浅析电力系统无功补偿_詹弘华

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浅析电力系统无功补偿

詹弘华

（福建省泉州市丰泽区人民政府办公室，福建泉州362000）

随着我国电力工业的快速发展，电网的无功支持和电压支撑已成为电网安全、稳定运行的关键性因素。做好系统无功补偿对提高系统的功率因数和供电质量、减少线路损耗、改善电压质量，提高电网的输送能力和设备利用率具有重要的作用和意义。

１无功补偿的原理与意义

电网中的许多用电设备是根据电磁感应原理工作的。用电设备在能量转换过程中建立了交变磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率有功功率、无功功率和视在功率之间关系，如图１所示。

Ｓ－视在功率（ｋＶＡ）；Ｐ－有功功率（ｋＷ）；Ｑ－无功功率（ｋＶａｒ）图１有功功率、无功功率与视在功率关系图φ角为功率因数角，其余弦ｃｏｓφ是有功功率与视在功率之比即ｃｏｓφ＝Ｐ／Ｓ称作功率因数由图看出，有功Ｐ一定的情况下，无功Ｑ越大，功率因数ｃｏｓφ越小。若无功功率不是由电容器提供，则必然消耗电力系统的无功功率，供电线路的导线和变压器的容量随之增大。在用户侧无功补偿不足时，不仅增加供电投资、降低设备利用率，同时也将增加线路的损耗。无功补偿的基本原理是［３］：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接入同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。电力系统中，不但有功功率平衡，无功功率也要平衡。为此，《供用电营业规则》中规定：无功电力应就地平衡，用户应在提高用电自然功率因数的基础上，设计和装置无功补偿设备，并做到随其负荷和电压变动及时投入或切除，防止无功倒送。《供用电营业规则》中还规定用户的功率因数应达到相应的标准，否则供电部门可以拒绝供电。因此，无论对供电部门还是用电企业，对无功功率进行动态补偿以提高功率因数，防止无功倒送，从而节约电能，提高运行质量都具有非常重要的意义。２无功功率不足的危害当系统无功功率不足时，无功电源和无功负荷将处于低电压的平衡状态，将给电力系统带来诸如设备出力不足、电力系统损耗增加、设备损坏等一系列危害［４］。

２．１损坏用电设备

在电力传输系统中，如果说出现了无功功率不足的现象，那么就会导致电力系统中的电压以及功率因数不断的降低，最终导致用电设备受到破坏，严重情况下甚至会导致电网系统中的电压崩溃，使得整个电网控制系统瓦解，从而造成片区大面积的停电。

２．２造成电能损耗增加

电力电压以及功率因素的降低，会导致电力系统中的电气传输设备无法得到有效的利用，从而造成了电力系统中传输的电能损耗不断增加，降低了电能传输的效率，给用电用户的日常生活带来的极大的困扰。

３消耗无功功率的设备

电网系统中的电力负荷绝大部分负荷都是属于感性负荷，例如变压器和电动机等，这类设备在运行的过程中，电网电源要不断的向这些用电设备提供对应的无功功率。通过对这类设备所消耗的无功功率来看，大约有４０％的无功功率都消耗在了配电变压器以及配电线路之中，而余下的则全部消耗在了用电用户的用电设备上。

３．１异步电动机

用电设备在运作过程中消耗有功功率时，需要将大量的无功功率源源不断的通过电源来输送到负荷中去，功率因数通常反映的都是用电设备在使用过程中消耗一定有功功率的同时所需要消耗的

无功功率。但是绝大部分感性设备自身的功率因素平均都低于１，所

以在众多的用电设备中都需要消耗无功功率，而交流电焊机以及异

步电动机等用电设备都是主要消耗无功功率的设备。

通过统计的资料来看，在电网系统的内部，电动机为了能够建立并且维持三相旋转磁场，其需要消耗的无功功率大约占到了电源线路所输送的所有无功功率的６０％［５］。当异步电动机空载时，所消耗的无功又占到电动机总无功消耗的６０％￣７０％［６］。对于农村用电负荷来说，主要是一些小加工业及照明负荷，其中大部分用电设备为感性负载，其功率因数都很低，影响了线路及配电变压器的经济运行。３．２变压器变压器为建立并维持交变磁场所需消耗的无功功率约占全部无功功率的２０％，一般约为其额定容量的１０％￣１５％，他的空载无功功率约为满载时的１／３［７］。变压器的无功功率损耗由两部分组成，励磁支路的无功功率损耗和绕组漏抗中的无功功率损耗。励磁支路的无功功率损耗与变压器所施加的电压有关，绕组漏抗中的无功功率损耗与变压器的通过功率成比例。４无功补偿设备目前电网的无功电源，包括发电机、补偿电容器在改善电网构

架、提高系统稳定、改善电网的运行条件等方面都是个好的选择。４．１发电机同步发电机是电力系统中惟一的有功电源，同时也是无功的基摘要：无功补偿在电力系统中起到提高功率因数的作用，合理地使用无功补偿设备,可降低设备和线路的损耗，对调整电网电压,提

高供电质量,抑制谐波干扰,保证电网安全稳定的运行具有十分重要的作用。本文从电力无功补偿的基本原理、无功不足的危害、补偿方式、运行管理及实际应用几个方面进行分析,阐述了无功补偿在电力电网中应用的意义和作用。

关键词：电力系统；无功补偿；电网

Abstract:the wattless power compensation in power system to improve the power factor ，rational use of wattless power compensation equipment,can reduce equipment and line loss ，to adjust the voltage of power grid,improve power quality,harmonic interference,which plays an important role in the safe and stable operation of power grid 。From the electric wattless power compensation principle,insuffi －cient reactive power compensation,harm,operation management and practical application in several aspects of the analysis,this paper expounds the significance and functions of wattless compensation applied in power in power network.

Key words:Power system ；Wattless power compensation ；Power

grid 作者简介：詹弘华(1963-),男,福建泉州人,福建省泉州市丰泽区人民政府办公室。

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本源。如果发电机发出的无功功率不能满足电网对无功功率的要求，就会引起整个电网的电压下降，这对负载是不利的。调节发电机的励磁电流就可以调节发电机输出的无功功率。在过励状态下，励磁电流愈大，发电机输出的感性无功功率愈大。发电机是电网中不需要投资的无功电源，在满足技术经济要求的情况下，可以积极利用电厂的无功电源。

４．２补偿电容器

补偿电容器是一种专门用来改善功率因数的电力电容器，作为一种极为重要的无功电源，对于改善电力系统结构，提高电能质量起着决定性作用。其原理是：把具有容性功率的装置与感性负荷联接在同一电路，当容性装置释放能量时，感性负荷吸收能量，而感性负荷释放能量时，容性装置吸收能量。能量在相互转换，感性负荷所吸收的无功功率可由容性装置输出的无功功率中得到补偿。

５无功补偿设备的作用

改善系统功率因数，是降低线路损失、提高电网的输送能力、减少线路电压降、改善末端电压质量、增加设备出力的有效措施。

５．１降低系统能耗

补偿前后线路输送的有功功率不变，Ｐ＝Ｕ１ＣＯＳφ，由于ＣＯＳφ提高，补偿后的电压Ｕ２稍大于补偿前电压Ｕ１，为分析问题方便，可认为Ｕ２≈Ｕ１从而导出

Ｉ１ＣＯＳφ１＝Ｉ２ＣＯＳφ２。

即：Ｉ１／Ｉ２＝ＣＯＳφ２／ＣＯＳφ１，这样线损Ｐ减少的百分数为：

ΔＰ％＝（１－Ｉ２／Ｉ１）×１００％＝（１－ＣＯＳφ１／ＣＯＳφ２）×１００％

当功率因数从０．７０￣０．８５提高到０．９５时，由上式可求得有功损耗将降低２０％￣４５％［８］。

５．２改善电压

电网在进行功率传输时，电流将在线路等阻抗上产生电压损耗△Ｕ，假如始端电压为Ｕ１，末端电压为Ｕ２，则电压损耗计算公式为：

△Ｕ＝Ｕ１－Ｕ２＝（ＰＲ＋ＱＸ）／Ｕｎ

式中：Ｐ——

—线路传输的有功功率（ＫＷ）；

Ｑ——

—线路传输的无功功率（Ｋｖａｒ）；

Ｕｎ——

—线路额定电压（ＫＶ）；

Ｒ、Ｘ——

—线路电阻、电抗（Ω）。

若保持有功功率恒定，而Ｒ和Ｘ为定值，无功功率Ｑ愈小，则电压损失愈小，电压质量就愈高。当线路安装容量为ＱＣ的并联电容器补偿装置后，线路的电压损耗变为：

△Ｕ′＝［ＰＲ＋（Ｑ－ＱＣ）Ｘ］／Ｕｎ

可以看出：采取无功补偿以后，线路传输的无功功率变小，相应地减少了线路电压的损耗，提高了配电网的电压质量［９］。

５．３提高设备的利用率

对于原有供电设备来讲，在同样有功功率下，因功率因数的提高，无功电流减少，因此向负荷传送功率所经过的变压器、开关和导线等供配电设备都增加了功率储备，从而满足了负荷增长的需要。由于功率因数的提高，电气设备的利用率也得到了提高，从而发挥原有设备的潜力。

６需要注意的问题

无功补偿的效果是能够实现减少供电线路的电流，充分发挥发、供电设备的生产能力，而且可以提高用户用电设备的工作效率，因此必须重视并加强管理。

６．１无功补偿的原则

无功补偿的原则是：①局部平衡与全网平衡相结合，既要满足全网的总无功平衡，又要满足分线、分站的无功平衡。②集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为主，集中补偿为辅。这就要求在负荷比较集中的地方进行就地补偿，一方面要在变电站进行大容量无功集中补偿，又要在输电线路、配电变压器和用电设备处进行分散补偿，其目的是做到无功就地平衡，避免其长距离输送造成不必要的无功损失。③高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主，高压补偿为辅，这和分散补偿相互结合。④降损与调压相结合，以降损为主，调压为辅。这是针对输电线路长，线路分支较多，输电负荷较分散，功率因数较低的地区，这种线路最明显的特点是：负荷率低，线路损失大，若对此线路进行无功补偿，可显著提高线路的供电能力。总之，在进行无功补偿时必须严格尊照无功补偿的原则。

６．２无功补偿存在的问题

无功补偿装置是电力系统运作过程中最为重要的节能设备，同时也能够有效维持电网电压稳定的关键设备，无功补偿装置自身所需要的造价成本也较低。但是在该装置在实际运作的过程中，会因为无功补偿装置自身运行没有响应的规定和标准，并且对于无功补偿设备进行自动控制的设备技术也并不理想，这些情况导致了无功补偿装置在使用过程中会出现一定程度的问题。具体来说有以下几个方面：

（１）补偿效果和容量。配电变压器低压补偿可以提高功率因数，降低变压器损耗，但是对于输电线路的降损很小。因此，配电变压器安装补偿电容的数量很少或者补偿容量不足都会影响到线路降损和电压。

（２）无功倒送。采用固定电容器补偿方式的用户，可能在负荷低谷时造成无功倒送。无功倒送会增加配电网的损耗，加重配电线路的负担，是电力系统所不允许的，这应引起充分的考虑。

（３）谐波影响。谐波电流可导致变压器中的铜损和杂散损增加，谐波电压则会增加铁损。谐波会增加变压器的噪声，会使电容控制失灵和加速损坏，进行无功补偿时必须考虑谐波治理。

（４）测量的问题。目前３５ｋＶ以下配电网的线路上的负荷点一般无表计，且人员的技术水平参差不齐，表计记录的同时性和准确性无法保证。这对配电网的无功优化计算带来很大困难。３５ｋＶ终端用户处通常只装有有功电度表，要实现功率因数的测量是不可能的。这也是低压无功补偿难于广泛开展的原因所在。

７结论

随着现代社会电力市场商业化运营模式不断普及，社会各界对于的电能供应的质量要求越来越高，同时对于节能降耗需求也在日益增大。电能供应的质量对于电力系统能否长久保持安全运行有着直接的影响，因此，电压无功的综合性控制问题受到了社会各界的重视，展开电网无功优化的规划工作，是保证无功设备进行科学合理调控和无功功率自身的分区、分层、就地平衡电压是降低电网电能损耗、保持电网电压传输质量的一个重要因素。无功补偿不仅仅降低了无功功率在电网系统中的流动，还可以减少线路以及变压器在进行无功功率输送过程中所造成的电能损耗，有效的提升了功率因数。所以，这是一项投资成本较少，效益成果见效快的节能降耗措施。

参考文献

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[8]上海坤友电气设备公司.产品网,2012.

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