虞俊杰

0 引言

無(wú)功補(bǔ)償是現(xiàn)階段維持電力系統(tǒng)平衡的最主要因素。在輸、配電系統(tǒng)中，無(wú)功補(bǔ)償是電感性設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)不可或缺的條件，也是保證電壓質(zhì)量和供電作業(yè)正常運(yùn)行的常用手段。通過(guò)優(yōu)化電力系統(tǒng)的無(wú)功平衡，提高其負(fù)荷的功率因數(shù)，可有效降低變壓器和線路中的有功功率損耗和其他部分的電能損耗，提高電能質(zhì)量，從而保障電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行和各行業(yè)的生產(chǎn)發(fā)展。

1 無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔?/h2>

1.1 有利于提高變、配電設(shè)備的利用率，降低投資開(kāi)支

對(duì)低功率因數(shù)的負(fù)荷進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，與并聯(lián)電容器相連通，在無(wú)功電流得到補(bǔ)償?shù)那闆r下，負(fù)荷電流相應(yīng)地會(huì)被減少。

在變配電設(shè)備中，由于功率因數(shù)的增長(zhǎng)而導(dǎo)致的所減少的容量（kVA）可以用公式（1）來(lái)表示：

式中，cosφ1為補(bǔ)償前負(fù)荷的功率因數(shù)；cosφ2為補(bǔ)償后負(fù)荷的功率因數(shù)；ΔS為所減少的設(shè)備容量；P為負(fù)荷的有功功率。

在補(bǔ)償前，1 000 kW負(fù)荷容量的功率因數(shù)是0.7，用公式（1）可以計(jì)算得出，當(dāng)補(bǔ)償功率因數(shù)值到達(dá)0.95時(shí)，其相對(duì)應(yīng)負(fù)荷輸電的變配電設(shè)備容量的縮減值達(dá)到了376 kVA。也就是說(shuō)，在新建項(xiàng)目中，變配電設(shè)備容量可以比原額定容量減少376 kVA，從而使基本的電費(fèi)支出得以削減，新建項(xiàng)目的總體投資費(fèi)用也隨之降低，有著十分明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

1.2 降低電網(wǎng)中的功率損耗

當(dāng)負(fù)荷的功率因數(shù)從1下降至cosφ時(shí)，電網(wǎng)中的功率損耗將增加的百分?jǐn)?shù)約為：

1.3 有利于減少線路壓降

線路中的電流傳送隨著功率因數(shù)的提高而變小，從而減少了系統(tǒng)中線路電壓的損失，對(duì)改善線路末端的電能質(zhì)量也非常有益。

1.4 提高功率因數(shù)，減少耗電費(fèi)用

國(guó)家水利電力部、國(guó)家物價(jià)局在1983年頒布的《功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)辦法》對(duì)3種功率的因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值作了明確規(guī)定，以此為依據(jù)，電費(fèi)成本也相應(yīng)縮減。

2 低壓并聯(lián)電容器無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆诸?lèi)

低壓并聯(lián)電容器的無(wú)功補(bǔ)償分為集中補(bǔ)償、個(gè)別補(bǔ)償、分組補(bǔ)償3種方式：（1）集中補(bǔ)償。將移相變壓器與降壓變電所或者地方變電所的母線直接相連。這種補(bǔ)償方式對(duì)電容器的利用率很高，電力系統(tǒng)和變電所主變壓器的無(wú)功負(fù)荷也隨之減少，供電線路的無(wú)功負(fù)荷同樣也會(huì)降低。但是，對(duì)于低壓電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，集中補(bǔ)償法并不能降低其無(wú)功負(fù)荷。（2）個(gè)別補(bǔ)償。個(gè)別補(bǔ)償方式常見(jiàn)于電壓網(wǎng)絡(luò)，其電容器與用電設(shè)備直接相連。個(gè)別補(bǔ)償方式所進(jìn)行的無(wú)功補(bǔ)償較為徹底。通過(guò)個(gè)別補(bǔ)償，高壓線路和變壓器的無(wú)功電流得以減少，低壓干線與其分支線的無(wú)功電流同時(shí)也減少，這對(duì)線路和變壓器在有功損耗控制方面是一個(gè)較大的改善。但在采用個(gè)別補(bǔ)償方式時(shí)，其缺點(diǎn)是用于電容器的投資過(guò)大，且電容器利用率不高。因此，個(gè)別補(bǔ)償方式有一定局限性，它對(duì)于大容量電氣設(shè)備或者所需無(wú)功補(bǔ)償較大的負(fù)荷往往具有很高的使用價(jià)值，同時(shí)也適用于長(zhǎng)距離供電線路的電氣設(shè)備。（3）分組補(bǔ)償。分組補(bǔ)償方式是將移相電容器與車(chē)間配電室的母線直接連接。與個(gè)別補(bǔ)償方式相比較，分組補(bǔ)償對(duì)電容器的利用率較高。對(duì)于高壓供電線路和變壓器來(lái)說(shuō)，分組補(bǔ)償能夠有效降低其無(wú)功負(fù)荷，并且能夠以負(fù)荷變動(dòng)為依據(jù)，對(duì)電容器組實(shí)施投入或者切除。但是分組補(bǔ)償?shù)陌惭b作業(yè)較為繁瑣，也不能減少分支線路中的無(wú)功電流。

3 無(wú)功補(bǔ)償應(yīng)注意的技術(shù)問(wèn)題

3.1 防止涌流

在投入電容器的過(guò)程中，往往會(huì)伴隨有很大的涌流。電容器投入涌流在IEC出版物831電容器篇中的計(jì)算公式如下：

式中，Is為電容器投入時(shí)的涌流（A）；In為電容器額定電流（A）；S為安裝電容器處的短路功率（MVA）；Q為電容器容量（Mvar）。

針對(duì)這種情況，在低壓電容器回路中可采取以下3種方式加以控制：（1）將電抗器串聯(lián)；（2）提高投切電容器的容量；（3）使用專(zhuān)門(mén)用于電容器投切的接觸器。

3.2 防止系統(tǒng)諧波產(chǎn)生的影響

電容器回路作為L(zhǎng)C電路，很容易對(duì)某些特定的諧波產(chǎn)生諧振的現(xiàn)象，從而使諧波放大，電流隨之增加，電壓也同樣升高。要解決此類(lèi)現(xiàn)象，可以考慮將一定感抗值的電抗器串聯(lián)在一起，以避免諧振現(xiàn)象的發(fā)生。在這里我們?nèi)‰娍蛊鞯陌俜直葹樽帜窴，在電網(wǎng)中，當(dāng)5次諧波較高、3次諧波略低時(shí)，K值宜取4.5%；若3次諧波過(guò)高，K值則取12%；諧波不高的情況下，K值取0.5%為佳。

3.3 防止自勵(lì)情況的發(fā)生

在使用電容器對(duì)電動(dòng)機(jī)無(wú)功功率進(jìn)行就地補(bǔ)償過(guò)程中，電容器與電動(dòng)機(jī)直接并聯(lián)，當(dāng)電源被切斷后，由于慣性作用，電動(dòng)機(jī)仍將繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間，此時(shí)電容器的放電電流就成為勵(lì)磁電流。當(dāng)用于無(wú)功補(bǔ)償?shù)碾娙萜魅萘窟^(guò)大時(shí)，電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)就會(huì)得到自勵(lì)，進(jìn)而產(chǎn)生電壓，即電動(dòng)機(jī)仍處于發(fā)電的工作狀態(tài)。所以，在無(wú)功補(bǔ)償過(guò)程中，電容器的補(bǔ)償容量應(yīng)低于電動(dòng)機(jī)的空載容量，通常情況下取空載容量的0.9倍。計(jì)算公式如下：

式中，QC為補(bǔ)償電容器容量；U為系統(tǒng)電壓；I0為發(fā)動(dòng)機(jī)空載電流。

4 電容補(bǔ)償控制的選擇和補(bǔ)償容量的確定

在電力系統(tǒng)中，某些末端變電站由于輸電線路過(guò)長(zhǎng)，負(fù)荷過(guò)大，電壓也明顯偏低，給用電設(shè)備的正常運(yùn)行帶來(lái)極大影響。電力部門(mén)為了改善供電質(zhì)量，通常會(huì)在某些線路或者變電站內(nèi)增設(shè)電容器組，以提高末端電壓，達(dá)到平衡電壓的目的。

4.1 電容器組的投切方式

電容器的投切方式有手動(dòng)投切和自動(dòng)投切2種。手動(dòng)投切適用于補(bǔ)償?shù)蛪簾o(wú)功和常年穩(wěn)定的高壓電容器組；自動(dòng)投切則適用于避免過(guò)量補(bǔ)償、在輕載狀態(tài)下電壓過(guò)高以及容易引起設(shè)備損壞的情況。若高壓補(bǔ)償效果與低壓補(bǔ)償效果相同，則優(yōu)先考慮低壓自動(dòng)補(bǔ)償裝置。

4.2 確定電容器補(bǔ)償容量

在對(duì)電容器補(bǔ)償容量確定之前，要先進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算，確定無(wú)功功率Q和有功功率P，需要補(bǔ)償?shù)降墓β室驍?shù)為cosφ2，補(bǔ)償前自然功率因數(shù)為cosφ1，那么補(bǔ)償電容器容量為：

在對(duì)電容器無(wú)功補(bǔ)償容量進(jìn)行確定時(shí)，同時(shí)要保證以下3點(diǎn)：（1）輕負(fù)荷狀態(tài)下，要避免過(guò)度補(bǔ)償現(xiàn)象，以免做無(wú)用功導(dǎo)致功率損耗增加，造成資源浪費(fèi)。（2）功率因數(shù)的變化與每千瓦補(bǔ)償容量損耗減少的作用成反比。即功率因數(shù)高，則損耗減少的作用就越不明顯，我們一般認(rèn)為合理補(bǔ)償?shù)墓β室驍?shù)值為0.95。（3）勵(lì)磁電流是就地補(bǔ)償電容器容量的主要選擇參數(shù)，選用電容器容量的必要條件就是不是電容器造成自勵(lì)現(xiàn)象，這里可以采用公式（3）進(jìn)行計(jì)算。

5 結(jié)語(yǔ)

無(wú)功補(bǔ)償是一項(xiàng)能夠有效提高功率因數(shù)的節(jié)能措施，有著見(jiàn)效快、投資少的特點(diǎn)。并聯(lián)補(bǔ)償電容器的工作原理簡(jiǎn)單，操作方便，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益高，并且能夠分組投切以保證電壓合格率和功率因數(shù)的合理性。目前，我國(guó)很大一部分地區(qū)的配電網(wǎng)和農(nóng)網(wǎng)的平均因數(shù)過(guò)低，相信通過(guò)采用補(bǔ)償電容器進(jìn)行合理的補(bǔ)償，其供電質(zhì)量一定能夠得到有效提高，并能取得更為明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］鄧麗.淺談低壓電容器無(wú)功補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)與經(jīng)濟(jì)性［J］.北京電力高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011（7）

［2］張潤(rùn)果.淺談低壓電容器無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)及其經(jīng)濟(jì)性［J］.科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2010（11）

［3］鄧強(qiáng).淺談低壓電容器無(wú)功補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)與經(jīng)濟(jì)性［J］.企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)：下，2009（7）