魏 民 蔡傳寶

（浙江杭州綠城東方建筑設(shè)計有限公司，浙江 杭州310012）

0 引言

隨著社會的快速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，各地建設(shè)了大量的辦公樓、住宅公寓、大型商場和超市、高級酒店，民用建筑和工業(yè)的用電量在飛速增長。由于民用建筑的用電負(fù)荷類型為單相感性負(fù)荷，其本身的功率因數(shù)很低，因此導(dǎo)致整個系統(tǒng)的供電效率不高。為了提高功率因數(shù)，降低無功功率，使電能得到充分利用，提高供電質(zhì)量，我們通常在供配電系統(tǒng)中加入無功補(bǔ)償裝置來進(jìn)行無功功率補(bǔ)償。無功功率補(bǔ)償是提高電能質(zhì)量的重要手段，它可以降低輸電線路上的壓降和能量損耗，進(jìn)而減少用電能耗，提高電能的質(zhì)量。

1 無功補(bǔ)償?shù)脑?/h2>

電網(wǎng)輸出的功率有2部分：一部分是有功功率，另一部分為無功功率。有功功率可直接轉(zhuǎn)化為能使用的各種能量，如電燈照明、煮飯的熱能等；無功功率不能以使用能的形式體現(xiàn)出來，卻是設(shè)備做功的必備條件。無功功率的損耗在以下2個公式中可以體現(xiàn)出來。

（1）輸電線路上電壓降的公式：

式中，U1為線路起點電壓；P1為輸電線路的有功功率；R為輸電線路的電阻；Q1為輸電線路的無功功率；X為輸電線路的電抗。

在R、X、U1、P1這4個量不變的情況下，Q1的減少將使電壓降降低。

（2）輸電線路上有功功率損耗的公式：

式中，U2為線路終點電壓；R為輸電線路的電阻；P2為輸電線路終點的有功功率；Q2為輸電線路終點的無功功率。

在R、U2、P2這3個量不變的情況下，Q2的減少將使線路損耗降低。

從上面2個公式可以看出，無功功率補(bǔ)償對電能質(zhì)量的提高、線路上電能損耗的降低有重要作用。

在電感元件中電流做功時，電流滯后于電壓90°；在電容元件中電流做功時，電壓滯后于電流90°；在同一個電路中，電感電流與電容電流矢量方向相反，相差180°。如果在電容元件電路中有比例地安裝電磁元件，就可以抵消兩者的電流，使電壓矢量與電流矢量之間的夾角減小，進(jìn)而使電源的做功大大提高。而供電設(shè)備多數(shù)為感性負(fù)載，存在大量的無功功率，因此在感性負(fù)荷中并聯(lián)電容器作為無功補(bǔ)償裝置，這種方式在國內(nèi)外被廣泛采用，叫做電容補(bǔ)償。把容性負(fù)荷裝置與感性負(fù)荷連在同一電路中，能使它們之間進(jìn)行負(fù)荷交換，這就使得感性負(fù)荷需要的無功功率可用容性負(fù)荷輸出的無功功率補(bǔ)償，從而提高了系統(tǒng)的功率因數(shù)。

2 無功補(bǔ)償?shù)姆绞?/h2>

無功補(bǔ)償?shù)姆绞接?種：變電站集中補(bǔ)償、配電線路分散補(bǔ)償和隨機(jī)補(bǔ)償。

（1）變電站集中補(bǔ)償。針對電網(wǎng)系統(tǒng)的無功平衡，在變電站進(jìn)行集中補(bǔ)償。進(jìn)行補(bǔ)償?shù)难b置包括并聯(lián)電容器、靜止補(bǔ)償器等，目的是平衡電網(wǎng)的無功功率，提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，提高母線電壓，補(bǔ)償變壓器和輸電線路上的無功損耗。這些補(bǔ)償裝置一般都接在變電站的高壓母線上，因此容易管理且維護(hù)方便，但其缺點是對高壓配電網(wǎng)的降損不起任何作用。

（2）配電線路分散補(bǔ)償。配電線路上的無功補(bǔ)償是通過在線路的桿塔上安裝電容器來實現(xiàn)的。線路上的補(bǔ)償點不宜太多；控制方式要簡單且易操作，不應(yīng)采用分組投切的控制方式；對線路的補(bǔ)償容量也不宜過大，以免補(bǔ)償過剩；保護(hù)也應(yīng)從簡設(shè)置，可采用熔斷器作為過載保護(hù)裝置。配電線路無功補(bǔ)償方式主要為線路和公用變壓器提供所需要的無功功率，該方式的優(yōu)點是投資少、回收快、方便管理和維護(hù)，常用于功率因數(shù)較低且負(fù)荷大的長線路；缺點是適應(yīng)能力差，重載情況下無功補(bǔ)償不足等。在民用供配電系統(tǒng)中，由于多數(shù)用戶使用單相負(fù)荷或單相負(fù)荷和三相負(fù)荷混用，且負(fù)荷大小不同，用電時間也不同，所以其三相間存在大量的不平衡電流，并且這種不平衡性沒有規(guī)律，使供電部門無法預(yù)先知道，這就導(dǎo)致低壓供配電線路上的三相負(fù)荷長期處于不平衡狀態(tài)。電網(wǎng)中的這種不平衡狀態(tài)會增加線路和變壓器的銅損速度，甚至?xí)黾幼儔浩鞯蔫F損率，使變壓器的出力降低，嚴(yán)重時會影響其安全運行。在實際運行中，需要調(diào)整不平衡電流的無功補(bǔ)償裝置來解決電流的不平衡問題。這種裝置在進(jìn)行線路無功補(bǔ)償?shù)耐瑫r會調(diào)整不平衡的有功電流，這樣可以把三相功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?.95以上，使不平衡電流降到10%以內(nèi)。

（3）隨機(jī)補(bǔ)償。隨機(jī)補(bǔ)償就是通過控制裝置、保護(hù)裝置與電動機(jī)同時切換，將電容器與電動機(jī)并接的一種無功補(bǔ)償方式。在民用供配電網(wǎng)中有很大一部分無功功率消耗在電動機(jī)上，因此對電動機(jī)做好無功功率補(bǔ)償，不僅可以減少配電線路上的損耗，而且還可以提高電動機(jī)的出力。隨機(jī)補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點是無功補(bǔ)償裝置隨著用電設(shè)備的運行和停止，相對應(yīng)地投入和退出，具有投資少、占地少、安裝簡單、控制靈活方便、事故率低等特點，適用于補(bǔ)償電動機(jī)的無功消耗，可以有效地限制電網(wǎng)的無功波峰荷載。對于年運行時間在1 000 h以上的電動機(jī)，采用這種補(bǔ)償方式比較節(jié)能。

3 無功功率補(bǔ)償方式的選擇

在無功功率補(bǔ)償方面，選擇哪一種補(bǔ)償方式，要根據(jù)電網(wǎng)的情況而定。首先，設(shè)計人員要對所需補(bǔ)償線路的負(fù)荷特點、三相間的電壓不平衡程度等有所了解，然后再結(jié)合補(bǔ)償方式制定合理的補(bǔ)償方案。對于負(fù)荷較大且負(fù)荷變化快的工況，比如電動機(jī)的線路等，要采用隨機(jī)補(bǔ)償或配電線路分散補(bǔ)償?shù)姆绞?，這種補(bǔ)償方案比較節(jié)能，補(bǔ)償效果也很明顯。對于負(fù)荷比較平穩(wěn)的供電線路要采用變電站集中補(bǔ)償?shù)姆绞剑谝恍┣闆r下也可以使用隨機(jī)補(bǔ)償方式。對于一些特殊的工作線路，在確定方案時要考慮周全，慎重選擇。特別是在含有瞬變高電壓和大電流的線路中，要采用配電線路分散補(bǔ)償?shù)膭討B(tài)補(bǔ)償方式，可以有效緩解高電壓、大電流對電網(wǎng)的沖擊。此外，無功功率補(bǔ)償器控制方式的選擇間接影響著無功功率補(bǔ)償方式的選擇。控制器有3種采樣方式，分別是功率因數(shù)型、無功功率型和無功電流型?？刂破鞯淖饔檬侵笓]無功補(bǔ)償裝置的運行、采樣和運算，為電容補(bǔ)償器的正常運行提供保障。

在民用配電網(wǎng)中，最主要的無功補(bǔ)償方式就是以上所述的3種，這3種補(bǔ)償方式各有各的優(yōu)缺點。實際工程中，在弄清無功補(bǔ)償原理的情況下，要根據(jù)現(xiàn)場的實際情況并結(jié)合選擇標(biāo)準(zhǔn)來選擇相應(yīng)的補(bǔ)償方式，使電網(wǎng)中的無功損耗降到最低。

4 結(jié)語

總之，為了保證電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定，必須通過電網(wǎng)的無功補(bǔ)償做好電網(wǎng)的無功管理工作，實現(xiàn)無功功率供應(yīng)和需求的平衡，降低線路損耗，提高電網(wǎng)的運行效率，從而達(dá)到既滿足用電需求又節(jié)能的目的。

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