探討配電網無功補償技術及其應用

溫州市龍灣永強供電公司 薛迪勝 趙佰南

當前社會發展迅速，人們對電能的依賴程度不斷增加，保證電能供應質量，關系著供電單位的外在形象以及經濟效益的增長。無功補償可保證電氣設備的正常運行，降低給有功功率造成的不良影響，降小配電網線損的同時，保證供電質量，因此，供電單位應做好無功補償技術的研究，保證配電網安全穩定運行，為人們的生產生活提供優質的電能，滿意的服務。

一、無功功率及補償原理

配電網中的功率分為有功功率、無功功率與視在功率，其中有功功率指做功消耗的功率，視在功率是有功功率與無功功率的向量和。為加深對無功補償的理解，在探討無功補償原理之前，有必要對配電網中無功功率進行分析，以正確認識無功功率存在的客觀性與必要性。

1.無功功率

眾所周知，配電網中存在電流與磁場間的轉換，電氣設備中用于建立與維持磁場的電功率，即為無功功率。無功功率不對外做功，但是維持電氣設備及配電網正常運行的重要功率，例如，變壓器線圈產生的磁場、電動機轉子磁場，都需要從電源中獲得無功功率加以維持。考慮到配電網中電磁間的轉化復雜，配電網提供的無功功率無法滿足負荷要求，因此，需應用專業技術對無功功率進行補償，確保用電設備在額定功率狀態下工作。

2.無功補償原理

無功補償的原理為：將感性功率負荷和容性功率負荷裝置并聯接入到同一電路中，當感性負荷釋放能量時，容性負荷會吸收釋放的能量，反之，感性負荷會吸收容性負荷釋放的能量，這樣能量便在兩者之間相互交換，最終實現無功補償的目的。

二、無功補償作用與實現方式

1.無功補償作用

在配電網中進行無功補償具有重要作用，主要體現在以下方面：首先，保證電壓質量。用Ia、Ir分別表示有功、無功電流，△U表示電壓損失，則計算公式為：

公式中字母含義如表1所示：

表1 公式中的字母與含義

由公式可知，在有功功率不變的情況下，線路總電阻以及線路感抗為定值時，無功功率Q越小，電壓損失的越小，可很好的保證電壓質量。其次，節約投資成本。無功補償后功率因數由cosφ1提高至cosφ2，可將變壓器的利用率提高為：

能夠帶更多的負荷，降低了輸變電設備的投資成本。再次，降低電費支出。降低有功功率對無功功率的補償，用戶使用電量減小，電費也會因此而減少。最后，提升配電網傳輸能力。無功補償時，功率因數升高，需要電網傳輸的功率變小，配電網的傳輸能力得以提升。

2.無功補償的實現方式

無功補償中常用的方式有三種：低壓個別補償、低壓集中補償、高壓集中補償。其中低壓個別補償指，在綜合分析個別用電設備無功功率需求的基礎上，使用低壓電容器采用分散方式與用電設備并聯。該補償方式適合應用在連續運行且消耗無功功率較大的電氣設備上，具有配置方便、安裝簡單，不會發生無功倒送的情況等優點。

低壓集中補償指，通過低壓開關將低壓電容器與配電變壓器低壓母線側連接在一起，借助無功補償投切裝置，結合低壓母線上的無功負荷大小，對電容器的投切進行控制。需要注意的是，電容器以整組方式進行投切，無法進行平滑調節。該種補償方式的優點有：無功可降低平衡、運維工作量投入小、接線操作簡單，在提高配變利用率的同時，減少線損，在無功補償中的應用率較高。

高壓集中補償指，在變電所6～10kV高壓母線側安裝并聯電容器組的補償方式。該種補償方式適合應用在供電線路末端或遠離變電所，用戶自身具有一定高壓負荷的情況下。配電網運行時，補償裝置可在參考負荷大小的基礎上，自動進行投切，不僅能明顯提升用戶的功率因數，而且具有較高的補償效益。

三、無功補償技術的應用

為確保無功補償技術在配電網中更好的應用，供電單位應做好不同無功補償方式的研究，結合配電網實際情況，選擇合理的補償方式。同時，還應注重以下內容的考慮：

1.遵守補償原則

配電網無功補償是一項專業性較強的工作，為實現更好的補償效果，供電單位應注重遵守以下原則：全面規劃原則。設計與構建配電網時，應做好充分的調查，認真考慮配電網負荷情況，以及所用電氣設備數量、類型等內容，將無功補償納入設計工作的重點，對無功補償進行全面規劃。如此才能在保證配電網建設工作穩步推進的基礎上，更好的投入運營。合理布局原則。配電網無功補償時，還應注重合理性，既要考慮補償位置選擇的合理性，又要保證補償裝置、補償容量選擇的合理性。分級補償原則。對配電線路無功補償方案進行充分的論證，分析影響無功補償的因素，從經濟投入，實施難易程度上加以權衡，確定最佳的分級補償方案。就地平衡原則。配電網無功補償時，應注重遵守就地平衡原則，提高補償質量的同時，降低給配電網正常運行的影響。

2.明確補償容量

配電網中應用無功補償技術時，確定合理的補償容量最為關鍵。確定無功補償容量時，一方面，明確補償依據。不同的無功補償依據，采用的計算方法不同，需要供電單位明確不同補償依據的計算方法，準確的計算出補償容量。例如，以提高電壓作為補償計算的依據，可采用以下公式：

其中△U為需要提高的電壓值，U2為需要達到的電壓值，X為線路電抗。另一方面，考慮補償細節。如10KV配電變壓器容量超過100KVA時應考慮進行無功補償，即，使用自動投切補償裝置，并根據負荷性質確定合理的補償容量。10KV配電線路可結合負荷實際，采用分散方式進行補償。超過5KW的交流異步電動機，應采用隨機方式補償，補償容量參考電動機無功損耗確定。

3.優選補償裝置

配電網無功補償的實現需借助專門的補償裝置，因此，補償裝置選擇的合理與否直接影響補償質量，這就要求供電單位提高認識，結合配電網負荷情況，認真對比不同補償裝置性能，選擇工作穩定、性能優良，又能滿足無功補償需要的補償裝置。目前配電網無功補償裝置有：同步發電機、靜止無功補償器、靜止無功發生器等，其中同步發電機在額定狀態運行時，可產生無功功率，計算公式為：

其中S表示視在功率、P表示有功功率、a為功率因數角。

靜止無功補償器由晶閘管控制的投切電抗器、電容器等構成，其中晶閘管反應靈敏度較高，而且通斷次數無限制。一旦電壓發生變化，補償器能夠快速反應，實現平滑的調節，以滿足配電網無功補償需求。另外其還可應用到分相補償，以及存在沖擊負荷、三相不平衡負荷的環境中。但需要注意的是，投切過程中容易產生高次諧波，應安裝濾波器。

靜止無功發生器在晶閘管控制下，可將電容上的直流電源轉化為何電力系統相適應的三相交流電壓，通過變壓器以及電抗器接入到配電網中。對發生器的輸出電壓進行適當控制，可改變其運行狀態，包括零負荷、感性、容性等狀態。該裝置產生的諧波較少，而且注入的無功功率明顯。綜上，供電單位選擇無功補償裝置時應明確各自的優缺點及適用范圍，選擇性能優良的補償裝置。

四、結論

無功補償是配電網建設中考慮的重要內容，供電單位應充分認識到無功補償的重要性，加強無功補償技術的研究，結合配電網實際，選擇合理的無功補償方式，保證供電質量的同時，降低線損，更好的實現經濟目標。本文通過研究得出以下結論：

（1）配電網中的無功功率雖不對外做功，但不可缺少，用于維持電氣設備的正常運行，因此，為防止無功功率給有功功率造成不良影響，供電單位應做好無功補償工作。

（2）配電網無功補償方式較多，包括低壓個別補償、低壓集中補償、高壓集中補償等需要結合配電網負荷情況，合理選擇無功補償方式。

（3）供電單位應用無功補償技術時，一方面，遵守全面規劃、合理布局、分級補償、就地平衡原則。另一方面，明確無功補償目的，準確計算無功補償容量。另外，根據無功補償要求及具體情況，明確不同補償裝置的適用范圍，優選無功補償裝置。

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