談無功補償在供配電系統中的應用

高 成

山東省造紙工業研究設計院

談無功補償在供配電系統中的應用

高 成

山東省造紙工業研究設計院

無功補償作為保持電力系統功率平衡、降低網損、提高供電質量的一種重要措施，已被廣泛應用于各電壓等級電網中。合理選擇無功補償，能夠有效地維持系統的電壓水平，提高電能質量，避免大量無功的遠距離傳輸，從而降低有功網損，提高功率因數，無功補償的合理應用是提高系統穩定性和經濟性的重要因數。介紹了無功補償原理以及對實際情況的應用作了較為詳細的分析，無功補償方案的應用是否合理，無論從供配電系統的穩定還是系統運行的經濟都是至關重要的。

無功補償；功率因數；供配電系統；降損節能

1 影響功率因數的因素及無功補償原理

1.1 影響功率因數的因素

(1)感性負荷。在工業生產中，大量變壓器、電機等感性負荷被利用，這些感性負荷自然功率因數較低，同時在實際運行過程中，設備長期運行在低負荷狀態下，較高負載率時損耗更大，功率因數更低。(2)供電電壓不穩。在工業生產中，大型設備較多，啟停頻繁，供配電系統電壓不穩。當供電電壓較高時，由于設備和線路磁路飽和的影響，功率因數會降低。當供電電壓降低時，功率因數會提高，但此時會影響設備正常工作。(3)變頻設備的影響。為了提高設備利用率，大量變頻器投人使用，由于選擇不當，變頻器工作時產生高次諧波，消耗更多的無功功率，導致功率因數降低。

1.2 無功補償原理

把具有容性功率負荷的裝置與感性功率負荷并連接在同一電路，能量在兩種負荷之間相互交換。這樣，感性負荷所需要的無功功率可由容性負荷輸出的無功功率補償。在實際運行時，一般根據電網中的無功類型，人為設置感性或者容性無功來抵消不必要的無功功率，已達到提高功率因數、減少損耗的目的。

2 無功補償的遵循原則

《國家電網公司電力系統無功補償配置技術原則》中明確指出，供配電系統中配電變壓器的無功補償裝置容量，應按其配電變壓器的最大負載率應在75%以上，其負荷自然功率因數應在0.85以上，無功補償后配電變壓器最大負荷時，應按配電變壓器容量的25%一45%之間進行無功補償容量配置，其低壓側功率因數也不能低于0.95。因此，在造紙車間實際生產中要根據供配電系統網絡結構、電氣負荷容量等因素來考慮選擇合理的無功補償方式和位置等，使無功補償的效益最大化。

3 無功補償的意義

安裝無功補償設備可提供感性電抗所消耗的無功功率，從而能降低線損，這對提高供電企業的經濟效益起著重要的作用。首先無功補償能改善電能質量，無功補償設備的合理配置能改善電壓調整，進而保證電壓質量的穩定性；其次安裝無功補償設備能降損節能，挖掘出供電設備的潛力，達到使發電機少發無用功，多發有功功率的目的；最后，無功補償能減少用戶電費支出。另外，無功補償還能減少電壓和電流的不平衡等方面的作用，投資小，見效快，其最大的價值就是能提高供配電企業的經濟效益。

4 無功補償的應用分析

4.1 在固定濾波器、電抗器中的應用

為滿足電源對無功電流和總諧波電流的要求，利用有源濾波器產生的與負荷條件下諧波電流相反的諧波電流，讓兩者相互抵消。這種無功補償具有利用有源補償的可控性、靈活性又有無源補償大容量的特點，但是其形成的諧波會對設備造成一定的影響，而且運行過程中會產生較大的噪音。

4.2 安裝投切電容器

投切電容器是用于無功補償裝置中的電容器，通過對電容器進行投切，改變無功功率，是無功補償當中一個重要裝置。該設備投資小。但是不適宜頻繁使用，過于頻繁使用會影響設備使用壽命。

4.3 對回路電流的無功補償利用

固定濾波器來調節飽和電感器內部的磁能飽和程度這樣可以對流入回路的感性電流繼續逆向改變，最終達到無功補償。在回路中產生的感性電流可以和濾波器發出的的容性電流進行相互抵消，進一步實現電流平衡，之后可以通過將濾波器和電抗器進行電壓串聯，對側母線的電壓進行一定程度上的降低，這樣就可以實現無功補償這的目的。

5 無功補償的補償方式

5.1 分組無功補償方式

分組無功補償方式廣泛適用于工廠、企業以及煤礦等專用變壓器的無功補償其操作程序是，在配電變壓器低壓側和用戶車間配電屏安裝并聯補償電容器，結合微機控制等技術，可以實現幾十到幾百千伏安范圍的補償。

5.2 集中補償和分散補償及就地補償

就地補償是指補償裝置與用電設備配置在一起，設備運行則補償裝置投人使用，具有投資少，占地面積小，不會出現無功倒送現象。分散補償是指在車間或者末端配電盤柜上設置補償裝置補償，分散補償可以實現無功負荷分區平衡，減少無功功率在變配電站以下配電線路中的流動，使內部線損顯著降低。但較集中補償投資大，不便管理。集中補償利于控制用戶本身的無功潮流，避免受電力網的電壓變化或負荷變化而產生過大的電壓波動。

6 無功補償中應注意的問題

在輕負荷時要避免過補償，倒送無功造成功率損耗增加，也是不經濟的。功率因數越高，每千乏補償容量減少損耗的作用將變小，通常情況下，將功率因數提高到0.95就是合理補償。無功功率倒送是電力系統所不允許的現象，因為它會增加線路和變壓器的損耗，加重線路的負擔。雖然生產廠家都強調自己的設備不會造成無功功率的倒送，但是實際情況并非如此。因為對于接觸器控制的補償柜，補償量是三相同調的；對于晶閘管控制的補償柜，雖然三相補償量可以分調，但是很多生產廠家為了節約成本，往往只選擇一相做采樣及無功功率分析。于是在三相負荷不平衡的時候，就有可能造成無功功率倒送。至于采用固定電容器補償方式的用戶，則可能在負荷低谷時造成無功功率倒送，這應引起充分注意。

總之，對配電網進行無功補償，提高功率因數和保持無功功率平衡，是一項建設性的降損技術措施。目前，配電網的無功補償容量一般是根據供電部門要求達到的功率因數來確定的，而不是依據用戶用電時實際的節能效益、最佳電能質量、最小支付電費的經濟功率因數來確定。如何確定無功補償設備的合理配置和分布，需尋找技術上和經濟上的最優方案。

[1]李云勃，李云翔.無功補償在供配電系統中的應用[J].電子技術與軟件工程，2015，(17)：232-233.

[2]閆景雷，王立江，陶小寶.無功補償在供配電系統中應用必要性分析 [J].科技風，2013，(13)：93.