對無功功率及無功補償在配網中應用的探討

　　摘要：本文概述了無功功率的意義及無功補償在電網中的重要作用，并且簡要分析了三種配電網的無功補償方案，指出其優缺點，從而優化配網無功補償的應用，可供參考。
　　關鍵詞：配電網 無功功率 無功補償
　　中圖分類號：TU2文獻標識碼：A文章編號：1672-3791(2011)02(a)-0000-00
　　
　　1 無功功率的意義
　　在電網中電功率分為兩種：一種是有功功率，另一種是無功功率。有功功率是保持用電設備正常運行所需的電功率，也就是將電能轉換為其他形式能量(機械能、光能、熱能)的電功率。而無功功率，它是用于電路內電場與磁場，并用來在電氣設備中建立和維持磁場的電功率。凡是有電磁線圈的電氣設備，要建立磁場，就要消耗無功功率。由于它對外不做功，才被稱之為“無功”。
　　連接到電網中的大多數電器不僅需要有功功率，還需要一定的無功功率，電機和變壓器中的磁場靠無功電流維持，輸電線中的電感也消耗無功，電抗器、熒光燈等所有感性電路全部需要一定的無功功率。因此無功功率決不是無用功率，沒有無功功率，電動機就不會轉動，變壓器也不能變壓，交流接觸器不會吸合。在正常情況下，如果電網中的無功功率供不應求，用電設備就沒有足夠的無功功率來建立正常的電磁場，那么這些用電設備就不能維持在額定情況下工作，用電設備的端電壓就要下降，從而影響用電設備的正常運行，在無功嚴重不足時，甚至為導致系統電壓崩潰。
　　雖然無功功率在電網中必不可少，發揮著重要的作用，但它也對電網會帶來不利的影響。
　　(1)由于視在功率由有功功率和無功功率組成，而電流則是視在功率成正比，因此當有功功率不變時，無功功率的增加，就導致視在功率的增加及電流的增大，從而使發電機、變壓器、電動機和導線等電氣設備容量的增加。
　　(2)在電網中無功功率的傳輸，將造成輸電線路及變壓器損耗的增加，降低系統的經濟效益。
　　(3)降低發電機有功功率的輸出。
　　(4)在電網中無功功率的傳輸，將變壓器及線路的電壓降增大，使供電網電壓產波動。
　　
　　2 無功功率補償的作用及原則
　　正是因為無功功率不足及無功功率在電網中傳輸帶來的一系列問題，無功功率補償的作用就是要盡量減少無功功率對電網的影響。
　　它的主要作用如下：
　　(1)提高供電系統及負載的功率因數，降低輸電線路及用電設備的容量和負荷，減少功率消耗．從而提高電工設備的利用率。
　　(2)減少電網中傳輸電流的無功分量，從而減少電力網絡的損耗。
　　(3)穩定電網的電壓，改善電能質量，提高了電力系統的抗干擾能力，增加輸電系統的穩定性。
　　從無功功率補償的作用和原理可以知道，電網中無功補償的核心就是要提供足夠無功的同時減少無功功率在電網中的傳輸，因此在我國的《電力系統電壓和無功電力技術導則》中規定，電網無功功率補償的總原則是：全面規劃，合理布局，分散補償，就地平衡。
　　
　　3 配網中無功功率補償的措施及方案
　　隨著電網容量的日益增大，尤其在農網改造后，農村鎮級電網得到根本的改善，對電網無功要求也與日增加。網絡的功率因數和電壓的降低將使電氣設備得不到充分利用，降低了網絡傳輸能力，并引起損耗增加。因此，在配網中合理合適地進行無功補償，不僅能降低線損率，更能提高電能質量，實現供電企業對人民的承諾。
　　考慮到變電站側高壓電容器組投退這種集中補償方式對lOkV配電網的降損不起作用，本文暫不介紹分析。配電網無功補償常見的有三種方案，分別配電變低壓補償，配電線路補償和用戶設備分散補償。下面就每一種方案進行簡要介紹分析：
　　3.1 配電變低壓補償
　　配電變低壓補償是目前應用最普遍的補償方法，其目的是提高專用變用戶功率因數，實現無功的就地平衡，降低配電網損耗和改善用戶電壓質量。這種方案最主要的優點是補償后功率因數高，降損節能效果好。但由于配電變壓器的數量多、安裝地點分散，因此補償工程的投資較大，運行維護工作量大。所在目前這種補償方式的投資及維護均由專用變用戶承擔。目前國內各廠家生產的自動補償裝置通常是根據功率因數來進行電容器的自動投切。
　　但這種方案的缺點是在配電系統里面向廣大家庭用戶及其他小型用戶的公用變，由于其通常安裝在戶外的桿架上，實現低壓無功集中補償則是不現實的。難于維護，控制和管理，且容易造成生產安全隱患。所以這種方案難于實施。
　　3.2 配電線路補償
　　由于配電變低壓補償難于應用在公用變上，而大量公用變要消耗無功，這將造成大量的功率需要通過變電站側進行補償，導致配網上無功功率大量流動，增加配網的線損。而配電線路補償就可以通過在線路桿塔上安裝電容器實現無功補償，以提高配電網功率因數。這種方案的缺點足補償容量較難確定，太大將會導致配電線路在輕載時出現過電壓和過補償現象；另外桿上空間有限，太多數電容器同桿架設，既不安全，也不利于電容器散熱。
　　3.3 用戶設備分散補償
　　隨著現在城鄉經濟的快速發展，低壓用戶對無功需求也日漸增大，直接對用戶末端進行無功補償經濟效果最佳，綜合性能最強。經統計，在lOkV以下電網的無功消耗總量中。變壓器消耗占30％左右，低壓用電設備消耗占65％以上。由此可見，在低壓用電設備上實施無功補償十分必要。這種方案的優點是能減小電壓損失，改善電壓質量，進而改善用電設備啟動和運行條件；釋放系統能量，提高線路供電能力。但由于低壓無功補償通常按配電變壓器低壓側最大無功需求來確定安裝容量，而各配電變壓器低壓負荷波動的不同時性造成大量電容器在負荷較輕時出現閑置，設備利用率不高。
　　
　　4 結論
　　在配電網進行合理合適無功補償．做好無功優化，提高功率因素及電能質量，是我們供電企業建設節約型小康社會的一項重要措施。本文介紹了無功功率的意義及無功補償在電網中的重要作用，并簡要分析了三種配電網的無功補償方案，指出其優缺點，認為應綜合考慮各類因素，結合使用，發揮各種方案的長處，真正做到配網無功最優化。