論電網中無功功率補償

秦懷義

【摘要】文章集中探討了功率因數對廣大供電企業的影響以及提高功率因數所帶來的經濟效益和社會效益，介紹了影響功率因數的主要因素和提高功率因數的幾種方法，還討論了目前所通用的幾種無功電源及其特點。這對供電企業是十分有益的。

【關鍵詞】電網；無功功率補償；無功電源

為建立交變磁場和感應磁通而需要的電功率稱為無功功率，因此，所謂的“無功”并不是“無用”的電功率，只不過它的功率并不轉化為機械能、熱能而已；因此在供用電系統中除了需要有功電源外，還需要無功電源，兩者缺一不可。

一、影響功率因數的主要因素

（1）大量的電感性設備。據有關的統計，在工礦企業所消耗的全部無功功率中，異步電動機的無功消耗占了60%～70%；而在異步電動機空載時所消耗的無功又占到電動機總無功消耗的60%～70%。所以要改善異步電動機的功率因數就要防止電動機的空載運行并盡可能提高負載率。（2）變壓器消耗的無功功率一般約為其額定容量的10%～15%，它的空載無功功率約為滿載時的1/3。因而，為了改善電力系統和企業的功率因數，變壓器不應空載運行或長期處于低負載運行狀態。（3）供電電壓超出規定范圍也會對功率因數造成很大的影響。當供電電壓高于額定值的10%時，由于磁路飽和的影響，無功功率將增長得很快。據有關資料統計，當供電電壓為額定值的110%時，一般無功將增加35%左右。所以，應當采取措施使電力系統的供電電壓盡可能保持穩定。

二、無功補償的一般方法

（1）低壓個別補償。就是根據個別用電設備對無功的需要量將單臺或多臺低壓電容器組分散地與用電設備并接，它與用電設備共用一套斷路器。通過控制、保護裝置與電機同時投切。隨機補償適用于補償個別大容量且連續運行（如大中型異步電動機）的無功消耗，以補勵磁無功為主。優點是用電設備運行時，無功補償投入，用電設備停運時，補償設備也退出，因此不會造成無功倒送。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、維護簡單、事故率低等優點。（2）低壓集中補償。指將低壓電容器通過低壓開關接在配電變壓器低壓母線側，以無功補償投切裝置作為控制保護裝置，根據低壓母線上的無功負荷而直接控制電容器的投切。電容器的投切是整組進行，做不到平滑的調節。低壓補償的優點：接線簡單、運行維護工作量小，使無功就地平衡，從而提高配變利用率，降低網損，具有較高的經濟性，是目前無功補償中常用的手段之一。（3）高壓集中補償。指將并聯電容器組直接裝在變電所的6kV～10kV高壓母線上的補償方式。適用于用戶遠離變電所或在供電線路的末端，用戶本身又有一定的高壓負荷時，可以減少對電力系統無功的消耗并可以起到一定的補償作用。同時便于運行維護，補償效益高。

三、采取適當措施，設法提高系統自然功率因數

（1）合理使用電動機；（2）提高異步電動機的檢修質量；（3）采用同步電動機：同步電動機消耗的有功功率取決于電動機上所帶機械負荷的大小，而無功功率取決于轉子中的勵磁電流大小，在欠勵狀態時，定子繞組向電網“吸取”無功，在過勵狀態時，定子繞組向電網“送出”無功。因此，對于恒速長期運行的大型機構設備可以采用同步電動機作為動力。異步電動機同步運行就是將異步電動機三相轉子繞組適當連接并通入直流勵磁電流，使其呈同步電動機運行，這就是“異步電動機同步化”。（4）合理選擇配變容量，改善配變的運行方式：對負載率比較低的配變，一般采取“撤、換、并、?！钡确椒?，使其負載率提高到最佳值，從而改善電網的自然功率因數。

四、無功電源

電力系統的無功電源除了同步電機外，還有靜電電容器、靜止無功補償器以及靜止無功發生器，這4種裝置又稱為無功補償裝置。除電容器外，其余幾種既能吸收容性無功又能吸收感性無功。同步電機。同步電機中有發電機、電動機及調相機3種。一是同步發電機：同步發電機是唯一的有功電源，同時又是最基本的無功電源，當其在額定狀態下運行時，可以發出無功功率：Q=S×sinφ=P×tgφ。其中，Q、S、P、φ是相對應的無功功率、視在功率、有功功率和功率因數角。發電機正常運行時，以滯后功率因數運行為主，向系統提供無功，但必要時，也可以減小勵磁電流，使功率因數超前，即所謂的“進相運行”，以吸收系統多余的無功。二是同步調相機。同步調相機是空載運行的同步電機，它能在欠勵或過勵的情況下向系統吸收或供出無功，裝有自勵裝置的同步電機能根據電壓平滑地調節輸入或輸出的無功功率，這是其優點。但它的有功損耗大、運行維護復雜、響應速度慢，近來已逐漸退出電網運行。三是并聯電容器：并聯電容器補償是目前使用最廣泛的一種無功電源，由于通過電容器的交變電流在相位上正好超前于電容器極板上的電壓，相反于電感中的滯后，由此可視為向電網發quot；無功功率：Q=U2/Xc。其中，Q、U、Xc分別為無功功率、電壓、電容器容抗。并聯電容器本身功耗很小，裝設靈活，節省投資。四是靜止無功補償器。靜止無功補償器是由晶閘管所控制投切電抗器和電容器組成，由于晶閘管對于控制信號反應極為迅速，而且通斷次數也可以不受限制。但由于晶閘管控制對電抗器的投切過程中會產生高次諧波，為此需加裝專門的濾波器。