工廠供配電系統中關于無功補償技術的研究

顏志婷

（湖南漣鋼工程技術有限公司，湖南 婁底 417009）

隨著工業生產規模的日益擴大，工業生產對于電能的要求越來越高，這就需要工廠供配電系統不斷優化升級。優化的關鍵點在于降低供配電系統的能源損耗，提高其運行效率。無功補償技術對于配電系統優化升級具有重要意義[1－2]。合理運用無功補償技術能夠有效提高供配電系統的功率因數，提升無功功率、降低有功功率，進而實現工廠供配電系統整體供電質量的提升。當前，應用比較普遍的無功補償方式有三種，即集中式補償、分布式補償、就地式補償，常用的無功補償裝置有并聯電容器、串聯電抗器、無功發生器等[3]。無功補償技術實現的關鍵在于正確運用補償方式和補償裝置[4－5]。

1 無功補償技術的意義

1．1 降低工廠電費成本

工廠供配電系統向生產設備傳輸的功率包含了有功功率和無功功率兩部分。電費成本的計算是不區分無功功率和有功功率的，只要有功率輸出就會產生電費成本[6]。在電能的設計應用中，無功功率并不會對生產活動產生任何積極性作用[7]。因此，必須通過無功補償技術降低無功功率，提高功率因數，從而降低由于無功功率損耗而造成的這部分電費成本[8]。在工業生產中，電費是一筆較大的成本支出，科學、合理地應用無功補償技術能夠在消耗一定電能的前提下更多完成生產任務，對實現經濟效益的最大化起到積極的作用[9]。

1．2 提升電壓質量

在保持有功功率恒定的前提下，如果將功率因數提高，就需要進行無功補償。有功功率由電壓和電流有效值乘積得到，此外系統中還存在無功功率和視在功率，他們之間的關系如圖1所示。

圖1 有功功率、視在功率、無功功率關系

有功功率、無功功率、視在功率三者之間的關系：

如圖1所示，提高功率因數，降低無功功率，視在功率也會降低。也就是說，將功率因數提升后，所需要的容量也會降低[10]。對工廠供配電系統采用了無功補償技術后，能夠有效改善電壓質量，降低了無功功率所占的比例，一定程度上使得系統的電壓損失有所降低，能夠保證系統的電壓保持在更穩定的狀態，提高了整個工廠供配電系統的安全性、穩定性、可靠性；使得工廠設備的工作穩定性增加，降低了由于供電電壓不穩定造成的經濟損失的概率[11]。

1．3 有利于變壓器選型

工廠供配電系統是否采用無功補償技術，直接影響到變壓器的選型，如果不采用無功補償技術，則無功功率會比較高，導致視在功率也比較高，那么就會要求變壓器的容量較大。如果采用無功補償技術，則無功功率會比較低，導致視在功率也比較低，那么就會要求變壓器的容量較小[12]。小容量的變壓器優勢顯著，能耗較低，采購價格也比較便宜，能夠進一步控制生產經營成本。

2 無功補償技術分析

2．1 無功補償方式

無功補償技術在工廠配電系統中的應用可以通過多種方式實現，要基于不同無功補償方式的特點及工廠的實際補償需求來確定無功補償技術的實現方式。

（1）高壓集中補償方式。這種方式是將無功補償裝置安裝在變壓器的高壓母線上，能夠實現高壓母線上無功損耗的降低，該補償方式接線簡單。

（2）低壓集中補償方式。這種方式是將無功補償裝置安裝在變壓器的低壓母線上，能夠實現低壓母線上無功損耗的降低，該補償方式接線簡單。

（3）分布式補償方式。這種方式的實現需要根據實際情況來確定，無功補償裝置通常情況下都會配置在工廠變電所的低壓配電線路上或者低壓配電母線上，具體的配置情況需要根據負荷的實際分布情況來確定，這種補償方式的自動化程度較高，在大型工廠中的應用較為普遍。

（4）就地式補償方式。這種方式的針對性很強，補償效果好。當某工廠存在能耗大，負荷平穩的設備時，可以直接將無功補償設備配置在這個設備附近；這種方式也具備一定的局限性，設備成本高，且不具備普遍性，在應用時還需要與其他補償方式相互配合。

四種無功補償方式的特點如表1所示。

表1 四種無功補償方式特點

2．2 無功補償設備分析

應用于工廠供配電系統的無功補償裝置大致可以分為三種，即常規補償裝置、串聯電抗器以及無功發生器。在對工廠供配電系統進行無功補償的時候需要根據實際情況選擇一種或幾種無功補償裝置。應用比較廣泛的補償裝置特性表如表2所示。

表2 幾種無功補償裝置特性表

但從性能角度考慮，靜止無功補償器和電力有源濾波器是進行無功補償的首選裝置，但在實際中需要結合成本及系統的無功補償需求，綜合考慮多方面因素。負荷變化快的情況，采用調節能力強的動態無功補償裝置；負荷較為穩定的情況，采用靜態無功補償裝置；復雜情況時要根據實際情況選用綜合補償裝置。

3 補償容量計算

通過對多個工廠的無功補償技術應用研究發現，無功補償技術能夠對供配電系統的負荷分布產生一定的影響。在計算無功補償容量時，必須以系統所能夠承擔的負荷的上限值作為基本依據，并運用相應的計算方法得到具體的補償容量數值。通常情況下都以工廠的年度最大負荷月份的有功功率均值和無功功率均值作為計算基準。

Pavg為工廠最大負荷月份的有功功率平均值，Qavg為工廠最大負荷月份的無功功率平均值，tanθ1為無功補償前的功率角，tanθ2為無功補償后的功率角。

4 實例分析

對某工廠的供配電系統采用無功補償技術，進行了大量的試驗，試驗結果表明，科學合理地運用無功補償技術能夠實現供配電系統功率因數的有效提高，還能夠降低供電線路的電壓損失，從而實現整個供配電系統整體性能的提高。供配電系統中電容電壓的平方與輸出的無功功率呈現正比例關系。當電容器上的電壓有所提升時，輸出的無功功率也會相應提升，如果設備的無功功率繼續提升的話，則電容器上的電壓也會繼續提升。當電容器上的電壓有所降低時，輸出的無功功率也會相應降低，如果設備的無功功率繼續降低的話，則電容器上的電壓也會繼續降低，從而導致整個供配電系統的電壓也會顯著降低，但是工廠供配電系統的電壓波動允許范圍為－10%～＋10%，所以無功補償設備需要與變壓器進行協同配合才能完成無功補償工作，整體上提升工廠供配電系統的功率因數，降低工廠供配電系統的無功損耗，從而實現供電質量的提升。

5 結論

對工廠供配電系統進行無功補償，對于提升供配電系統的性能具有重要意義，不僅能夠實現經濟效益的提升，還能夠提升電壓穩定性。為了保證無功補償技術充分發揮功效，本文對不同類型的無功補償方式和無功補償設備進行了深入分析，結合工廠供配電系統的實際需求，制定了科學合理的無功補償方案，達到了提升供電質量、降低供電成本的目的。本文的研究和分析能夠對工廠制定供電系統無功補償方案提供參考。