試論無功補償必要性及補償技術方案比較

1 無功補償?shù)谋匾?/span>

　　“無功”是相對于“有功”而言，人們對“有功”較容易理解，而要深刻認識“無功”卻并不是輕而易舉之事，無功功率對供電系統(tǒng)和負荷的運行十分重要，電力系統(tǒng)網(wǎng)絡元件阻抗呈感性，電感元件中，儲存能量W=1/2LI2，當系統(tǒng)電流增大時，電能轉化為磁能，形成磁場，電感元件從電源取用能量，當系統(tǒng)電流減小時，磁場能量減小，磁能轉化為電能，即向電源返還能量，隨交流電周期性地改變，電感元件與電源之間進行能量交換，這種交換的部分功率，稱之為“無功功率”，大多數(shù)網(wǎng)絡元件消耗無功功率，大多數(shù)負載也需要消耗無功功率。

　　在工業(yè)和生活用電負載中，阻感負載占有很大的比例，如異步電動機、變壓器、熒光燈等都是典型的阻感負載。他們必須吸收無攻功率才能正常工作，這是由其本身的性質所決定的。電力電子裝置等非線性裝置也要消耗無攻功率，特別是各種機控裝置，不但消耗大量的無功功率，而且也會產(chǎn)生大量的諧波電流，諧波源也要消耗無功功率。

　　綜上所述：阻感負載以及大量的諧波源要正常工作，必須消耗一定的無功功率。它們所需要的無功功率必須從網(wǎng)絡中某個地方獲得，顯然這些如果都要由發(fā)電機提供并經(jīng)過遠距離傳遞是不合理的，通常也是不可能的，合理的方法應是在需要消耗無功功率的地方產(chǎn)生無功功率，這就是所謂的無功補償。

　　目前我國城市電網(wǎng)的電壓質量不高，有相當數(shù)量的城網(wǎng)電壓沒有達到部頒標準，嚴重影響電器工作的安全。電壓質量不高的原因是多方面的，因為電能在生產(chǎn)、傳輸、分配、消耗的過程中，要產(chǎn)生電壓降落△U=（PR+QX）/U，如果感性無功功率很大，故電壓降落大，所以末端電壓偏低，嚴重影響電能質量，對社會和居民都將帶來經(jīng)濟損失，故進行無功補償，減少電壓降落，提高電能質量。

　　同理電能在傳輸過程中，要產(chǎn)生有功功率和無功功率的損耗：

　　在電力負荷中，異步電動機和中小容量變壓器占有很大比重，它們消耗的無功功率約占全國無功負荷的80～90%，同時架空線路也消耗一定的無功電能。目前全國主要能耗指標與發(fā)達國家相比還有一定差距，輸電線損率比國際先進電力公司高2%到2.5%，全國電網(wǎng)綜合線損率還需要進一步降低。2010年，全國電網(wǎng)綜合線損率6.53%，2011年實現(xiàn)6.52%，比“十一五”確定的7%的目標值低0.48個百分點。2012年，國家電網(wǎng)完成售電量32539億千瓦時，營業(yè)收入18855億元，利潤650.7億元。如果按2012年全國線損率6.62%估算，損失電能2154億度，按照最便宜的北京市第一檔階梯電價0.48元/度估算，線損的金額為1033.9億元。 由此可見線損率降低即使是0.1%，也是十億元人民幣的凈利潤，大量電能白白地消耗在全國各級電網(wǎng)中，不但不能創(chuàng)造財富，而且造成環(huán)境污染，故降低線損迫在眉睫，

　　總之，無功電源不足（過剩）和分配不合理是造成電壓質量低和能量損耗大的根本原因。

　　2 無功補償?shù)男问?/span>

　　無功補償?shù)男问接校杭醒a償、分散補償、個別補償。目前效果最好最經(jīng)濟的補償方式是個別補償，即為就地補償。無功補償應從低壓配電系統(tǒng)向中高壓系統(tǒng)逐級進行補償配置。低壓配電系統(tǒng)負荷較集中，負荷設備容量不同，線路短，分支多。對其中設備容量較大的采用就地補償，容量偏小的采用集中補償。因此補償方式一般應采用集中補償、個別補償相結合的綜合補償方式最為合理，這不僅可取得較好的節(jié)電效果，而且投資合理，方便控制與維修。

　　低壓無功補償?shù)哪繕藢嶋H是無功的就地補償。通常采用的方法有隨機補償、 隨器補償、 跟蹤補償三種。

　　2.1 隨機補償

　　就是將低壓電容器與電動機并接，并通過控制，保護裝置與電動機同時投切。隨機補償不需頻繁調整補償容量，投資少，占位小，安置維護簡單，事故率低，推薦補償容量為Q=（0.95—0.98）UI，一般地，電動機年運行小時數(shù)大于1000，選用隨機補償較其它補償方式更經(jīng)濟，線損率可減少20%，用戶的投資在1～2年內(nèi)全部收回，補償電動機無功負荷效果最佳。

　　2.2 隨器補償

　　就是將低壓電容器保險接在配電變壓器二次側，補償配電變壓器空載無功，隨器補償只能補償配電變壓器空載無功功率Q，如果補償容量大于空載無功功率，就會造成過補償，因此推薦補償容量為（0.95—0.98）Q。

　　2.3 跟蹤補償

　　是指以無功補償投切裝置作為控制保護裝置，將低壓電容器組補償在大用戶0.4kV母線上。一般地，用戶負荷有一定的波動性，故推薦選用自動投切方式。跟蹤補償適用于100kVA以上專用配電變壓器。

3 配電網(wǎng)四種補償技術方案比較

　　3.1 變電站集中補償

　　要平衡輸電網(wǎng)的無功功率，可在變電站進行集中補償，補償裝置一般連接在變電站的10kV母線上，主要目的是改善輸電網(wǎng)的功率因數(shù)、提高終端變電所的電壓和補償主變的無功損耗，具有管理容易、維護方便等優(yōu)點。但是這種方案對配電網(wǎng)的降損起不到什么作用，為了實現(xiàn)變電站的電壓控制，通常無功補償裝置（一般是并聯(lián)電容器組）結合有載調壓抽頭來調節(jié)。通過兩者的協(xié)調來進行電壓/無功控制在國內(nèi)已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗。

　　3.2 隨器補償

　　目前國內(nèi)較普遍采用的另外一種無功補償方式是在配電變壓器380V側進行隨器補償，補償裝置通常采用微機控制的低壓并聯(lián)電容器柜，它是根據(jù)用戶負荷水平的波動投入相應數(shù)量的電容器進行跟蹤補償。主要目的是提高專用變壓器用戶的功率因數(shù)，實現(xiàn)無功功率的就地平衡，對配電網(wǎng)和配電變壓器的降損有一定作用，也保證該用戶的電壓水平。這種補償方式的投資及維護均由變壓器用戶承擔。目前國內(nèi)各廠家生產(chǎn)的自動補償裝置通常是根據(jù)功率因數(shù)來進行電容器的自動投切的，也有為了保證用戶電壓水平而以電壓為判據(jù)進行控制的。后者對電力系統(tǒng)并不可取，因為線路電壓的波動主要由無功量變化引起，而線路的電壓水平是由系統(tǒng)情況決定的，當線路電壓基準偏高或偏低時，無功的投切量可能與實際需求相差甚遠，可能出現(xiàn)無功過補償或欠補償。 　　

　　3.3 桿上無功補償

　　由于配電網(wǎng)中大量的公用變壓器沒有進行低壓補償，由此造成很大的無功功率缺口需要由變電站或發(fā)電廠來填，大量的無功功率沿線傳輸使得配電網(wǎng)網(wǎng)損仍然居高難下，因此可以采用10kV戶外并聯(lián)電容器安裝在架空線路的桿塔上（或另行架桿）進行無功補償，以提高配電網(wǎng)功率因數(shù)，達到降損升壓的目的。由于桿上安裝的并聯(lián)電容器遠離變電站，容易出現(xiàn)保護不易配置、控制成本高、維護工作量大、受安裝環(huán)境和空間等客觀條件限制等工程問題。

　　3.4 隨機補償

　　目前在我國城鎮(zhèn)，低壓用戶的用電量大幅增長，企業(yè)、廠礦和小區(qū)等對無功功率需求都很大，直接對用戶末端進行無功補償，將最恰當?shù)亟档碗娋W(wǎng)的損耗和維持網(wǎng)絡的電壓水平?！豆╇娤到y(tǒng)設計規(guī)范》（GB50052-1995）指出，容量較大，負荷平穩(wěn)且經(jīng)常使用的用電設備無功負荷宜單獨就地補償及隨機補償。