摘要：本文集中探討了無功補償對廣大供電企業(yè)的影響以及提高功率因數(shù)所帶來的經(jīng)濟效益和社會效益，重點介紹了無功補償?shù)闹饕瓌t和無功補償?shù)膸追N方法。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng)；無功功率補償；補償原理

中圖分類號：TM71文獻標識碼：A

在電力系統(tǒng)中先天性地存在著大量的無功負荷，這些無功負荷來自電力線路、電力變壓器以及客戶的用電設(shè)備。系統(tǒng)運行中大量的無功功率將降低系統(tǒng)的功率因數(shù)，增大線路電壓損失和電能損失，嚴重的影響著電力企業(yè)的經(jīng)濟效益。解決這些問題的一個行之有效的方法就是進行無功補償。合理選擇無功補償方案和補償容量，能有效提高系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，保證電網(wǎng)的電壓質(zhì)量，提高發(fā)輸電設(shè)備的利用率，降低網(wǎng)損和減少發(fā)電費用。

一、無功補償?shù)闹饕康暮妥饔?/p>

無功補償?shù)闹饕饔镁褪翘岣吖β室驍?shù)以減少設(shè)備容量和功率耗損、穩(wěn)定電壓和提高供電質(zhì)量，在長距離輸電中提高系統(tǒng)輸電穩(wěn)定性和輸電能力以及平衡三相負載的有功和無功功率。電網(wǎng)中的電力負荷如電動機、變壓器等，大部分屬于感性負荷，在運行過程中電網(wǎng)電源需向這些設(shè)備提供相應的無功功率。在電網(wǎng)中安裝并聯(lián)電容器等無功補償設(shè)備以后，可以補償感性負荷所消耗的無功功率，從而減少了通過電力線路輸送的由電網(wǎng)電源向感性負荷提供的無功功率。無功補償?shù)木唧w目的是：

1、降低電網(wǎng)的功率損耗。由公式I=P/√3UCOSφ可知，負荷電流I與COSφ成反比。在輸送的有功功率P為定值時，加裝無功補償設(shè)備后提高了功率因數(shù)，將使線路中的負荷電流降低，從而使線路上的有功功率損耗降低。降低電網(wǎng)中的有功功率損耗，是安裝無功補償設(shè)備的主要目的。

2、提高設(shè)備的供電能力，挖掘現(xiàn)有設(shè)備的潛力。由公式P=SCOSφ可以看出，在設(shè)備的視在功率S不變的條件下，功率因數(shù)提高后可以多輸送有功功率。以50千伏安配變?yōu)槔?，當功率因?shù)從0.7提高到0.9后，其輸出的有功功率由35千瓦提高到了45千瓦，明顯增加了配電變壓器的供電能力。

3、減少電網(wǎng)中的電壓損失，提高電壓質(zhì)量。當電力負荷從線路上集中輸出到末端負荷點時，線路電壓損失ΔU的簡化式為：

ΔU=（PR+QX）/U

式中 ΔU-線路電壓損失 P-線路輸送的有功功率

Q-線路輸送的無功功率 R-線路的電阻

X-線路的電抗 U-線路額定電壓

由以上公式可知，加裝無功補償設(shè)備后，線路輸送的無功功率Q就要減少，線路中的電壓降隨之降低，提高了電壓質(zhì)量。

4、減少設(shè)備容量，節(jié)省投資。由公式S = P /COSφ可知，在輸送的有功功率P為定值時，功率因數(shù)提高后可以減少視在功率S，也就是可以減小供電設(shè)備的安裝容量，客戶不但節(jié)約了購買設(shè)備的投資，還減少了支付供電部門按供電設(shè)備容量計算的基本電費。降低客戶電費開支，減少設(shè)備投資，無功補償給電力客戶帶來了直接的經(jīng)濟效益。

二、電力電容器的補償原理

電容器在原理上相當于產(chǎn)生容性無功電流的發(fā)電機。其無功補償?shù)脑硎前丫哂腥菪怨β守摵傻难b置和感性功率負荷并聯(lián)在同一電容器上，能量在兩種負荷間相互轉(zhuǎn)換。這樣，電網(wǎng)中的變壓器和輸電線路的負荷降低，從而輸出有功能力增加。在輸出一定有功功率的情況下，供電系統(tǒng)的損耗降低。比較起來電容器是減輕變壓器、供電系統(tǒng)和工業(yè)配電負荷的最簡便、最經(jīng)濟的方法。因此，電容器作為電力系統(tǒng)的無功補償勢在必行。當前，采用并聯(lián)電容器作為無功補償裝置已經(jīng)非常普遍。

三、影響功率因數(shù)的主要因素

1、大量的電感性設(shè)備，如異步電動機、感應電爐、交流電焊機等設(shè)備是無功功率的主要消耗者。據(jù)有關(guān)的統(tǒng)計，在工礦企業(yè)所消耗的全部無功功率中，異步電動機的無功消耗占了60％～70％；而在異步電動機空載時所消耗的無功又占到電動機總無功消耗的60％～70％。所以要改善異步電動機的功率因數(shù)就要防止電動機的空載運行并盡可能提高負載率。

2、變壓器消耗的無功功率一般約為其額定容量的10％～15％，它的空載無功功率約為滿載時的1/3。因而，為了改善電力系統(tǒng)和企業(yè)的功率因數(shù)，變壓器不應空載運行或長期處于低負載運行狀態(tài)。

3、供電電壓超出規(guī)定范圍也會對功率因數(shù)造成很大的影響。 當供電電壓高于額定值的10％時，由于磁路飽和的影響，無功功率將增長得很快，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，當供電電壓為額定值的110％時，一般無功將增加35％左右。當供電電壓低于額定值時，無功功率也相應減少而使它們的功率因數(shù)有所提高。但供電電壓降低會影響電氣設(shè)備的正常工作。所以，應當采取措施使電力系統(tǒng)的供電電壓盡可能保持穩(wěn)定。

四、無功補償?shù)脑瓌t

無功補償設(shè)備的配置，應按照全面規(guī)劃、合理布局、分級補償、就地平衡的原則，使電網(wǎng)的無功補償取得最佳的綜合效益。

1、供電部門補償與客戶補償相結(jié)合，以就地平衡為主。安裝無功補償設(shè)備，提高功率因數(shù)可以減少客戶內(nèi)部因傳輸和分配無功功率造成的有功功率損耗，因而可以少支付相應的電費；另外，從合理利用電能出發(fā)，鼓勵客戶為提高功率因數(shù)而多安裝無功補償設(shè)備的積極性，在國家現(xiàn)行的電價政策中，制定了功率因數(shù)調(diào)整電費政策。因此，只有供電部門與客戶配合起來，共同搞好無功補償?shù)呐渲煤凸芾?，才能取得最大的無功補償效益。

2、集中補償與分散補償相結(jié)合，以分散補償為主。既要在變電站進行大量的集中補償，又要對配電線路、配電變壓器和用電設(shè)備進行分散補償，且以分散補償為主，實現(xiàn)無功就地平衡，提高無功補償?shù)淖畲蠼?jīng)濟效益。

3、降損與調(diào)壓相結(jié)合，以降損為主。無功補償?shù)闹饕饔煤妥畲蟮慕?jīng)濟效益是降損，同時兼顧滿足調(diào)整電壓的要求，以保證電壓質(zhì)量。對于有些輕載運行的線路，因電壓偏高，配電變壓器的鐵損占線損的70%以上，不宜再裝電容器組，否則特別是后半夜往往使線路電壓升得過高，會使配電變壓器鐵損進一步增加，反而使線損增高。

五、輸配電網(wǎng)的無功補償

1、輸電網(wǎng)的無功補償

電網(wǎng)無功補償?shù)幕驹瓌t是：按電壓分層，按電網(wǎng)分區(qū)，就地平衡，避免無功功率的遠距離輸送，以免占用線路輸送容量和增加有功損耗。具體補償方法如下：

（1）電抗器補償

電抗器是超高壓長距離輸電線路的常用補償設(shè)備，用以補償輸電線路對地電容所產(chǎn)生的充電功率，以抑制工頻過電壓。電抗器的容量根據(jù)線路長度和過電壓限制水平選擇，其補償度(電抗器容量與線路充電功率之比)國外統(tǒng)計大多為70－85，個別為65，一般不低于60。電抗器一般常設(shè)置在線路兩湍，且不設(shè)斷路器。

（2）串連電容補償

串聯(lián)電容用來補償輸電線路的感抗，起到縮短電氣距離提高穩(wěn)定性水平和線路的輸電容量的作用。串聯(lián)電容器組多為串、并聯(lián)組合而成，并聯(lián)支數(shù)由線路輸送容量而定，串聯(lián)個數(shù)則由所需的串聯(lián)電容補償度(串聯(lián)電容的容抗與所補償?shù)木€路感抗之比)而定。串聯(lián)電容補償一般在50以下，不宜過高，以免引起系統(tǒng)的次同步諧振。

（3）中間同步或靜止補償

在遠距離輸電線路中間裝設(shè)同步調(diào)相機或靜止補償裝置，利用這些裝置的無功調(diào)節(jié)能力，在線路輕載時吸收線路充電功率，限制電壓升高；在線路重載時發(fā)出無功功率，以補償線路的無功損耗，支持電壓水平，從而提高線路的輸送容量。中間同步或靜止補償通常設(shè)在線路中點，若設(shè)在線路首末端，則調(diào)節(jié)作用消失。

2、配電網(wǎng)的無功補償

配電網(wǎng)的無功補償主要以相位補償和保證用戶用電電壓質(zhì)量為主，具體方法為相位補償。 用電電器多為電磁結(jié)構(gòu)，需要大量的勵磁功率，致使用戶的功率因數(shù)均為滯相且較低，一般約為0.7左右。勵磁功率--滯相的無功功率在配電網(wǎng)中流動，不僅占用配電網(wǎng)容量，造成不必要的損耗，而且導致用戶電壓降低。相位補償是以進相的無功補償設(shè)備(如并聯(lián)電容器)就近供給用戶或配電網(wǎng)所需要的滯相無功功率，減少在配電網(wǎng)中流動的無功功率，降低網(wǎng)損，改善電壓質(zhì)量。

六、電力電容器的安全運行

第一，允許運行電流。正常運行時，電容器應在額定電流下運行，最大運行電流不得超過額定電流的1.3倍，三相電流差不超過5%。

第二，允許運行電壓。電容器對電壓十分敏感，因電容器的損耗與電壓平方成正比，過電壓會使電容器發(fā)熱嚴重，電容器絕緣會加速老化，壽命縮短，甚至電擊穿。因此，電容器裝置應在額定電壓下運行，一般不宜超過額定電壓的1.05倍，最高運行電壓不宜超過額定電壓的1.1倍。當母線超過1.1倍額定電壓時，須采取降溫措施。

第三，諧波問題。由于電容器回路是一個