配電系統無功補償技術

【摘要】隨著人們對配網建設的重視和無功補償技術的發展，配電網的無功補償技術問題得到了較好的解決。本文從降低網損和提高供電質量的角度出發，探討了無功補償的作用及幾種補償方式，重點分析了配電無功補償方法、配置技術和經濟效益，對配電網無功補償工作有積極的促進作用。

【關鍵詞】電力系統；配電系統；無功補償；技術

隨著國民經濟的高速發展和人民生活水平的提高，人們對電力的需求日益增長，同時對供電的可靠性和供電質量提出了更高的要求。由于負荷的不斷增加，以及電源的大幅增加，不但改變了電力系統的網絡結構，也改變了系統的電源分布，造成系統的無功分布不盡合理，甚至可能造成局部地區無功嚴重不足、電壓水平普遍較低的情況。隨著系統結構日趨復雜，當系統受到較大干擾時，就可能在電壓穩定薄弱環節導致電壓崩潰。因此，無功補償已經成為供電企業和電力客戶共同關心的課題。

一、無功補償及其特點

（一）無功補償及作用

無功補償是指為滿足電力網和負荷端電壓水平及經濟運行的要求必須在電力網和負荷端設置的無功電源如電容器、調相機等。

（二）無功補償的特點

企業中的異步電動機、變壓器等電感性負荷是取用無功功率最多的設備。取向電網的無功功率量，異步電動機占60%左右；變壓器占20%左右；整流設備、電抗器及架空供電線路等占20%左右。因此，可以得出結論，企業的無功功率主要消耗在異步電動機、變壓器和架空供電線路中。為了補償企業供用電設備所需的無功功率，采用靜態或動態無功補償方式，提高企業的用電功率因數，使企業的供用設備經濟合理運行。

二、電力無功補償技術

（一）電力負荷的功率因數

功率因數是指電力網中通過線路、變壓器的視在功率供給有功功率所占百分數。在電力網的運行中，希望功率因數越大越好，如能做到這一點，則通過電力設備的視在功率將大部分用來供給有功功率，以減少無功功率的傳輸，減少有功功率損耗。適當提高用戶的功率因數，可以充分發揮供電設備的生產能力、減少線路損失、改善電壓質量。

影響功率因數的主要因素：首先我們知道功率因數的產生主要是因為交流用電設備在其工作過程中，除消耗有功功率外，還需要無功功率。當有功功率P一定時，如減少無功功率Q，則功率因數便能夠提高。在極端情況下，當Q為零時，則其功率因數為1。因此，提高功率因數問題的實質就是減少用電設備的無功功率需要量。

（二）并聯電容器補償無功功率的作用及方法

電力電容器作為補償裝置有兩種方法：串聯補償和并聯補償。串聯補償是把電容器直接串聯到高壓輸電線路上，以改善輸電線路參數，降低電壓損失，提高其輸送能力，降低線路損耗。這種補償方法的電容器稱作串聯電容器，應用于高壓遠距離輸電線路上，用電單位很少采用。并聯補償是把電容器直接與被補償設備并接到同一電路上，以提高功率因數。這種補償方法所用的電容器稱作并聯電容器，用電企業都是采用這種補償方法。按電容器安裝的位置不同，通常有三種方式。

1.集中補償電容器組集中裝設在企業或地方總降壓變電所的6～10kV母線上，用來提高整個變電所的功率因數，使該變電所的供電范圍內無功功率基本平衡。可減少高壓線路的無功損耗，而且能夠提高本變電所的供電電壓質量。

2.分組補償將電容器組分別裝設在功率因數較低的車間或村鎮終端變配電所高壓或低壓母線上，也稱為分散補償。這種方式具有與集中補償相同的優點，僅無功補償容量和范圍相對小些。但是分組補償的效果比較明顯，采用得也較普遍。

3.就地補償將電容器或電容器組裝設在異步電動機或電感性用電設備附近，就地進行無功補償，也稱為單獨補償或個別補償方式。這種方式既能提高為用電設備供電回路的功率因數，又能改善用電設備的電壓質量，對中、小型設備十分適用。

三、無功補償技術在供電系統中的應用

（一）變電站無功補償技術

變電站是一個供電區域的供電中心，用不同電壓等級的配電線路向用戶供電。按照“分級補償，就地平衡”的原則，配電線路和電力用戶應該基本達到無功功率平衡，不向變電站索取無功電力。容性無功補償裝置以補償主變壓器無功損耗為主，并適當兼顧負荷側的無功補償。容性無功補償裝置的容量可根據主變壓器容量來確定，可按主變壓器容量的10%～30%配置，并滿足220～500kV主變壓器最大負荷時，其高壓側功率因數不低于0.95的要求。當主變壓器單臺容量為40MVA及以上時，每臺主變壓器應配置不少于兩組的容性無功補償裝置。變壓器為建立并維持交變磁場所需消耗的無功功率約占30%，一般約為其額定容量10%～15%，他的空載無功功率約為滿載時的1/3。變壓器的無功功率損耗由兩部分組成，勵磁支路的無功功率損耗和繞組漏抗中的無功功率損耗。勵磁支路的無功功率損耗與變壓器所施加的電壓有關，繞組漏抗中的無功功率損耗與變壓器的通過功率成比例。無功功率不宜長距離輸送，所以一般在超高壓樞紐變電站主變壓器低壓側安裝無功補償裝置來滿足無功功率的就地平衡，使其平衡在系統額定電壓運行水平。

（二）配電線路的無功補償

1.以分支線路所帶配電變壓器的空載無功損耗來確定分組補償容量；2.選擇負荷較大的分支線確定補償點；3.對于小分支和個別的配電變壓器，可視為主干線上的近似均勻分佰負荷，可按需要確定補償點和補償容量（補償空載無功損耗）；4.所有配電變壓器的負載無功損耗均以用戶自主補償為主，如果用戶未進行補償或補償容量不足，仍需向主干線索取無功。從以上分析可見，線路的補償容量是按配電變壓器的空載無功損耗來確定的。帶上負載以后，如果用戶補償設備投人不足，線路就會處于欠補償狀態。這雖然不是最優補償方式，但可以達到補償無功需求量70%左右的水平，對于目前我國的配電線路來講，能做到也不容易了。研究表明，輸電線路的無功過剩部分（充電無功與線路消耗的無功之差）應在本線路的兩端等量補償，即在本線兩端等量動態就地平衡。無功就地（分層）動態平衡指的是哪里有無功負荷就在哪里補償，有多少無功負荷就補償多少，什么時候用就什么時候補償。

（三）電力用戶的無功補償

電力用戶進行無功補償的目的，主要有兩個方面：一是通過無功補償，使用戶內部供電網絡的無功線損降到最低限度，以求獲得最大的降損節電效益；二是通過補償，達到國家規定的功率因數標準，并爭取獲得更多的電費獎勵。加強用戶側無功補償的管理和節能降損宣傳力度，使用戶認識到即使是未進行功率考核的小容量用戶，加強無功補償可以減少內部因傳輸和分配無功功率造成的有功功率損耗，因而相應可以減少電費的支出。因此，在確定奉單位應達到的功率因數最佳水平后，應分析并確定采用的最佳補償方式和最優補償容量電力用戶的無功補償方式，根據用戶的供電規模（有大、中、小之分）和供電方式（有高壓供電和低壓供電之分），分為三種形式：集中補償、分組補償和個別補償。

四、結束語

綜上所述，無功補償是節約電能和提高供電質量的重要措施。值得一提的是，多數企業從滿足供電局供電要求出發，僅對各級變電所進行無功補償，對無功分散補償重視不夠。不同的無功補償方案，技術要求、補償效果、投資大小不同。根據實際情況選擇合理的補償方式，能起到事半功倍的效果。