淺談電力工程背景下配電網無功功率補償的應用

摘 要：對無功功率損失進行了分析，并提出其對電網的影響與改善原理，進而介紹了無功補償的基本方法與應用裝置。

關鍵詞：無功功率 負面影響 改善措施 應用設備

中圖分類號：TM7 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）01（a）-00-01

1 無功功率的性質分析

無功功率在一定的時間內會從電氣設備上獲得能量，也會在某個時間內將電氣舍不得電磁能量以感應電流的方式補償給電源，如果在理想狀態下，無功功率是不會消失的，而是在電源與電氣設備之間進行電磁轉換。交流電的大小和指向是較為復雜的，因此在交流電路中會出現電磁場的復雜變換，從而在存在線圈的元件兩端產生電動勢，這就導致了電感參數的變化。變化的電磁場在電路中會引起電荷的移動，也會導致電容參數的改變。所以無功功率有感性與容性的區別。如電動機的消耗即為感性，而電容器則是容性。在電網中因為存在大量的電感元件，因此需要消耗的無功功率也就隨著增加，因此需要在電力工程中充分考慮對無功功率的補充。

2 電力工程中無功功率的影響和無功補償

2.1 無功功率的影響

如前分析，電磁線圈的電氣設備必須在工作中附加電氣元件削弱其產生的無功功率。如電動機的轉子磁場需要電源取得的無功功率來建立，變壓器也會消耗無功，才能讓一次繞組工作并產生感應電壓，因此無功功率在電力工程中會產生以下影響：因為傳輸中的無功功率的影響會導致有用功功率出現消耗，如客戶需要的有功功率一定時如果電網的無功功率增加則電網的損耗也就會增加；無功功率對電壓也會造成損耗增加；無功功率會導致變電設備的供電能力下降；會造成發電機的有功功率下降；造成功率因數降低，而影響電網的運行環境，使得電氣設備不能發揮作用。基于以上的影響，不論是從節電層面還是供電質量上都應當對電力工程中存在的無功功率進行補償，以此改變運行中的功率因數，從而提高電力供應的能力與經濟性。

2.2 無功功率補償

無功補償就是在電網的感性負荷中設置相應的電容設備，以此補償電感性負荷引起的無功功率，從而降低無功功率在電網中出現的數量，改變功率因數而提高供電質量。在交流電路中，單純的電阻元件負載電流與電壓的相位應是一致的，純電感負載電流滯后電壓為90 °，也就是純電容中電流與純電感中的電流相位差180 °，可以實現抵銷，即電源向外部供電，感性負載向外釋放的能量在兩種負荷間相互變換，感性負荷所需要的無功功率就可以在容性負荷產生的無功功率上獲得補償，這就實現了補償的目標。

3 電力工程背景下的無功補償與裝置

3.1 無功功率補償的形式

通常在電力工程中配電網絡的無功補償有以下幾種措施，即電站補償、低壓補償、桿塔補償、用戶補償等，具體的方式為：（1）變電站補償方式：對無功功率進行平衡需要在變電站進行集中控制與補償，這樣的補償目的就是從源頭改變電網配電的功率因素，最終達到提高終端變電所電壓的效果，對主變壓器無功損耗進行補充。這些補償設備通常連接在變單站的母線上，從工程角度看管理與維護都較為方便，但是對于配電網的損耗降低意義不大。（2）低壓補償方式：在我國采用較多的就是低壓補償，即在變壓器的低壓側進行補償。補償的設備主要根據用戶的情況進行選擇，投入與數量相對應的電容器即可完成跟蹤補償。主要的目的就是提高網絡中變壓器用戶的功率因數，以此達到補償的效果。低壓補償可以對電網和變壓器的損耗進行補充，同時也可保證用電客戶的電壓水平。此類補償設備一般是以功率因數或者無功功率為基礎的電容器投切系統，其補償的原則就是保證用戶的用電質量。但是在應用中無功功率投切的量有可能會與實際需要相差較大，這樣就會導致無功功率補償不足或者過大的情況，對電力系統的運行也有一定的負面影響。（3）桿塔補償方式：配電網絡分布廣闊，多數的公用變壓器并沒有低壓補償，使得無功功率補償受到了一定的限制，所以產生的無功功率的缺口還需要在發電廠或者變電站進行補充，大量的無功功率會沿著線纜進行流動，從而影響了最終的配電效率。這樣就需要在桿塔上進行無功功率補償，如在10 kV用戶外并聯電容器置于桿塔上進行無功補償，從而改善電網的功率因數，使之達到降低電壓損耗的效果。但是因為在桿塔上設置電容器距離變壓器的距離較大，使得系統的保護措施不易實施，因此提高了對其進行遠程控制的成本，保養與維護的工作量也隨之增加，工程中施工的環境也受到限制。最后在輕載的情況下運行還應防止配電線路上的過電壓與過補償的情況出現。所以桿塔上的補償點應因網絡而異不易過多，且不設置分組投切來控制其容量。（4）在終端進行補償的方式：之所以采用終端補償就因為成真的范圍擴大，而低壓用戶不斷增加，企業和工廠對于無功功率的需求量較大，因此直接對終端進行補償也成為了無功功率補償的一種方式。這樣可以在最為需要的地方進行補償從而提高電網的運行損耗，同時也保證了電壓水平。終端補償的缺點就是過于分散，管理不易實現集中，且負荷的波動會導致大量的電容器在輕載是閑置，而降低了設備利用

效率。

3.2 功率補償采用的設備

無功功率補償的裝置應根據網絡的性質與電壓情況進行合理選擇，對于各類無功功率補償裝置和計算應進行綜合考慮并采用。配電網絡中常見的補償裝置有以下幾種。（1）高壓裝置：在高壓配電網絡中此類裝置被廣泛應用，其以高壓并聯電容器最為主要的補償裝置。在應用中被安裝在主變壓器的一側，作為對主變無功損耗的降低措施，同時改善功率因數，對變電站出站端的電壓有較強的改善作用，從而發揮供電設備應有的效率。（2）中壓裝置：在中壓補償裝置中，我國使用較為廣泛的是干式自愈型并聯電容器，利用其對中壓網絡進行無功功率補償。此類設備的電容元件利用金屬薄膜卷制，卷繞后在頂端進行噴漆，同時利用導線焊接并引出，其元件的外部則利用樹脂進行封灌，以此保證其隔絕空氣。（3）低壓裝置：低壓補償裝置是無功功率補償中應用較為廣泛的一種，應用中將其安裝在配電變壓器的低壓側，也可在電動機的附近安裝，并與之進行同步運行來進行補償，同時也可在工廠配電房或者樓宇的配電房內進行無功補償。

4 結語

綜合的看，無功功率補償是電力工程中不可或缺的運行技術之一，其控制的電網內的無功功率損耗，并以此提高功率因素的穩定性，保證電網運行與用電設備的安全與經濟性。

參考文獻

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