胡紅勝

仟億達集團股份有限公司，中國·北京 100024

1 引言

供電部門要求電力用戶的月平均功率因數(shù)達到90%以上。而用戶的自然總平均功率因數(shù)一般都比較低，單靠提高用電設(shè)備的自然功率因數(shù)達不到要求，這就需要裝設(shè)無功功率補償設(shè)備。

無功功率補償對供配電系統(tǒng)的運行有哪些好處，如何計算無功功率補償容量，在供配電系統(tǒng)中如何合理布置電力電容器等，對供配電系統(tǒng)的設(shè)計起著非常重要的作用[1]。

2 供配電系統(tǒng)在設(shè)計和布置電力電容器時應(yīng)注意的問題

供配電系統(tǒng)設(shè)計時，對電力電容器的補償容量和安裝位置應(yīng)該全面規(guī)劃、合理布局、條件允許時盡量做到就地平衡，避免無功功率的長距離傳輸。

計算電力電容器容量應(yīng)以負(fù)荷計算為基礎(chǔ)，準(zhǔn)確收集各用電設(shè)備的功率和運行工況下的功率因數(shù)。

供電部門是在高壓側(cè)考核用戶的月平均功率因數(shù)的，在完成低壓側(cè)負(fù)荷計算后，應(yīng)注意加上變壓器所消耗的無功功率[2]。

3 電力電容器的作用

①電力電容器能夠提供無功功率，就近補償給用戶使用，實現(xiàn)無功功率的就地平衡，從而減少了發(fā)電機通過變壓器和輸電線路遠(yuǎn)距離傳輸無功功率而造成的電能損失和電壓降落。

在電網(wǎng)中，電源供給負(fù)載的功率有兩種，一種是有功功率，另一種是無功功率。

有功功率是能直接轉(zhuǎn)化成其他能量形式的電能功率，如電機將電能轉(zhuǎn)化為機械能、白熾燈將電能轉(zhuǎn)化為光能、加熱器將電能轉(zhuǎn)化為熱能等，有功功率需要由發(fā)電機產(chǎn)生，通過變壓器和輸電線路傳輸，然后再提供給用戶。

在供配電系統(tǒng)中，無功功率也是不可或缺的，許多用電設(shè)備都是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的，如電動機，需要建立和維持旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，從而帶動機械設(shè)備運轉(zhuǎn)，電動機的旋轉(zhuǎn)磁場就是靠無功功率建立的。變壓器同樣也需要無功功率，變壓器的一次線圈產(chǎn)生磁場，才能在二次線圈中感應(yīng)出電壓，實現(xiàn)電壓變換和能量傳輸。用戶需要的無功功率，可以由發(fā)電機提供，通過變壓器和輸電線路傳輸再提供給用戶，也可以在電力系統(tǒng)或用戶的變電站、所內(nèi)安裝電力電容器，電力電容器吸收容性無功，對供配電系統(tǒng)和用戶來說就是發(fā)出感性無功功率，這就是我們通常所說的無功功率補償[3]。

視在功率是有功功率和無功功率平方和的開方，有功功率、無功功率和視在功率三者的關(guān)系如圖1所示。

圖1 功功率、無功功率和視在功率三者的關(guān)系

同時，從圖1還可以知道，傳輸同樣多的有功功率P時，當(dāng)投入電力電容器后，電容器投入補償容量QC，無功功率就從Q1減少為Q2，相應(yīng)的視在功率從S1減少為S2，這樣，變壓器和輸電線路需要傳輸?shù)碾娏鳎↖=S/1.732/U）就會比投入電容器前的要小，從而在變壓器和線路上傳輸時的電能損耗（P0=I2*R）就會減少，同時在變壓器和線路上的電壓降落也較投入電容器前減少，這就是電力電容器的作用。

補償容量可以按如下公式計算：

其中，QC——并聯(lián)電容器的投入容量，kVAR；

P——有功功率，kW；

tgΦ1——補償前計算負(fù)荷功率因數(shù)角的正切值；

tgΦ2——補償后計算負(fù)荷功率因數(shù)角的正切值?；蛘撸?/p>

Qc值如表1所示。

②增加和減少電力電容器容量的投入可以改善線路的電壓偏差。

根據(jù)圖2所示，變壓器和線路上的電壓降落數(shù)值大小，除了其本身的電阻和電抗參數(shù)外，還跟傳輸?shù)挠泄β屎蜔o功功率有關(guān)，尤其是變壓器和架空線路，由于其電抗數(shù)X比較大，無功功率Q流過時，會有比較大的電壓降落。

圖2 增加和減少電力電容器容量的投入可以改善線路的 電壓偏差

下式：

其中，Δu——電壓損失百分?jǐn)?shù)，%；

P——有功功率，kW；

Q——無功功率，kVAR；

I——負(fù)荷電流，A；

R——線路或變壓器的電阻，Ω；

X——線路或變壓器的電抗，Ω； Φ

cos ——負(fù)載功率因數(shù)。

投入電容器后，在變壓器或線路上的電壓損失百分 數(shù)為：

QC就是并聯(lián)電容器的投入容量（kVAR），QC越大Δu就越小。

電容器投入運行后，在變壓器和線路上電壓損失減少的數(shù)據(jù)也可以通過表2得到。見表2。

表2 電容器投入運行后，在變壓器和線路上電壓損失減少的數(shù)據(jù)

當(dāng)供配電系統(tǒng)中某點電壓過低時，如果功率因數(shù)也比較低，適當(dāng)增加電容器投入的容量，系統(tǒng)電壓將得到提高，而當(dāng)電壓過高時，往往也是電力負(fù)荷較低，功率因數(shù)偏高的時候，適當(dāng)減少電容器投入的容量，電壓會相應(yīng)降低，從而起到調(diào)整系統(tǒng)電壓的作用。

4 電力電容器在供配電系統(tǒng)中的布置

根據(jù)電力電容器在供配電系統(tǒng)中的布置，電容器的補償方式分為三種：就地補償、分散補償和集中補償。

就地補償：對于大型電機或者大功率用電設(shè)備宜采用就地補償。就地補償是最經(jīng)濟、最簡單以及最見效的補償方式。在就地補償方式中，把電容器直接在用電設(shè)備上，中間只加串熔斷器保護，用電設(shè)備投入時電容器跟著一起投入，切除時一塊切除，實現(xiàn)了最方便的無功自動補償，切除時用電設(shè)備的線圈就是電容器的放電線圈。

分散補償：當(dāng)各用戶終端距主變較遠(yuǎn)時，宜在供電線路末端裝設(shè)電容器，采用分散補償方式，不僅可以使線路的電能損失大大降低，同時可以兼顧提升末端電壓的作用。

集中補償：作為補償基本無功功率的電容器組，安裝在變電站、所內(nèi)的電容器屬于集中補償方式。集中補償方式具有安裝環(huán)境優(yōu)越、電容器容量大、單位造價低等優(yōu)點，同時可以通過自動調(diào)節(jié)和投切電容器組，從而滿足供電部門對用戶變電站、所功率因數(shù)的要求[4]。

5 結(jié)語

綜上所述，無功功率不是無用功率，而是電能傳輸和轉(zhuǎn)換中不可或缺的。計算和選擇合適的電容器容量，優(yōu)化其在供配電系統(tǒng)中的布置，能夠降低功率傳輸過程中在變壓器和輸電線路上的電能損失和電壓降落，提高變壓器、輸電線路的功率傳輸能力和改善電能質(zhì)量，因此具有很重要的研究意義。