蘇恩華

【摘 ?要】在電力系統(tǒng)中，變壓器、異步電動(dòng)機(jī)等具備電磁線圈，這些設(shè)備在工作時(shí)需建立磁場，消耗大量的無功功率。若無功功率損耗后無法及時(shí)得到補(bǔ)償，會(huì)對(duì)電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生負(fù)面影響，而且長期以來我國大部分配電網(wǎng)存在無功容量不足的問題，在電力系統(tǒng)中，對(duì)電力系統(tǒng)實(shí)施無功補(bǔ)償則是其更加安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵條件。然而，由于客觀條件及思維定勢(shì)的存在，使得研究人員習(xí)慣性地將“無功不足”設(shè)置為了對(duì)無功補(bǔ)償進(jìn)行研究時(shí)的出發(fā)點(diǎn)。在變電站調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)到一個(gè)現(xiàn)象：某變電站電容處計(jì)量到過多的有功電量，超出了合理范圍。前往現(xiàn)場進(jìn)行查驗(yàn)，測(cè)量相關(guān)技術(shù)指標(biāo)綜合分析后，發(fā)現(xiàn)該處是因?yàn)闊o功過補(bǔ)償而導(dǎo)致的有功損耗增大，并非常見的無功欠補(bǔ)償。

【關(guān)鍵詞】電容器;過補(bǔ)償;負(fù)載電壓;線路損耗;電費(fèi)

1 電容器過補(bǔ)償?shù)亩x

進(jìn)行電容器過補(bǔ)償分析，首先要明確其電氣含義，常用用電線路等效電路圖進(jìn)行分析。

R為線路等效電阻，C為補(bǔ)償電容，Z為負(fù)載阻抗，1為線路電流，c為電容電流，2為負(fù)載電流，為線路首端電壓，1為線路電阻壓降，2為負(fù)載端電壓。

根據(jù)用電線路的等效電路圖，以電壓為參考矢量，電流由相位角φ遵守順時(shí)針的方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，四象限依次表示為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限，可做出其象限示意。在正常情況下，1應(yīng)在Ⅰ象限運(yùn)行，電壓超前電流，電路呈感性。一旦有較多的電容器投入，過補(bǔ)償時(shí)的電容電流c和負(fù)載電流2合成為過補(bǔ)償時(shí)的線路電流1，電能表將運(yùn)行于Ⅳ象限，此時(shí)相角φ的取值范圍為0°～-90°，電路呈容性，在此區(qū)間運(yùn)行就是電容器過補(bǔ)償。

2 電容器過補(bǔ)償?shù)奈：?/p>

2.1引起負(fù)載電壓降低

在投入較多的電容器后，其系統(tǒng)處于過補(bǔ)償狀態(tài)，此時(shí)電路呈容性，看出此時(shí)的線路電流1較正常運(yùn)行時(shí)的電流1遠(yuǎn)遠(yuǎn)增大，進(jìn)而導(dǎo)致線路電阻壓降1增大。一旦維持不變，負(fù)載端電壓2將會(huì)大幅下降，這會(huì)對(duì)用電設(shè)備的正常運(yùn)行造成影響;一旦維持2不變，則需將首端電壓提升，這時(shí)需要對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流進(jìn)行調(diào)整，使感性無功功率輸出提升，但是會(huì)引起發(fā)電機(jī)效率下降，不利于發(fā)電機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

2.2 引起線路損耗增加

在傳輸相同有功功率的前提下，為分析電容器投切前后各特征量運(yùn)行區(qū)間及相位變化情況與線路損耗間的關(guān)系，以功率因數(shù)為0.9，即φ=arccos0.9=25.84°為例，將電容器投切前后的功率因數(shù)角運(yùn)行區(qū)間劃分為三種狀態(tài)進(jìn)行分析。運(yùn)行區(qū)間為25.84°≤φ≤90°時(shí)，在此區(qū)間運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)未投入電容器，線路呈強(qiáng)感性，線路電流1處于Ⅰ象限，功率因數(shù)低于0.9，此時(shí)線路電流較大，線路損耗增加。運(yùn)行區(qū)間為0°≤φ≤25.84°時(shí)，在此區(qū)間有補(bǔ)償電容器投入，線路呈弱感性，線路電流1處于Ⅰ象限，功率因數(shù)處于0.9～1.0之間。投入補(bǔ)償電容后，c與2合成為1，1<2，使得線路電流下降，促使線路電阻R損耗功率下降，線損率下降，發(fā)電機(jī)效率上升，系統(tǒng)處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)。運(yùn)行區(qū)間為-90°≤φ≤0°時(shí)，在此區(qū)間大量投入補(bǔ)償電容，線路呈強(qiáng)容性，線路電流1處于Ⅳ象限，功率因數(shù)就會(huì)降低。根據(jù)線路電流幅值的變化趨勢(shì)可以看出，線路電流大幅升高，導(dǎo)致線路電阻R的損耗功率升高，線損率增加，發(fā)電機(jī)效率降低。

2.3 引起有功損耗增加

在進(jìn)行變壓器工程計(jì)算時(shí)，通常忽略勵(lì)磁支路，采用變壓器簡化等效電路。其中，1為供電電壓，2為負(fù)載電壓，rk為原、副邊電阻之和，xk為原、副邊電抗之和。

當(dāng)電容器過補(bǔ)償時(shí)，變壓器負(fù)荷呈容性。有1超前于2，設(shè)超前的相位角為φ，在變壓器中電抗遠(yuǎn)大于電阻，即x>>r，則據(jù)此可以做出變壓器簡化等效電路的相量示意。2>1。所以，在供電電壓穩(wěn)定的情況下，電容器的過補(bǔ)償會(huì)引起變壓器二次側(cè)電壓的升高。在線路交流電壓的作用下，電力電容器的極板中、內(nèi)部介質(zhì)中、引線等導(dǎo)體中，以及瓷瓶間的漏泄電流等都會(huì)出現(xiàn)一定的有功損耗。

2.4 引起用戶電費(fèi)支出增加

根據(jù)國家相關(guān)規(guī)定，只要裝有無功補(bǔ)償設(shè)備，而且有可能向電網(wǎng)倒送無功電量的用戶，在計(jì)量電能消耗時(shí)，對(duì)于無功功率的正向或反向流動(dòng)，按倒送的無功電量以及實(shí)用的無功電量兩者的絕對(duì)值之和進(jìn)行計(jì)量，即一律被記錄為無功消耗。目前，新型智能電能表計(jì)量用戶無功功率的方式是計(jì)量感性無功電量與容性無功電量之和。

對(duì)于基本電費(fèi)，其只與主變壓器的安裝容量相關(guān)，因此，控制基本電費(fèi)的關(guān)鍵在于合理配置變壓器的安裝容量。這要求最大程度的提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低通過變壓器的無功電流，使變壓器在安裝容量方面得到最有效使用。當(dāng)電容器補(bǔ)償配置過量時(shí)，由2.2中分析可知會(huì)引起系統(tǒng)功率因數(shù)降低，導(dǎo)致變壓器容量無法充分有效使用，造成基本電費(fèi)支出增加。例如：A企業(yè)的總負(fù)載功率為1000kW，負(fù)荷率則為80%，采取合適的電容補(bǔ)償措施可將系統(tǒng)功率因數(shù)控制在0.9以上，此時(shí)對(duì)1000kVA變壓器選擇，就能使負(fù)載容量要求所滿足。當(dāng)出現(xiàn)電容過補(bǔ)償時(shí)，將造成系統(tǒng)功率因數(shù)降低，若此時(shí)負(fù)荷平均功率因數(shù)為0.7，則需選用1250kVA變壓器才能使負(fù)載容量要求滿足。對(duì)比兩種情況下的變壓器配置方法，當(dāng)出現(xiàn)電容過補(bǔ)償情況時(shí)，每年基本電費(fèi)費(fèi)用支出增加：18×（1250-1000）×12=54000元。

對(duì)于力調(diào)電費(fèi)，是由企業(yè)系統(tǒng)功率因數(shù)決定。當(dāng)由于電容器過補(bǔ)償引起功系統(tǒng)率因數(shù)下降時(shí)，按照《功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)辦法》規(guī)定，若功率因數(shù)低于規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，電價(jià)就要按規(guī)定進(jìn)行相應(yīng)比例提高，導(dǎo)致用戶電費(fèi)支出增加。仍采用A企業(yè)案例，若該企業(yè)月度電量電費(fèi)為10萬元，若補(bǔ)償過量，功率因數(shù)為0.7，對(duì)照功率因數(shù)調(diào)整辦法，月度電費(fèi)調(diào)整百分?jǐn)?shù)為+10%，則每年需支出力調(diào)電費(fèi)為（18×1250+100000）×10%=12250元。若合理采用電容補(bǔ)償，則可免除該力調(diào)電費(fèi)支出。對(duì)于電量電費(fèi)，根據(jù)2.2及2.3中相關(guān)分析，電容器過補(bǔ)償時(shí)會(huì)引起線路損耗及電容器有功損耗的增加，該部分有功損耗會(huì)給企業(yè)帶來有功電量計(jì)費(fèi)的經(jīng)濟(jì)損失。

3 防范措施

在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，為防止配電網(wǎng)電容器過補(bǔ)償，避免因功率因數(shù)下降引起的負(fù)面影響，應(yīng)采取以下針對(duì)性防范措施。a.在規(guī)劃設(shè)計(jì)方面，應(yīng)合理設(shè)計(jì)補(bǔ)償電容器組容量，可將系統(tǒng)功率因數(shù)控制在正常偏低水平，為電容器無功補(bǔ)償留出預(yù)量空間。同時(shí)，增加自然功率因數(shù)高的設(shè)備使用比例，減少系統(tǒng)內(nèi)感性無功功率消耗。b.在運(yùn)行方面，裝設(shè)功率因數(shù)表監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功率因數(shù)變化情況，配置電容器自動(dòng)投切裝置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中負(fù)荷變化情況。在負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，實(shí)現(xiàn)采取最佳方式自動(dòng)投入或切除無功補(bǔ)償裝置的效果，保障功率因數(shù)運(yùn)行在經(jīng)濟(jì)范圍。c.在人員管理方面，加強(qiáng)對(duì)調(diào)度及運(yùn)行人員在電壓調(diào)節(jié)及無功補(bǔ)償領(lǐng)域的專業(yè)培訓(xùn)，提升其無功管理綜合素質(zhì)及處理實(shí)際問題的能力，使其更加合理的投切電容器。建立科學(xué)嚴(yán)格的無功管理考核制度，提升無功管理水平，努力提高功率因數(shù)。

4 結(jié)論

電容器過補(bǔ)償帶來的危害充分印證了維持功率因數(shù)合理穩(wěn)定及電氣設(shè)備能夠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要性。對(duì)電力企業(yè)來說，維持合理的功率因數(shù)，可以充分利用發(fā)電機(jī)工作效率，保持供電電壓穩(wěn)定，降低線路損耗，從而提供良好的供電服務(wù)。對(duì)用電客戶來說，維持合理的功率因數(shù)，可以使電費(fèi)支出降低，使企業(yè)生產(chǎn)成本減少。所以，運(yùn)用各種措施避免電容器過補(bǔ)償，維持功率因數(shù)合理穩(wěn)定，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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（作者單位：正泰電氣股份有限公司）