浅谈无功功率及无功补偿在配网中的应用

1 无功功率的意义

在电网中电功率分为两种:一种是有功功率, 另一种是无功功率。有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率, 也就是将电能转换为其他形式能量 (机械能、光能、热能) 的电功率。而无功功率, 它是用于电路内电场与磁场, 并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。凡是有电磁线圈的电气设备, 要建立磁场, 就要消耗无功功率。由于它对外不做功, 才被称之为“无功”。

连接到电网中的大多数电器不仅需要有功功率, 还需要一定的无功功率, 电机和变压器中的磁场靠无功电流维持, 输电线中的电感也消耗无功, 电抗器、荧光灯等所有感性电路全部需要一定的无功功率。因此无功功率决不是无用功率, 没有无功功率, 电动机就不会转动, 变压器也不能变压, 交流接触器不会吸合。在正常情况下如果电网中的无功功率供不应求, 用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场, 那么这些用电设备就不能维持在额定情况下工作, 用电设备的端电压就要下降, 从而影响用电设备的正常运行, 在无功严重不足时, 甚至为导致系统电压崩溃。

虽然无功功率在电网中必不可少, 发挥着重要的作用, 但它也对电网会带来不利的影响。

(1) 由于视在功率由有功功率和无功功率组成, 而电流则是视在功率成正比, 因此当有功功率不变时, 无功功率的增加, 就导致视在功率的增加及电流的增大, 从而使发电机、变压器、电动机和导线等电气设备容量的增加。

(2) 在电网中无功功率的传输, 将造成输电线路及变压器损耗的增加, 降低系统的经济效益。

(3) 降低发电机有功功率的输出

(4) 在电网中无功功率的传输, 将变压器及线路的电压降增大, 使供电网电压产波动。

2 无功功率补偿的作用及原则

正是因为无功功率不足及无功功率在电网中传输带来的一系列问题, 无功功率补偿的作用就是要尽量减少无功功率对电网的影响。它的主要作用如下。

(1) 提高供电系统及负载的功率因数降低输电线路及用电设备的容量和负荷减少功率消耗, 从而提高电工设备的利用率。

(2) 减少电网中传输电流的无功分量, 从而减少电力网络的损耗。

(3) 稳定电网的电压, 改善电能质量, 提高了电力系统的抗干扰能力, 增加输电系统的稳定性, 。

从无功功率补偿的作用和原理可以知道, 电网中无功补偿的核心就是要提供足够无功的同时减少无功功率在电网中的传输, 因此在我国的《电力系统电压和无功电力技术导则》中规定, 电网无功功率补偿的总原则是:全面规划, 合理布局, 分散补偿, 就地平衡。

3 配网中无功功率补偿的措施及方案

随着电网容量的日益增大, 尤其在农网改造后, 农村镇级电网得到根本的改善, 对电网无功要求也与日增加。网络的功率因数和电压的降低将使电气设备得不到充分利用降低了网络传输能力, 并引起损耗增加。因此, 在配网中合理合适地进行无功补偿, 不仅能降低线损率, 更能提高电能质量, 实现供电企业对人民的承诺。

考虑到变电站侧高压电容器组投退这种集中补偿方式对10k V配电网的降损不起作用, 本文暂不介绍分析。配电网无功补偿常见的有三种方案, 分别配电变低压补偿、配电线路补偿和用户设备分散补偿。下面就每一种方案进行简要介绍分析:

3.1 配电变低压补偿

配电变低压补偿是目前应用最普遍的补偿方法, 其目的是提高专用变用户功率因数, 实现无功的就地平衡, 降低配电网损耗和改善用户电压质量。这种方案最主要的优点是补偿后功率因数高、降损节能效果好。但由于配电变压器的数量多、安装地点分散, 因此补偿工程的投资较大, 运行维护工作量大。所在目前这种补偿方式的投资及维护均由专用变用户承担。目前国内各厂家生产的自动补偿装置通常是根据功率因数来进行电容器的自动投切。

但这种方案的缺点是在配电系统里面向广大家庭用户及其他小型用户的公用变, 由于其通常安装在户外的杆架上, 实现低压无功集中补偿则是不现实的:难于维护、控制和管理, 且容易造成生产安全隐患。所以这种方案难于实施。

3.2 配电线路补偿

由于配电变低压补偿难于应用在公用变上, 而大量公用变要消耗无功, 这将造成大量的功率需要通过变电站侧进行补偿, 导致配网上无功功率大量流动, 增加配网的线损。而配电线路补偿就可以通过在线路杆塔上安装电容器实现无功补偿, 以提高配电网功率因数。这种方案的缺点是补偿容量较难确定, 太大将会导致配电线路在轻载时出现过电压和过补偿现象;另外杆上空间有限, 太多数电容器同杆架设, 既不安全, 也不利于电容器散热;

3.3 用户设备分散补偿

随着现在城乡经济的快速发展, 低压用户对无功需求也日渐增大, 直接对用户末端进行无功补偿经济效果最佳, 综合性能最强。经统计, 在10k V以下电网的无功消耗总量中, 变压器消耗占30%左右, 低压用电设备消耗占65%以上。由此可见, 在低压用电设备上实施无功补偿十分必要。这种方案的优点是能减小电压损失, 改善电压质量, 进而改善用电设备启动和运行条件;释放系统能量, 提高线路供电能力。但由于低压无功补偿通常按配电变压器低压侧最大无功需求来确定安装容量, 而各配电变压器低压负荷波动的不同时性造成大量电容器在负荷较轻时出现闲置, 设备利用率不高。

4 结语

在配电网进行合理合适无功补偿, 做好无功优化, 提高功率因素及电能质量, 是我们供电企业建设节约型小康社会的一项重要措施。本文介绍了无功功率的意义及无功补偿在电网中的重要作用, 并简要分析了三种配电网的无功补偿方案, 指出其优缺点, 认为应综合考虑各类因素, 结合使用, 发挥各种方案的长处, 真正做到配网无功最优化。

摘要：本文介绍了无功功率的意义及无功补偿在电网中的重要作用, 并简要分析了三种配电网的无功补偿方案, 指出其优缺点, 从而优化配网无功补偿的应用。

关键词：配电网,无功功率,无功补偿

参考文献

[1] 戴晓亮.无功补偿技术在配电网中的应用[J].电网技术, 1999, 23 (6) :11～14.

[2] 卢熙普.浅析配网无功补偿[J].广西电业, 2007, 10、11 (总第91、92期) :127～129.

[3] 张勇军, 任震, 廖美英, 等.10kV长线路杆上无功优化补偿[J].中国电力, 2000, 33 (9) :50～52.