民用建筑供配電系統(tǒng)中的無(wú)功補(bǔ)償方式及其選擇

魏 民 蔡傳寶

（浙江杭州綠城東方建筑設(shè)計(jì)有限公司，浙江 杭州310012）

0 引言

隨著社會(huì)的快速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，各地建設(shè)了大量的辦公樓、住宅公寓、大型商場(chǎng)和超市、高級(jí)酒店，民用建筑和工業(yè)的用電量在飛速增長(zhǎng)。由于民用建筑的用電負(fù)荷類型為單相感性負(fù)荷，其本身的功率因數(shù)很低，因此導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的供電效率不高。為了提高功率因數(shù)，降低無(wú)功功率，使電能得到充分利用，提高供電質(zhì)量，我們通常在供配電系統(tǒng)中加入無(wú)功補(bǔ)償裝置來(lái)進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償。無(wú)功功率補(bǔ)償是提高電能質(zhì)量的重要手段，它可以降低輸電線路上的壓降和能量損耗，進(jìn)而減少用電能耗，提高電能的質(zhì)量。

1 無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑?/h2>

電網(wǎng)輸出的功率有2部分：一部分是有功功率，另一部分為無(wú)功功率。有功功率可直接轉(zhuǎn)化為能使用的各種能量，如電燈照明、煮飯的熱能等；無(wú)功功率不能以使用能的形式體現(xiàn)出來(lái)，卻是設(shè)備做功的必備條件。無(wú)功功率的損耗在以下2個(gè)公式中可以體現(xiàn)出來(lái)。

（1）輸電線路上電壓降的公式：

式中，U1為線路起點(diǎn)電壓；P1為輸電線路的有功功率；R為輸電線路的電阻；Q1為輸電線路的無(wú)功功率；X為輸電線路的電抗。

在R、X、U1、P1這4個(gè)量不變的情況下，Q1的減少將使電壓降降低。

（2）輸電線路上有功功率損耗的公式：

式中，U2為線路終點(diǎn)電壓；R為輸電線路的電阻；P2為輸電線路終點(diǎn)的有功功率；Q2為輸電線路終點(diǎn)的無(wú)功功率。

在R、U2、P2這3個(gè)量不變的情況下，Q2的減少將使線路損耗降低。

從上面2個(gè)公式可以看出，無(wú)功功率補(bǔ)償對(duì)電能質(zhì)量的提高、線路上電能損耗的降低有重要作用。

在電感元件中電流做功時(shí)，電流滯后于電壓90°；在電容元件中電流做功時(shí)，電壓滯后于電流90°；在同一個(gè)電路中，電感電流與電容電流矢量方向相反，相差180°。如果在電容元件電路中有比例地安裝電磁元件，就可以抵消兩者的電流，使電壓矢量與電流矢量之間的夾角減小，進(jìn)而使電源的做功大大提高。而供電設(shè)備多數(shù)為感性負(fù)載，存在大量的無(wú)功功率，因此在感性負(fù)荷中并聯(lián)電容器作為無(wú)功補(bǔ)償裝置，這種方式在國(guó)內(nèi)外被廣泛采用，叫做電容補(bǔ)償。把容性負(fù)荷裝置與感性負(fù)荷連在同一電路中，能使它們之間進(jìn)行負(fù)荷交換，這就使得感性負(fù)荷需要的無(wú)功功率可用容性負(fù)荷輸出的無(wú)功功率補(bǔ)償，從而提高了系統(tǒng)的功率因數(shù)。

2 無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆绞?/h2>

無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆绞接?種：變電站集中補(bǔ)償、配電線路分散補(bǔ)償和隨機(jī)補(bǔ)償。

（1）變電站集中補(bǔ)償。針對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的無(wú)功平衡，在變電站進(jìn)行集中補(bǔ)償。進(jìn)行補(bǔ)償?shù)难b置包括并聯(lián)電容器、靜止補(bǔ)償器等，目的是平衡電網(wǎng)的無(wú)功功率，提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，提高母線電壓，補(bǔ)償變壓器和輸電線路上的無(wú)功損耗。這些補(bǔ)償裝置一般都接在變電站的高壓母線上，因此容易管理且維護(hù)方便，但其缺點(diǎn)是對(duì)高壓配電網(wǎng)的降損不起任何作用。

（2）配電線路分散補(bǔ)償。配電線路上的無(wú)功補(bǔ)償是通過在線路的桿塔上安裝電容器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。線路上的補(bǔ)償點(diǎn)不宜太多；控制方式要簡(jiǎn)單且易操作，不應(yīng)采用分組投切的控制方式；對(duì)線路的補(bǔ)償容量也不宜過大，以免補(bǔ)償過剩；保護(hù)也應(yīng)從簡(jiǎn)設(shè)置，可采用熔斷器作為過載保護(hù)裝置。配電線路無(wú)功補(bǔ)償方式主要為線路和公用變壓器提供所需要的無(wú)功功率，該方式的優(yōu)點(diǎn)是投資少、回收快、方便管理和維護(hù)，常用于功率因數(shù)較低且負(fù)荷大的長(zhǎng)線路；缺點(diǎn)是適應(yīng)能力差，重載情況下無(wú)功補(bǔ)償不足等。在民用供配電系統(tǒng)中，由于多數(shù)用戶使用單相負(fù)荷或單相負(fù)荷和三相負(fù)荷混用，且負(fù)荷大小不同，用電時(shí)間也不同，所以其三相間存在大量的不平衡電流，并且這種不平衡性沒有規(guī)律，使供電部門無(wú)法預(yù)先知道，這就導(dǎo)致低壓供配電線路上的三相負(fù)荷長(zhǎng)期處于不平衡狀態(tài)。電網(wǎng)中的這種不平衡狀態(tài)會(huì)增加線路和變壓器的銅損速度，甚至?xí)黾幼儔浩鞯蔫F損率，使變壓器的出力降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響其安全運(yùn)行。在實(shí)際運(yùn)行中，需要調(diào)整不平衡電流的無(wú)功補(bǔ)償裝置來(lái)解決電流的不平衡問題。這種裝置在進(jìn)行線路無(wú)功補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)會(huì)調(diào)整不平衡的有功電流，這樣可以把三相功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?.95以上，使不平衡電流降到10%以內(nèi)。

（3）隨機(jī)補(bǔ)償。隨機(jī)補(bǔ)償就是通過控制裝置、保護(hù)裝置與電動(dòng)機(jī)同時(shí)切換，將電容器與電動(dòng)機(jī)并接的一種無(wú)功補(bǔ)償方式。在民用供配電網(wǎng)中有很大一部分無(wú)功功率消耗在電動(dòng)機(jī)上，因此對(duì)電動(dòng)機(jī)做好無(wú)功功率補(bǔ)償，不僅可以減少配電線路上的損耗，而且還可以提高電動(dòng)機(jī)的出力。隨機(jī)補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是無(wú)功補(bǔ)償裝置隨著用電設(shè)備的運(yùn)行和停止，相對(duì)應(yīng)地投入和退出，具有投資少、占地少、安裝簡(jiǎn)單、控制靈活方便、事故率低等特點(diǎn)，適用于補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)的無(wú)功消耗，可以有效地限制電網(wǎng)的無(wú)功波峰荷載。對(duì)于年運(yùn)行時(shí)間在1 000 h以上的電動(dòng)機(jī)，采用這種補(bǔ)償方式比較節(jié)能。

3 無(wú)功功率補(bǔ)償方式的選擇

在無(wú)功功率補(bǔ)償方面，選擇哪一種補(bǔ)償方式，要根據(jù)電網(wǎng)的情況而定。首先，設(shè)計(jì)人員要對(duì)所需補(bǔ)償線路的負(fù)荷特點(diǎn)、三相間的電壓不平衡程度等有所了解，然后再結(jié)合補(bǔ)償方式制定合理的補(bǔ)償方案。對(duì)于負(fù)荷較大且負(fù)荷變化快的工況，比如電動(dòng)機(jī)的線路等，要采用隨機(jī)補(bǔ)償或配電線路分散補(bǔ)償?shù)姆绞剑@種補(bǔ)償方案比較節(jié)能，補(bǔ)償效果也很明顯。對(duì)于負(fù)荷比較平穩(wěn)的供電線路要采用變電站集中補(bǔ)償?shù)姆绞剑谝恍┣闆r下也可以使用隨機(jī)補(bǔ)償方式。對(duì)于一些特殊的工作線路，在確定方案時(shí)要考慮周全，慎重選擇。特別是在含有瞬變高電壓和大電流的線路中，要采用配電線路分散補(bǔ)償?shù)膭?dòng)態(tài)補(bǔ)償方式，可以有效緩解高電壓、大電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊。此外，無(wú)功功率補(bǔ)償器控制方式的選擇間接影響著無(wú)功功率補(bǔ)償方式的選擇。控制器有3種采樣方式，分別是功率因數(shù)型、無(wú)功功率型和無(wú)功電流型。控制器的作用是指揮無(wú)功補(bǔ)償裝置的運(yùn)行、采樣和運(yùn)算，為電容補(bǔ)償器的正常運(yùn)行提供保障。

在民用配電網(wǎng)中，最主要的無(wú)功補(bǔ)償方式就是以上所述的3種，這3種補(bǔ)償方式各有各的優(yōu)缺點(diǎn)。實(shí)際工程中，在弄清無(wú)功補(bǔ)償原理的情況下，要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況并結(jié)合選擇標(biāo)準(zhǔn)來(lái)選擇相應(yīng)的補(bǔ)償方式，使電網(wǎng)中的無(wú)功損耗降到最低。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，為了保證電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定，必須通過電網(wǎng)的無(wú)功補(bǔ)償做好電網(wǎng)的無(wú)功管理工作，實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率供應(yīng)和需求的平衡，降低線路損耗，提高電網(wǎng)的運(yùn)行效率，從而達(dá)到既滿足用電需求又節(jié)能的目的。

［1］李穎峰.低壓配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償方式及優(yōu)化研究［J］.電氣應(yīng)用，2008（19）

［2］傅慈英，馬勤.民用建筑工程配電無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆治雠c選擇［J］.安裝，2010（7）

［3］王乙伊.低壓配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償方式的研究［J］.廣東電力，2007（2）

［4］蔡敏.電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償方式的探討［J］.華中電力，2004（2）

［5］馮超.配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償容量?jī)?yōu)化配置［D］.華南理工大學(xué)，2011

［6］謝燕林.淺談民用建筑工程低壓配電系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償［J］.科技與企業(yè)，2011（6）