中建立電磁場和提供電網穩定不可缺少的功率之一，無功經不同的電磁耦合反映不同的電壓等級，同一等級電壓的電網中，電壓高低直接反映本級的無功平衡。無功功率的傳輸不但會產生很大的有功損耗，而且沿傳輸途徑還會產生很大的電壓降落，并使電網的視在功率增加，這將對系統產生以下一系列的負面影響。

 

    （1）電網總電流增加，在傳送同樣的有功功率情況下，總電流的增加，使設備及線路的損耗增加，并使線路及變壓器的電壓損耗增加。

 

    （2）電網的無功不足，會導致用戶端的電壓降低，影響正常生產和生活用電，因功率因數太低用戶要多付電費；反之，如果無功過剩，會造成電網的運行損耗過高。

 

    一、無功補償的原理

 

    在交流電路中，由電源供給負載率有兩種：一種是有功功率，一種是無功功率。有功功率是保持用電設備正常運行所需的電功率。無功補償的道理就是將同一電路中的電感電流與電容電流方向互差180～C，可采用一定比例安裝特定的電容元件，實現通過電磁元件中的電路達到相互抵消電流，電流矢量與電壓矢量的夾角縮小，從而能顯著提高電能作功。

 

    無功補償的意義

 

    （1）依據用電設備的功率因數測算輸電線路的電能損失進而進行技術改造，能及時實現節電目的。

 

    （2）用無功補償設備提供相應無功功率，提高系統功率因數，達到降低能耗、改善電壓質量，從而使設備運行穩定、減少損耗。

 

    （3）依據不同的線路及負載情況，動力配線的電力損耗約2%～3%左右，而使用電容增加功率因數后，能使總電流降低，進而降低供電端與用電端的電力損失。

 

    （4）改善供電品質，提高功率因數，減少負載總電流及電壓降。

 

    （5）改善功率因數后線路總電流減少，降低機器設備和線路容量負荷，實現降低溫度、延長設備壽命。

 

    二、無功補償的總體原則

 

    電力網無功功率消耗的狀況得出，各級低壓配電網的網絡和輸配電設備都要消耗一定數量的無功功率，無功補償設備的配置按照“分級補償，就地平衡”的原則能大限度地減少傳輸損耗，提高輸配電設備的效率。

 

    （1）網路總體平衡與節局部平衡相結合，以局部為主。

 

    （2）電力部門總體補償與用戶個體補償相結合，要盡可能地實現就地補償，就地平衡。

 

    （3）高壓補償與低壓補償相結合，以低壓補償為主，并做到分散補償、相互補充。

 

    （4）系統的降損與調壓相結合，以降損為主，兼顧調壓。

 

    三、無功補償通常采用的方法主要有3種。

 

    1.低壓就地無功補償

 

    根據用電設備無功的產生量將單臺或多臺低壓電容器組并連用電設備，通過控制、保護裝置與電機同時投切。從源頭上轉化了無功能量，能夠減少大的線路損耗能量，降低了視在功率；無功補償與用電設備同進同退；單個設備、占位小、安裝容易，真實有效地減少大量的視在功率，節電（節能）效果顯著，但是一次性投資金額較大，對自動補償控制器的響應要求高，不容易測量單機節電效果。

 

    2.低壓集中、分組無功補償

 

    以無功補償投切裝置作為控制保護裝置，將低壓電容器通過低壓開關接在配電變壓器低壓母線側，通過低壓母線上的無功負荷直接控制電容器的投切。低壓集中、分組補償，僅能補償無功能量對變壓器的“渦流效應”引起的配變利用率過低，在一定程度上提高配變利用率；同時對無功能量起到阻隔作用，防止無功能量闖入上一級電網造成電壓的波動，降低網損。低壓集中無功補償，企業投資大而收益少，主要起到的是對低壓側無功的阻隔作用，對上游電網的貢獻大，社會效益大，而企業節約電費的收益非常有限。

 

    3.并聯電容器組

 

    并聯電容器組直接裝在變電所的6～lOkV中壓母線上的中壓集中無功補償方式：當用戶遠離變電所或在供電線路的末端，用戶本身又處于一定的高壓負荷時，能減少對電力系統無功消耗，起到一定的補償作用；防止無功能量闖入上一級電網造成電壓的波動，降低網損，保護上游電網。同時便于運行維護，社會效益巨大。

 

    四、無功補償裝置

 

    1.具有飽和電抗器的無功補償裝置

 

    具有飽和電抗器的無功補償裝置分為兩種，即自飽和電抗器和可控飽和電抗器無功補償裝置。具有自飽和電抗器的無功補償裝置是依靠電抗器自身同有的能力來穩定電壓，利用鐵心的飽和特性來控制發出或吸收無功功率的大小。具有飽和電抗器的靜止無功補償裝置目前應用的較少，一般只用在超高壓輸電線路中。

 

    2.靜止無功補償裝置

 

    靜止無功補償器由晶閘管所控制投切電抗器和電容器組成，可分為晶閘管控制電抗器和晶閘管投切電容器兩種補償裝置。

 

    （1）晶閘管控制電抗器（TCR）

 

    晶閘管控制電抗器由兩個相互反向并聯的晶閘管與一個電抗器相串聯，其三相多接成三角形。這種具有TCR型的補償器反應速度快，靈活性大。

 

    （2）品閘管投切電容器（rI1sc）

 

    晶閘管投切電容器是為了解決電容器組頻繁投切的問題而產生的。兩個相互反向并聯的晶閘管只是將電容器并入電網或從電網中斷開，串聯的小電抗器用于抑制電容器投入電網運行時可能產生的沖擊電流。TSC補償裝置用于三相電網中，一般負荷對稱網絡采用星形連接，負荷不對稱網絡采用三角形連接。3.新型靜止無功發生器（ASVG）

 

    靜止無功發生器的主體是一個電壓源型逆變器，由可關斷品閘管適當的通斷，將電容的直流電壓轉換成為與電力系統電壓同步的i相交流電 ，再通過電抗器和變壓器并聯接入電網。適當控制逆變器的輸出電壓，就可以靈活地改變其運行工況，使其處于容性、感性或零負荷狀態。靜止無功發生器響應速度快，諧波電流少，而且在系統電壓較低時仍能向系統注入較大的無功。由于ASVC在改善系統電壓質量，提高穩定性方面具有SVC無法比擬的優點，因此ASVG是今后靜止無功補償技術發展的方向。

 

    無功補償有哪些經濟效益及社會效益

 

    （1）減少線路損耗.就全國講，線路損耗約占據 12%，其中主要是無功分量引起的損耗，若無功線損降低 50%～60%，一年便可節電 500 億度左右，相當于半個三峽工程的發電量.這種不消耗一次能源，便可增大發電量的工程是絕好的綠色工程.且投資極小，見效快。

 

    （2） 避免罰款.我國電力部及物價局"關于頒發《功率因數調整電費辦法》通知"中規定，功率因數0.94 時，減少電費1.1%，功率因數0.6 時增加電費15%。

 

    （3）不額外投資，便實現擴容.進行無功補償后，便可提高用電承載率，變壓器可滿負荷運行.例如一臺315KVA的變壓器，COSф=0.6 負荷的變壓器只能提供優質服務189KW的有功功率，不能承受300KW 左右的容量，需購買一臺500KVA 的變壓器替換.將功率因數由0.6 提高到0.98， 相當于擴大了 63%，既有功由 189KW 提高到 309KW 可基本滿足需要的容量，便節省了一臺 500KVA 的變壓器，經費約三四十萬元。

 

    （4）改善電能質量，延長了電器壽命，提高了產品質量. 電能質量用電壓和頻率二個指標衡量，電壓的穩定性取決于無功的平衡.頻率的穩定性取決于有功的平衡，而電壓的穩定與否又直接影響電器壽命，影響機械加工精度.如果電壓穩定性提高 5%僅照明燈（壽命延長 50%）全國一年既可節約數億元.至于因電壓不穩，供電不足而造成廢品，次品，設備減壽，停產，停電損失更是難以統計的。

 

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