吳鎏婧

（福建龍凈脫硫脫硝工程有限公司，福建 廈門 361000）

0 引言

新經(jīng)濟(jì)形態(tài)下，人們生活生產(chǎn)對(duì)于電力資源的依賴程度不斷加深，這使得配電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)獲得了較快發(fā)展；與此同時(shí)，電力系統(tǒng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)也日趨復(fù)雜。低壓配電網(wǎng)在工廠用電中發(fā)揮著重要作用，然而受配電網(wǎng)分支較多、線路較長等因素的影響，低壓配電網(wǎng)的負(fù)荷較為分散，其存在一定的無功損耗問題。無功損耗不僅降低了配電網(wǎng)輸電線路的輸送能力和設(shè)備利用率，而且對(duì)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行帶來嚴(yán)重威脅?；诖?，有必要通過無功補(bǔ)償技術(shù)來降低電網(wǎng)線損，提升低壓電網(wǎng)線路的整體輸送能力。

1 無功補(bǔ)償?shù)脑砑白饔?/h2>

1.1 無功補(bǔ)償?shù)幕驹?/h3>

有功功率、無功功率是電力系統(tǒng)電功率的兩種基本形式[1]。在有功功率支撐下，用電設(shè)備能實(shí)現(xiàn)電能向機(jī)械能、熱能、光能等形式的轉(zhuǎn)化。電力設(shè)備多數(shù)是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的，在能量轉(zhuǎn)化過程中，有一部分電能用于建立磁場交換能量，對(duì)于外部電路它并沒有做功，由此形成無功損耗問題。此時(shí)，為提升電力設(shè)備利用效率，保證電能利用效率，需通過無功補(bǔ)償?shù)姆绞竭M(jìn)行處理。

無功補(bǔ)償?shù)幕驹碓谟冢貉b設(shè)可以發(fā)出容性無功功率的裝置，然后將其與呈現(xiàn)出感性的需要大量消耗無功功率的負(fù)載相并聯(lián)。能量在電容與電感之間相互交換，感性負(fù)載所需要的無功功率，可以由容性無功補(bǔ)償裝置供給。無功補(bǔ)償能有效地減少電壓損耗，提高電壓水平，進(jìn)而保證電路功率因數(shù)和輸送能力[2]。

1.2 無功補(bǔ)償?shù)闹饕饔?/h3>

1.2.1 提高系統(tǒng)功率因數(shù)

設(shè)備都有一定的額定電壓和額定電流，他們的乘積即視在功率S，是對(duì)電網(wǎng)的供電功率需求。視在功率是有功功率P和無功功率Q的矢量和，P2+Q2=S2，功率因素cosφ=P/Q。在無功補(bǔ)償過程中，假設(shè)有功功率為P，補(bǔ)償前無功功率、視在功率、功率因數(shù)角分別為Q1、S1、φ1；在補(bǔ)償后，無功功率、視在功率、功率因數(shù)角分別為Q2、S2、φ2。則其功率三角圖如圖1所示。

由上圖可知，在有功功率不變的條件下，完成無功補(bǔ)償容量Qc安裝后，輸送的無功功率下降為Q2，同時(shí)功率因數(shù)角由φ1變?yōu)棣?，該形式下，功率因素cosφ2大于功率因素cosφ1，即功率因素得以有效提升[3]。

1.2.2 減少電壓損失

電力系統(tǒng)中，輸電線的電壓降為ΔU，則電壓降可表示為：

上式中，P、Q分別代表有功功率和無功功率，而R、X分別表示輸電線路的等效電阻值和電抗值。Ue為線路末端的額定電壓，在輸電線路保證有功功率不變的情況下，無功補(bǔ)償手段的應(yīng)用使得配電變壓器無功功率減小，ΔU相應(yīng)減小，有效地減少了電壓的損失。

1.2.3 降低線路損耗

電力系統(tǒng)中，輸電線的電能損耗為ΔP，則電能損耗可表示為：

上式中，Ip、Iq分別代表有功電流和無功電流。在無功補(bǔ)償系統(tǒng)下，容性電流與感性電流相位差保持在180°，這實(shí)現(xiàn)了無功電流的相互抵消，而經(jīng)過電容補(bǔ)償后，系統(tǒng)無功電流減小，相應(yīng)的電能損耗減少，確保了線路輸送的高效性，實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性、可靠性與穩(wěn)定性的統(tǒng)一。

2 無功補(bǔ)償技術(shù)對(duì)低壓配電網(wǎng)功率因數(shù)的影響

2.1 功率因數(shù)影響因素

電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下，負(fù)荷端的有功功率由電源端提供，該過程中會(huì)伴隨著產(chǎn)生一定的無功功率。從本質(zhì)上講，負(fù)荷在消耗有功的同時(shí)，其對(duì)于無功的需求量所反映的就是設(shè)備的功率因數(shù)。設(shè)備功率因數(shù)與無功需求呈反比關(guān)系。從低壓配電網(wǎng)輸送過程來分析，配電網(wǎng)功率因數(shù)影響因素包括：其一，受設(shè)備自身運(yùn)行特性影響，若存在空載問題，變壓器會(huì)消耗大量的無功功率，同時(shí)異步電動(dòng)機(jī)會(huì)因?yàn)槎ㄗ优c轉(zhuǎn)子之間的氣隙而消耗大量無功功率。由此可知在配電網(wǎng)系統(tǒng)中存在大量配電變壓器及異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，功率因素會(huì)受到影響。其二，當(dāng)配電網(wǎng)電壓超出額定限制時(shí)，無功消耗的增長速度會(huì)有所加快，此時(shí)，其相應(yīng)的功率因數(shù)也會(huì)隨著而降低。其三，電網(wǎng)系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。當(dāng)電網(wǎng)功率不足時(shí)，其自身的頻率變化較大，而這種頻率在一定程度上會(huì)給整個(gè)系統(tǒng)的變壓器和異步電動(dòng)機(jī)造成影響，致使電網(wǎng)頻率不穩(wěn)定性更加明顯[4]。

2.2 基于低壓配電系統(tǒng)的無功補(bǔ)償容量選擇

隨著低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)的深入應(yīng)用，無功補(bǔ)償裝置的應(yīng)用也在不斷廣泛。就目前而言，電力系統(tǒng)使用最為廣泛的無功補(bǔ)償裝置是并聯(lián)電容器組。在并聯(lián)電容器組實(shí)際應(yīng)用中，還應(yīng)注重?zé)o功補(bǔ)充容量的有效選擇?，F(xiàn)階段，低壓配電系統(tǒng)的無功補(bǔ)償容量選擇方式包含了三種基本方式：其一，無功補(bǔ)償容量方式選擇以提供電網(wǎng)系統(tǒng)的功率因數(shù)為導(dǎo)向，基于這一目標(biāo)，可以有效地減少發(fā)電、輸電、變電、配電過程的損失，改善電能質(zhì)量。其二，低壓配電系統(tǒng)的無功補(bǔ)償容量選擇以降低線損為目的。作為一個(gè)地區(qū)配電網(wǎng)建設(shè)運(yùn)行效果評(píng)定的重要依據(jù)，降低線路損耗不僅能滿足電力系統(tǒng)自身建設(shè)需要，而且順應(yīng)了國家節(jié)能減排的需要。需注意的是，在以降低線損為目標(biāo)選擇無功補(bǔ)償容量是，應(yīng)注重線損成因的有效分析，以此來保證無功補(bǔ)償容量選擇與實(shí)際線損狀況的匹配性。其三，在無功補(bǔ)償容量選擇中，還應(yīng)注重線路末端電壓需求的有效選擇，確保線路末端的電壓始終保持在一個(gè)穩(wěn)定范圍之內(nèi)。

3 無功補(bǔ)償技術(shù)在低壓電網(wǎng)中的具體應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 無功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用原則

新時(shí)期，提升低壓電網(wǎng)中無功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用水平，保證低壓配電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性已經(jīng)成為電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃的基本原則。就配電網(wǎng)無功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用而言，其應(yīng)以《國家電網(wǎng)公司電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償技術(shù)原則》為導(dǎo)向，然后在“分級(jí)補(bǔ)償、就地平衡”總體原則的指導(dǎo)下，合理地控制無功補(bǔ)償設(shè)備，這樣能在提高用電設(shè)備效率的同時(shí)，降低電網(wǎng)系統(tǒng)損耗[5]。在實(shí)際應(yīng)用中，還應(yīng)注重在配電變壓器低壓側(cè)集中補(bǔ)償，同時(shí)，無功補(bǔ)償裝置應(yīng)根據(jù)電壓參數(shù)進(jìn)行自主投切，滿足補(bǔ)償需要。此外，在無功補(bǔ)償應(yīng)注重集中補(bǔ)償與分散補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)合，尤其是在中低壓配地網(wǎng)補(bǔ)償中，應(yīng)以分散補(bǔ)償為主，提升電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行效率。

3.2 注重?zé)o功功率補(bǔ)償裝置關(guān)鍵元器件設(shè)置

無功補(bǔ)償控制器、電容器投切類開關(guān)是低壓配電網(wǎng)無功補(bǔ)償裝置的兩個(gè)核心器件。此外，無功功率補(bǔ)償裝置還包含電壓采樣電路、電流采樣電路、信號(hào)調(diào)理電路、主控芯片及外圍電路等諸多內(nèi)容。就無功補(bǔ)償控制器而言，其在系統(tǒng)無功補(bǔ)償中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，該器件能在分析配電系統(tǒng)功率因素的基礎(chǔ)上，對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)無功補(bǔ)償過程進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償與功率因素的協(xié)調(diào)。從無功補(bǔ)償控制器應(yīng)用效果來看，其具有信號(hào)控制、通信、轉(zhuǎn)換投切操作、斷電數(shù)據(jù)保護(hù)、斷電即恢復(fù)、數(shù)據(jù)記錄、人機(jī)互動(dòng)等諸多功能。而就電容器投切類開關(guān)應(yīng)用而言，應(yīng)注重其運(yùn)行過程的有效控制。通常，電容器投切類開關(guān)的控制指令由微電腦發(fā)出，在接收到控制指令后，系統(tǒng)會(huì)在等電壓條件下將補(bǔ)償電容器投入補(bǔ)償電路，實(shí)現(xiàn)無功功率的有效補(bǔ)充[6]。

3.3 管理無功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用方式

隨機(jī)補(bǔ)償、隨器補(bǔ)償、跟蹤補(bǔ)償是無功補(bǔ)償技術(shù)在低壓配電系統(tǒng)中應(yīng)用的三種基本形式。就隨機(jī)補(bǔ)償方式而言，其主要是針對(duì)低壓側(cè)的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行無功補(bǔ)償，通過與電動(dòng)機(jī)的并聯(lián)連接，其能與電動(dòng)機(jī)進(jìn)行同步投切操作，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁無功消耗的有效補(bǔ)償。在隨器補(bǔ)償過程中，應(yīng)將無功補(bǔ)償電容器接在配電變壓器的低壓側(cè)，然后對(duì)配電變壓器的空載無功消耗進(jìn)行補(bǔ)償。從補(bǔ)償過程來看，這種補(bǔ)償方式的接線較為簡單，而且后期維護(hù)工作量較小，能有效地提升配電站的利用效率。此外，針對(duì)一些專用配電變壓器，可在0.4kV低壓側(cè)進(jìn)行補(bǔ)償，這樣能保證跟蹤補(bǔ)償?shù)撵`活性，提升設(shè)備的可靠性，延長設(shè)備使用壽命。

4 結(jié)論

無功補(bǔ)償對(duì)于低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行效率和質(zhì)量具有較大影響。實(shí)踐過程中，只有充分認(rèn)識(shí)到無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用原理和必要性，然后針對(duì)低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)作問題，進(jìn)行無功補(bǔ)償技術(shù)的深刻應(yīng)用，才能有效地提升無功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用水平，繼而在保證地壓電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量的同時(shí)，滿足生活生產(chǎn)的電力應(yīng)用需要。