肖明愷

摘 要：伴隨科技技術(shù)的發(fā)展與提高，社會(huì)的發(fā)展對(duì)電力的依賴(lài)性逐漸增強(qiáng)，電力也是生產(chǎn)與發(fā)展的重要能源之一。在對(duì)電力需求不斷提高的同時(shí)，對(duì)電力功率的有效性也提高了要求。發(fā)電設(shè)備在輸出有功功率的同時(shí)也在發(fā)送無(wú)功功率，兩種功率同時(shí)存在，而無(wú)功功率或有功功率的大小與功率因數(shù)相關(guān)，若功率因數(shù)較小，無(wú)償功率就會(huì)增大，就會(huì)降低電力功率的作用效果，而功率因數(shù)較大的情況下，才能保證有功功率得到良好的應(yīng)用。因此，對(duì)無(wú)功功率補(bǔ)償與功率因數(shù)的改善方法進(jìn)行研究，對(duì)于電力能源的高效應(yīng)用具有重要意義。

關(guān)鍵詞：無(wú)功補(bǔ)償；功率因數(shù)；有功功率；改善

中圖分類(lèi)號(hào)：TM714.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）05-0077-02

Abstract： With the development and improvement of science and technology， the dependence of social development on electric power is gradually increased. Power is also one of the important energy sources for production and development. At the same time， the efficiency of power is also improved. Generation equipment is always in the output of active power at the same time in the transmission of reactive power， so two kinds of power exist at the same time， while reactive power or active power is related to the size of the power factor. If the power factor is small， free power will increase， and it will reduce the effect of power， while the power factor， when it is large， can ensure that the active power to get a good application. Therefore， the study of reactive power compensation and the improvement of power factor is of great significance for the efficient application of power energy.

Keywords： reactive power compensation； power factor； active power； improvement

1 無(wú)功功率與功率因數(shù)的概念分析

1.1 有功與無(wú)功功率的概念

生活中，我們常用的電力為交流電，而交流電的電源在供電過(guò)程中，通常會(huì)提供兩種負(fù)載形式的電功功率，即有功功率與無(wú)功功率。有功功率是對(duì)用電設(shè)備有用的功率，其在用電設(shè)備的運(yùn)行過(guò)程中，將電能轉(zhuǎn)換為光能、機(jī)械能、熱能等形式；而無(wú)功功率則是在電路中的內(nèi)電場(chǎng)與磁場(chǎng)的交換中發(fā)生作用，對(duì)電氣設(shè)備中的磁場(chǎng)建立與維持起到作用，不會(huì)對(duì)外做功，在帶有電磁線圈的電氣設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)造成無(wú)功功率的消耗。

1.2 功率因數(shù)的概念

電動(dòng)機(jī)、變壓器等電力負(fù)荷設(shè)備在電網(wǎng)中是既有電感、又有電阻的點(diǎn)感性負(fù)載設(shè)備。而點(diǎn)感性負(fù)載中的電壓與電流之間存在一個(gè)相位差（Φ），研究界將這個(gè)相位差的余弦稱(chēng)為功率因數(shù)，即cosΦ，這個(gè)功率因數(shù)在數(shù)值上相當(dāng)于有功功率（P）與視在功率（S）的比值，也就是說(shuō)cosΦ=P/S[1]。功率因數(shù)是對(duì)電源輸出的視在功率的有效應(yīng)用的幾率，所以在實(shí)際的電力應(yīng)用中，總會(huì)希望功率因數(shù)大一點(diǎn)。想要達(dá)到這個(gè)目的，就只能將無(wú)功功率降低，這樣才能提高有功功率在視在功率中所在的比例，從而用電設(shè)備的做功效率提升，對(duì)電力能源的消耗降低，達(dá)到改善供電效率的目的。

2 產(chǎn)生無(wú)功功率的原理及其作用

2.1 產(chǎn)生無(wú)功功率的原理

帶有電感或電容的電網(wǎng)運(yùn)行中，每1/2個(gè)周期內(nèi)就會(huì)發(fā)生電感將電源能量轉(zhuǎn)變成電場(chǎng)進(jìn)行（或磁場(chǎng)）進(jìn)行貯存，貯存的電場(chǎng)再將能量向電源釋放的循環(huán)過(guò)程。在這個(gè)循環(huán)過(guò)程中，只有能量的相互交換過(guò)程，不會(huì)導(dǎo)致能量的消耗，所以將這個(gè)交換過(guò)程中的電力功率成為無(wú)功功率。相對(duì)有功功率來(lái)說(shuō)，無(wú)功功率更加抽象，是在電網(wǎng)電路中不斷循環(huán)流動(dòng)的。無(wú)功功率不會(huì)做功，其對(duì)于一個(gè)元件來(lái)說(shuō)功率為零，是對(duì)電感（或電容）貯存或釋放過(guò)程的磁場(chǎng)能量或電場(chǎng)能量需要的真實(shí)功率的反應(yīng)。電力電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中的電源、電感元件、電容元件直接的能量交換，而與無(wú)功功率相對(duì)應(yīng)的能量是貯存的電感性與電容性能量的總和。

2.2 無(wú)功功率的作用

無(wú)功功率與無(wú)用功率不是等同關(guān)系，無(wú)功工藝也有其獨(dú)特的用處。例如，在電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中，需要建立和維持旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，促進(jìn)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，然后才能帶動(dòng)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)，其中電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)就需要吸取電源中的無(wú)功功率來(lái)形成；再如，變壓器的工作中也需要借助無(wú)功功率，才能在變壓器的一次線圈中產(chǎn)生磁場(chǎng)，而二次線圈作出感應(yīng)電壓[2]。所以，無(wú)功功率也是有用的功率，如果沒(méi)有無(wú)功功率的存在，電動(dòng)機(jī)將不會(huì)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，變壓器也無(wú)法正常工作，交流接觸器不會(huì)吸合等。

3 無(wú)功功率補(bǔ)償與功率因數(shù)的改善方案

無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康氖菫榱颂岣唠娋W(wǎng)與負(fù)載的功率因數(shù)，降低設(shè)備中所需要的容量，減少電力的不必要的消耗；對(duì)電網(wǎng)電壓做到穩(wěn)定的作用，增強(qiáng)電網(wǎng)質(zhì)量，促進(jìn)長(zhǎng)距離輸電的穩(wěn)定性，提高其輸電能力；而在三相負(fù)載不平衡的情況下，平衡三相視在功率的作用。因此，無(wú)功功率補(bǔ)償是改善功率因數(shù)的重要方式。endprint

3.1 高壓集中補(bǔ)償方案

集中補(bǔ)償主要是將電容組集中裝設(shè)在企業(yè)或地方的總降壓變電網(wǎng)6～10kV的母線上，以此實(shí)現(xiàn)提高整個(gè)變電所的功率因數(shù)的目的，保持供電所的供電范圍內(nèi)的無(wú)功功率達(dá)到相對(duì)平衡的狀態(tài)。集中補(bǔ)償不僅能夠很好的保障供電所的電壓質(zhì)量，同時(shí)還能有效降低高壓線路對(duì)電力的無(wú)功消耗。這種集中補(bǔ)償方式主要是將配電系統(tǒng)中需要的無(wú)功補(bǔ)償?shù)娜萘空w集中在變電所或配電變壓器的饋電匯流母線上，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康摹?/p>

高壓集中補(bǔ)償?shù)膬?yōu)勢(shì)表現(xiàn)為：在保障變壓器的容量不發(fā)生改變的情況下，能夠提高變壓器的供電能力，從而提高設(shè)備的利用率；其次，對(duì)變壓器的有功輸出也具有提高作用；降低變壓器、高壓輸電線路、母線對(duì)電力的有功損耗；再次，可以有效的節(jié)約能源，當(dāng)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，此種方式能夠很好的對(duì)母線進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而改善電壓質(zhì)量，達(dá)到電容器組自動(dòng)投切補(bǔ)償；最后，各個(gè)設(shè)備的利用程度很高，便于操作和監(jiān)督，從而提高設(shè)備的利用率[3]。

高壓集中補(bǔ)償?shù)娜秉c(diǎn)表現(xiàn)在：首先，這種補(bǔ)償方式會(huì)受到補(bǔ)償點(diǎn)的限制，以補(bǔ)償點(diǎn)為界，僅能夠?qū)ρa(bǔ)償點(diǎn)以上的無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償，無(wú)法補(bǔ)償補(bǔ)償點(diǎn)以下的功率；其次，高壓側(cè)補(bǔ)償方式，會(huì)造成補(bǔ)償投資的增大，而為了降低設(shè)備投資，通常只在母線的關(guān)鍵點(diǎn)上裝1～2組電容器，且采取人工操作的方式，需要投切的容量較大，合閘時(shí)還會(huì)產(chǎn)生較大的電流，在切除與輕載的情況下還容易發(fā)生過(guò)電壓的情況，使得系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性受到影響。

3.2 就地補(bǔ)償方案

就地補(bǔ)償方案與集中補(bǔ)償存在一定差異，這種補(bǔ)償方法是通過(guò)在用電設(shè)備附近安裝電容，通過(guò)與就近的電動(dòng)機(jī)的供電回路形成并聯(lián)線路，從而達(dá)到補(bǔ)償用電系統(tǒng)最末端的電動(dòng)機(jī)對(duì)無(wú)功功率的消耗的作用，提高配電系統(tǒng)中的功率因數(shù)，達(dá)到有效的就地補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果。

就地補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在：采取就地補(bǔ)償方案，可以減小導(dǎo)線的截面，降低電器元件的容量，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的供電容量，具有較好的適應(yīng)性。同時(shí)，就地補(bǔ)償方案還可以有效防止無(wú)功電流向其他電網(wǎng)流動(dòng)，減少電壓的損耗，從而降低無(wú)功損耗，不僅能夠?qū)τ脩?hù)內(nèi)部的無(wú)功損耗進(jìn)行補(bǔ)償，同時(shí)還能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行有效補(bǔ)償，避免了電能的大量流失，從而減少用電費(fèi)用，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。還有，在三相補(bǔ)償或容量較大的電動(dòng)機(jī)中也可以應(yīng)用就地補(bǔ)償，可以應(yīng)用于個(gè)別補(bǔ)償、二相以及單相補(bǔ)償中，利用相對(duì)較小補(bǔ)償裝置容量，電容器投切沖擊過(guò)程產(chǎn)生的電流較小，不會(huì)發(fā)生過(guò)電壓的情況[4]。

就地補(bǔ)償?shù)牧觿?shì)表現(xiàn)在，在年利用率較小的設(shè)備進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償時(shí)，具有較小的利用率；而且就地補(bǔ)償相對(duì)于集中補(bǔ)償來(lái)說(shuō)，其投資會(huì)更大，因?yàn)樵谶M(jìn)行相同的無(wú)功負(fù)荷補(bǔ)償時(shí)，需要增加相應(yīng)的電容量；還有一個(gè)缺點(diǎn)就是其安裝點(diǎn)比較分散，后期維護(hù)與管理難度較大，需要經(jīng)常在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行，操作環(huán)境差。

3.3 分散補(bǔ)償方案

分散補(bǔ)償也就是分組補(bǔ)償，它的補(bǔ)償方式主要是通過(guò)分配配電系統(tǒng)中的無(wú)功補(bǔ)償容量，在電網(wǎng)10kV配電線路或者公用變低壓側(cè)根據(jù)局部分配的負(fù)載大小進(jìn)行電力電容器的投放，從而達(dá)到無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康模?分散補(bǔ)償方案主要適用于在負(fù)荷較分散的情況下進(jìn)行補(bǔ)償。

分散補(bǔ)償?shù)膬?yōu)勢(shì)表現(xiàn)在：分組補(bǔ)償可以改善電力用戶(hù)負(fù)荷分散的情況，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)部無(wú)功分區(qū)控制和分區(qū)平衡，其補(bǔ)償方式非常靈活，可以應(yīng)對(duì)不同的情況，在負(fù)載不變的情況下，能夠增加網(wǎng)絡(luò)的輸出容量[5]。分散補(bǔ)償方案還可以減少電能消耗，改善電力線路運(yùn)行的特性，提高整個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)的電壓質(zhì)量。

分散補(bǔ)償?shù)娜秉c(diǎn)主要體現(xiàn)在：對(duì)低壓配電線路的無(wú)功損耗沒(méi)有太大的作用，只能用于減少變壓器和高壓配電線路的無(wú)功負(fù)荷，相對(duì)于集中補(bǔ)償方式來(lái)說(shuō)，在設(shè)備的利用率上，分散補(bǔ)償也比較欠缺，利用率較低，安裝也比較分散，不便于維護(hù)與管理[6]。

本文首先對(duì)無(wú)功功率與功率因數(shù)的概念進(jìn)行了概述，然后對(duì)產(chǎn)生無(wú)功功率的原理及其作用進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，最后詳細(xì)闡述了無(wú)功功率補(bǔ)償與功率因數(shù)的改善方案，主要介紹了高壓集中補(bǔ)償方案、就地補(bǔ)償方案和分散補(bǔ)償方案，并對(duì)每一種補(bǔ)償方案的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。介于本人的理論知識(shí)水平還有所缺乏，因此相關(guān)方法的介紹可能還不夠全面，還需要更多的專(zhuān)家學(xué)者加強(qiáng)對(duì)無(wú)功功率與功率因數(shù)的相關(guān)探索，提出更優(yōu)的改善策略。本文也將不斷學(xué)習(xí)與探索，需求更全面的無(wú)功功率與功率因數(shù)的改善措施，促進(jìn)我國(guó)電力能源能夠更加高效的利用。

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