论电网的无功补偿

论电网的无功补偿

作者：师延锋

来源：《中国新技术新产品》2012年第06期

摘要：本文集中探讨了无功补偿对广大供电企业的影响以及提高功率因数所带来的经济效益和社会效益，重点介绍了无功补偿的主要原则和无功补偿的几种方法。 关键词：电网；无功功率补偿；补偿原理 中图分类号：TM71 文献标识码：A

在电力系统中先天性地存在着大量的无功负荷，这些无功负荷来自电力线路、电力变压器以及客户的用电设备。系统运行中大量的无功功率将降低系统的功率因数，增大线路电压损失和电能损失，严重的影响着电力企业的经济效益。解决这些问题的一个行之有效的方法就是进行无功补偿。合理选择无功补偿方案和补偿容量，能有效提高系统的电压稳定性，保证电网的电压质量，提高发输电设备的利用率，降低网损和减少发电费用。 一、无功补偿的主要目的和作用

无功补偿的主要作用就是提高功率因数以减少设备容量和功率耗损、稳定电压和提高供电质量，在长距离输电中提高系统输电稳定性和输电能力以及平衡三相负载的有功和无功功率。电网中的电力负荷如电动机、变压器等，大部分属于感性负荷，在运行过程中电网电源需向这些设备提供相应的无功功率。在电网中安装并联电容器等无功补偿设备以后，可以补偿感性负荷所消耗的无功功率，从而减少了通过电力线路输送的由电网电源向感性负荷提供的无功功率。无功补偿的具体目的是：

1、降低电网的功率损耗。由公式I=P/√3UCOSφ可知，负荷电流I与COSφ成反比。在输送的有功功率P为定值时，加装无功补偿设备后提高了功率因数，将使线路中的负荷电流降低，从而使线路上的有功功率损耗降低。降低电网中的有功功率损耗，是安装无功补偿设备的主要目的。

2、提高设备的供电能力，挖掘现有设备的潜力。由公式P=SCOSφ可以看出，在设备的视在功率S不变的条件下，功率因数提高后可以多输送有功功率。以50千伏安配变为例，当功率因数从0.7提高到0.9后，其输出的有功功率由35千瓦提高到了45千瓦，明显增加了配电变压器的供电能力。

3、减少电网中的电压损失，提高电压质量。当电力负荷从线路上集中输出到末端负荷点时，线路电压损失ΔU的简化式为： ΔU=（PR+QX）/U

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式中 ΔU-线路电压损失 P-线路输送的有功功率 Q-线路输送的无功功率 R-线路的电阻 X-线路的电抗 U-线路额定电压

由以上公式可知，加装无功补偿设备后，线路输送的无功功率Q就要减少，线路中的电压降随之降低，提高了电压质量。

4、减少设备容量，节省投资。由公式S = P /COSφ可知，在输送的有功功率P为定值时，功率因数提高后可以减少视在功率S，也就是可以减小供电设备的安装容量，客户不但节约了购买设备的投资，还减少了支付供电部门按供电设备容量计算的基本电费。降低客户电费开支，减少设备投资，无功补偿给电力客户带来了直接的经济效益。 二、电力电容器的补偿原理

电容器在原理上相当于产生容性无功电流的发电机。其无功补偿的原理是把具有容性功率负荷的装置和感性功率负荷并联在同一电容器上，能量在两种负荷间相互转换。这样，电网中的变压器和输电线路的负荷降低，从而输出有功能力增加。在输出一定有功功率的情况下，供电系统的损耗降低。比较起来电容器是减轻变压器、供电系统和工业配电负荷的最简便、最经济的方法。因此，电容器作为电力系统的无功补偿势在必行。当前，采用并联电容器作为无功补偿装置已经非常普遍。 三、影响功率因数的主要因素

1、大量的电感性设备，如异步电动机、感应电炉、交流电焊机等设备是无功功率的主要消耗者。据有关的统计，在工矿企业所消耗的全部无功功率中，异步电动机的无功消耗占了60％～70％；而在异步电动机空载时所消耗的无功又占到电动机总无功消耗的60％～70％。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。 2、变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的10％～15％，它的空载无功功率约为满载时的1/3。因而，为了改善电力系统和企业的功率因数，变压器不应空载运行或长期处于低负载运行状态。

3、供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响。 当供电电压高于额定值的10％时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，据有关资料统计，当供电电压为额定值的110％时，一般无功将增加35％左右。当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。所以，应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。 四、无功补偿的原则

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无功补偿设备的配置，应按照全面规划、合理布局、分级补偿、就地平衡的原则，使电网的无功补偿取得最佳的综合效益。

1、供电部门补偿与客户补偿相结合，以就地平衡为主。安装无功补偿设备，提高功率因数可以减少客户内部因传输和分配无功功率造成的有功功率损耗，因而可以少支付相应的电费；另外，从合理利用电能出发，鼓励客户为提高功率因数而多安装无功补偿设备的积极性，在国家现行的电价政策中，制定了功率因数调整电费政策。因此，只有供电部门与客户配合起来，共同搞好无功补偿的配置和管理，才能取得最大的无功补偿效益。

2、集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为主。既要在变电站进行大量的集中补偿，又要对配电线路、配电变压器和用电设备进行分散补偿，且以分散补偿为主，实现无功就地平衡，提高无功补偿的最大经济效益。

3、降损与调压相结合，以降损为主。无功补偿的主要作用和最大的经济效益是降损，同时兼顾满足调整电压的要求，以保证电压质量。对于有些轻载运行的线路，因电压偏高，配电变压器的铁损占线损的70%以上，不宜再装电容器组，否则特别是后半夜往往使线路电压升得过高，会使配电变压器铁损进一步增加，反而使线损增高。 五、输配电网的无功补偿 1、输电网的无功补偿

电网无功补偿的基本原则是：按电压分层，按电网分区，就地平衡，避免无功功率的远距离输送，以免占用线路输送容量和增加有功损耗。具体补偿方法如下： （1）电抗器补偿

电抗器是超高压长距离输电线路的常用补偿设备，用以补偿输电线路对地电容所产生的充电功率，以抑制工频过电压。电抗器的容量根据线路长度和过电压限制水平选择，其补偿度(电抗器容量与线路充电功率之比)国外统计大多为70－85，个别为65，一般不低于60。电抗器一般常设置在线路两湍，且不设断路器。 （2）串连电容补偿

串联电容用来补偿输电线路的感抗，起到缩短电气距离提高稳定性水平和线路的输电容量的作用。串联电容器组多为串、并联组合而成，并联支数由线路输送容量而定，串联个数则由所需的串联电容补偿度(串联电容的容抗与所补偿的线路感抗之比)而定。串联电容补偿一般在50以下，不宜过高，以免引起系统的次同步谐振。 （3）中间同步或静止补偿

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在远距离输电线路中间装设同步调相机或静止补偿装置，利用这些装置的无功调节能力，在线路轻载时吸收线路充电功率，限制电压升高；在线路重载时发出无功功率，以补偿线路的无功损耗，支持电压水平，从而提高线路的输送容量。中间同步或静止补偿通常设在线路中点，若设在线路首末端，则调节作用消失。 2、配电网的无功补偿

配电网的无功补偿主要以相位补偿和保证用户用电电压质量为主，具体方法为相位补偿。 用电电器多为电磁结构，需要大量的励磁功率，致使用户的功率因数均为滞相且较低，一般约为0.7左右。励磁功率--滞相的无功功率在配电网中流动，不仅占用配电网容量，造成不必要的损耗，而且导致用户电压降低。相位补偿是以进相的无功补偿设备(如并联电容器)就近供给用户或配电网所需要的滞相无功功率，减少在配电网中流动的无功功率，降低网损，改善电压质量。

六、电力电容器的安全运行

第一，允许运行电流。正常运行时，电容器应在额定电流下运行，最大运行电流不得超过额定电流的1.3倍，三相电流差不超过5%。

第二，允许运行电压。电容器对电压十分敏感，因电容器的损耗与电压平方成正比，过电压会使电容器发热严重，电容器绝缘会加速老化，寿命缩短，甚至电击穿。因此，电容器装置应在额定电压下运行，一般不宜超过额定电压的1.05倍，最高运行电压不宜超过额定电压的1.1倍。当母线超过1.1倍额定电压时，须采取降温措施。 第三，谐波问题。由于电容器回路是一个