無功補償在低壓配電系統的探討與應用

祁衛

摘要：電力行業對國民經濟快速發展具有重大意義，現代國民用電行為中，功率因數低、設備利用度差導致成本過高的狀況十分常見，對低壓配電系統進行必要的無功補償是借鑒這一弊端的主要方法。一般借助并聯但容器進行處理，若補償容量無法保證匹配效果，需要借助晶閘管進行控制，實現電容器的分組處理。無功補償對低壓配電系統的影響較大，是提高工作效率，降低電力耗損的必備處理措施，便于提高電力系統的穩定性、合理性、科學性。

關鍵詞：無功補償；低壓；應用

1 無功補償的性能分析

無功補償的執行原則為：安全合理、經濟科學、精度高準，可用于低壓配電系統的各負荷條件下，根據無功補償裝置狀況進行對應調解處理。帶動配電系統的精度高、運行穩定，降低了能耗，對節能理念的落實較為全面。它作為各種負荷的無功補償被廣泛的用在額定電壓 400 V、頻率 50 Hz 的電力系統中，是提高電力行業供電電能穩定性的重要方法。借助低壓配電的無功補償可充分實現降低電費、能耗、線路壓降等多方面要求。

2 低壓配電系統無功補償的原理和原則

2.1 低壓配電系統無功補償原理

無功功率是指沒有消耗，僅是將電能轉換為其他形式的能，這種能量是部分電氣設備能夠做功的必備條件，同時這種能量能夠和電能進行周期性轉換，如電磁元件建立磁場占用電能、電容器建立電場占用電能等。在配電網中，若電流分別在電感元件、電容元件中做功，會使電流和電壓出現不同相，前者使電流比電壓超前90℃，后者使電流比電壓滯后90℃。在同一組成電路中，電感電流和電容電流具有完全相反的方向，在相位上相差180℃。此時若在電磁元件電路中安裝合適的電容元件，使電感電流和電容電流完全抵消，減少電路中電流和電壓矢量的夾角，提高整個配電網的做功性能，這就是無功補償的原理。

2.2 低壓配電系統無功補償的基本原則

在對低壓配電網進行無功補償配置時必須遵循下述三個原則：第一，總體平衡和局部平衡相結合的原則；第二，分散補償和集中補償相結合的原則；第三，降損和調壓相結合的原則。通常情況下，低壓配電網絡在進行無功補償時，都以局部、分散補償為主，兼顧整體平衡和集中補償，還要結合電力部門和用戶補償進行整體設計，最大限度減少無功功率在低壓配電網的輸送，實現就地補償和平衡。

3 低壓配電網無功補償的方法

3.1 集中補償方法

低壓集中補償是通過低壓并聯電容器的電腦控制對配電變壓器 380 V 側進行集中補償。該種方法對配電系統的優勢較為明顯，補償容量大、跟蹤性能良好、降低用戶成本，對企業的經濟效益十分關鍵。現階段，低壓自動補償設備一般為自動投切處理，借助集中補償有利于相關企業及時發現對應用電環節的各種問題，是維持電壓穩定的合理措施。

3.2 用戶終端分散補償方法分析

輸電環節中，用戶終端需要進行分散補償控制，提高電壓利用效率較為關鍵。用戶終端進行分散補償十分必要，是節約資源、降低成本的關鍵，可根據電器容量進行單獨控制，保證其后續發展應用前景良好。該補償方法是釋放電壓能量、提高供電能力的基本方法，便于控制電壓的穩定性，同時可保護對應用電設備、器件的安全性，降低了線路耗損。終端分散補償中，借助對終端進行無功補償實現電壓能量的合理釋放，從而維持電壓穩定性，實現了降低能量損耗、提高供電能力的雙贏局面。

針對低壓無功補償，需要注意下述問題，第一、補償需要與工作同時進行。一般需要把電容組、電機組連接處理，然后進行電力輸送處理，促進電機工作、低壓補償同時運行，降低了電流流通中的不必要耗損，提高工作效率。第二、變壓器連接中，借助低壓保險進行電容器與變壓設備的連接，可以對變壓設備進行無功補償處理，降低運營中的損耗。第三、隨時補償處理，穩壓處理。無功補償中，需要進行保護裝置控制，保證低壓電容器組補償與母線部位，實現滿足補償的需求，穩定電壓、減少損耗的負面影響。

3.3 同步補償及靜止補償分析

現階段，電力行業中線路運輸一般具有長距離的特點，借助同步、靜止補償可實現線路節能，調節能力良好，可最大限度的發揮補償功效。注意問題分析如下：第一、無功補償裝置的安裝位置需要保證合理性，將對應支撐點、輸電網絡與用電位置進行低壓電網連接。第二、加強補償范圍的分析，避免外力作用導致的系統故障。第三、定期進行維護、檢修操作，避免天氣異常等原因導致的補償裝置故障。

3.4 跟蹤補償

跟蹤補償是指以無功補償投切裝置作為控制保護裝置，將低壓電容器組補償在大用戶0.4 kV母線上的補償方式。適用于100 kVA以上的專用配電變壓器用戶，可以替代隨機、隨器兩種補償方式，補償效果好。

跟蹤補償的優點是運行方式靈活，運行維護工作量小，比前兩種補償方式壽命相對延長，運行更可靠。但缺點是控制保護裝置復雜，首期投資相對較大。但當這3種補償方式的經濟性接近時，應優先選用跟蹤補償方式。

4 無功補償的效益

在現代用電企業中，在數量眾多、容量大小不等的感性設備連接于電力系統中，電網傳輸功率除有功功率外，還需無功功率。

4.1 降低系統的能耗

補償前后線路傳送的有功功率不變，P= UICOSφ，由于COSφ提高，補償后的電壓U2稍大于補償前電壓U1，為分析問題方便，可認為U2≈U1從而導出I1COSφ1=I2COSφ2。即I1/I2=COSφ2/COSφ1，這樣線損P減少的百分數為：ΔP%=（1-I2/I1）×100% =（1-COSφ1/ COSφ2）×100%

當功率因數從0.70～0.85提高到0.95時，由上式可求得有功損耗將降低20%～45%。

4.2 節省企業電費開支

提高功率因數對企業的直接經濟效益是明顯的，因為國家電價制度中，從合理利用有限電能出發，對不同企業的功率因數規定了要求達到的不同數值，低于規定的數值，需要額外多收電費，高于規定數值，可相應地減少電費。使用無功補償不但減少初次投資費用，而且減少了運行后的基本電費。

4.3 改善電壓質量

以線路末端只有一個集中負荷為例，假設線路電阻和電抗為R、X，有功和無功為P、Q，則電壓損失ΔU為：△U=（PR+QX）/Ue×10-3（KV）兩部分損失：PR/Ue→輸送有功負荷P產生的；QX/Ue→輸送無功負荷Q產生的；配電線路：X=（2～4）R，△U大部分為輸送無功負荷Q產生的，變壓器：X=（5～10）R QX/Ue=（5～10）PR/Ue，變壓器△U幾乎全為輸送無功負荷Q產生的。

可以看出，若減少無功功率Q，則有利于線路末端電壓的穩定，有利于大電動機的起動。

4.4 增加系統容量

三相異步電動機通過就地補償后，由于電流的下降，功率因數的提高，從而增加了變壓器的容量，計算公式如下：△S=P/COSφ1×[（COSφ2/COSφ1）-1]。

5 結語

電力事業的不斷發展和電網的日趨復雜使低壓用電負荷增長幅度越來越快，隨之導致的問題是大量的無功功率在電網中流動形成線路損耗，大大降低了電能的電壓質量和電網的經濟效益。由于無功功率補償具有提高電網的功率因素，補償負荷所需的部分或全部無功功率的特點，被廣泛應用于低壓配電網中。

參考文獻

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（作者單位：中南建筑設計院股份有限公司）