無功補償對電能計量影響的研究

胡海泉 徐偉 黃繼華 洪學才

摘 要：在實際的電力系統應用過程中，無功補償對電力系統的電能計量有著很大程度的影響，值得電力系統的工作者和相關電力系統的教育工作者深思其中的緣由。文章分析和研究了造成電能計量誤差的原因，闡述了在計量過程中無功補償的關鍵性，并且論述了無功補償的幾種形式。找出無功補償對電能計量的影響因素，以此來進一步保證無功補償電能計量結果的精確性，讓電力系統的運行更加平穩和經濟，提升了供電品質以及用戶滿意度。

關鍵詞：無功補償 電能計量 電力系統

中圖分類號：TM714 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）06（b）-0016-02

1 影響電能計量偏差的因素

1.1 發電設備和容性負載

有功功率指的是用電設備把電能轉化成為其他形式能量的功率，而無功功率指的是在電能轉化或者運輸過程中損耗的功率。所謂無功補償就是將擁有容性功率負荷的裝置跟感性功率負荷組成一個并聯電路，感性負荷需要的無功功率將由容性負荷承擔。

1.2 三相電流不平衡

三相平衡的三個電流分量構成了三相不平衡。這三個電流分量包括零序電流、正序電流以及負序電流。而其中除了正序電流外的兩個電流分量都會對電能計量表的顯示造成影響。如果三相負載在不平衡的狀態下，就會產生零序電流，其大小跟不平衡程度成正比。零序電流會產生零序磁通，這種磁通導通率極低，因此會產生熱能，而熱能會加速絕緣電阻外皮的老化，導致設備老化速度加快，使用壽命降低。

1.3 電流諧波

不規則諧波和高次諧波會導致繼電保護元器件和裝置失靈，從而間接對電能計量造成影響。倘若用電設備無功負荷電流增大，會讓供電系統的損耗加劇。

在電能計量過程中，會出現兩種電力用戶，第一種是諧波源用戶，他們是諧波的起源。第二種是被干擾用戶，他們是諧波的承載者。這兩者用戶的計費方式都是一樣。諧波源用戶產生的諧波功率不僅讓其承受了額外的電費支出，同時還對周邊電網造成了干擾。

2 無功補償對電能計量的影響

2.1 提高電力系統中用電設備的功率因數

大家知道，輸電線路會有阻抗，如果電流越大，那么在輸電線路中損耗的功率也越大。因此解決辦法是增大電壓，降低電流，減少負荷電流，從而能夠節約功率。

零阻抗的設備是不存在的，所有設備的損耗功率都在0～1之間波動。變壓器和發動機在運行的時候，產生的磁場感應會消耗無功功率，同時設備自身的阻抗也會損耗功率，無功補償就是對這些損耗的功率進行補償，從而提升有用功的運用效率。把電力系統的電壓無功補償后提升到0.9甚至達到1，負荷穩定的功率因素也會無限趨近于1，從而降低了電網運輸過程中產生的損耗，提升了電力系統中用電設備的功率因素，從而降低損耗，達到節能目的。

2.2 優化發電、變電、輸電設備的供電能力

電力系統供電能力的大小主要取決于電力系統中各設備及元件的額定電流。在功率保持固定的情況下，對供電系統的額定功率進行一定程度的限定，在這時采取無功補償可以使功率因數增大，如此便使有效功率增大，從而增強供電能力。

（1）削弱波動負荷與沖擊負荷形成的電壓閃變與電壓波動，排除高次諧波。依照電磁感應原理可知，電容在感性負載電流中，高次諧波可視為短路狀態，如此便可將高次諧波排除在外，進而使電能質量得到有效提升。當低壓側系統采取無功補償之后，功率因數得到顯著增大，電流與線損率也減小了，供電穩定性大大增強，同時還可利用用電設備容量實現節能降損目的。

（2）因感性負載大多都會在運行時伴隨大量感性電流，而這些感性電流并不會做功，屬于無功電流，無功電流損耗在線路和變壓器中產生一定的熱量，導致配電設備與變壓器溫度增加，因此使設備利用率受到削減，當溫度達到臨界點后便會損壞設備本身的絕緣特性，嚴重的話直接影響設備。

2.3 三相不平衡的無功補償

針對三相不平衡系統中各相不同的無功功率進行相應的補償，該方法非常簡單，而且效果佳。因運行中發生三相不平衡時產生的負序與零序分量會導致附加損耗、變壓器飽和及整流器波紋系數上升等諸多問題，在采用無功補償后便能將三相不平衡負載轉化為三相平衡負載。

單相電容器分相補償方式即為依照無功大小來投電容進行相應的補償，如對于無功大的相就選擇多投電容，而對于無功小的相就選擇少投甚至不投電容，如此便完成三相不平衡的各相無功補償，不過這對不平衡的有功電流不起作用。

3 對用戶無功補償的方式

3.1 集中補償方式

集中補償方式即是將補償電容器集中安裝于用戶變電所低壓母線一側達到補償目的。該補償方式能夠一定程度地減少供電部門無功功率的輸入，并使電網及用戶變壓器產生的電能損耗降低，而且電容器安裝非常簡單和便捷，能夠有效增大補償設備的利用率。該集中補償方式可實現電能的高效利用，并一定程度上提升了電力系統的有效功率因數。

3.2 個別補償方式

個別補償方式即為采用將電容器與發電機組的引線進行并聯的方式來達到補償目的。對于供電電壓相對低的低壓電網，大容量發電電動機組可采用隨機補償方式。這種補償方式節省了設備控制所需的人力、物力及財力損耗，大大減少了投資成本，而且發電機啟動產生的瞬間電壓有所增大，使得設備開啟更為迅速。這種補償方式能夠使低壓電網無功得到充分補償，而且可補償量很好地控制在合理范圍。

3.3 分散補償方式

將電容器安裝于電力系統中變電室內各車間變配電室的母線上，可以有效增大電容器的利用率，不僅能夠平衡無功負荷，同時還能減少供電線路上無功負荷的損耗。這種補償方式能夠降低變電室至各車間供電線路的損耗，使車間末端電壓增大。

4 結語

自從我國電力系統采用無功補償后，損耗降低了接近1/10，設備的功率因素也提高到了0.9以上，節約了電能，居民用電支出也降低許多。無功補償在這個過程中起到了至關重要的作用，電網技術正在不斷革新，無功補償技術也正在不斷優化。隨著我國傳統的電能計量方式被淘汰，無功電能的計量方式正在逐漸走向前臺，無功補償能夠行之有效地補償電路無功功率，從而有效降低線路和設備的電能損耗，提升有用功率的比率，提升用電效率，讓用戶節省電費開支，讓電力系統更加有序平穩地運行。

參考文獻

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