摘要：現(xiàn)今隨著我國(guó)電力事業(yè)快速的發(fā)展,電網(wǎng)日趨復(fù)雜,低壓用電負(fù)荷日益增長(zhǎng),大量的無(wú)功功率在電網(wǎng)中流動(dòng)形成線損,降低了電能的電壓質(zhì)量和電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益。為此，本文主要對(duì)電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償原理、控制策略、經(jīng)濟(jì)效率及措施進(jìn)行了闡述。
　　關(guān)鍵詞:電力系統(tǒng)；功率；無(wú)功補(bǔ)償；控制措施
　　1無(wú)功功率補(bǔ)償原理
　　在交流電路中，純電阻元件中負(fù)載電流與電壓同相位，純電感負(fù)載中電流滯后電壓900，純電容負(fù)載中電流超前電壓900，也就是說(shuō)純電容中電流與純電感中的電流相位差為1800，可以相互抵消，即當(dāng)電源向外供電時(shí)，感性負(fù)荷向外釋放的能量由容性負(fù)荷儲(chǔ)存起來(lái)；當(dāng)感性負(fù)荷需要能量時(shí)，再由容性負(fù)荷向外釋放的能量來(lái)提供。能量在兩種負(fù)荷間互相交換，感性負(fù)荷所需要的無(wú)功功率就可由容性負(fù)荷輸出的無(wú)功功率中得到補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)了無(wú)功功率就地解決，達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康摹?br /> 　　2電力無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償?shù)目刂撇呗?br /> 　　按電壓無(wú)功綜合控制，采取的控制策略如附圖所示：

　　① 運(yùn)行點(diǎn)在0區(qū)，即電壓合格，無(wú)功也合格，不動(dòng)作。
　�、谶\(yùn)行點(diǎn)在1區(qū)，即電壓越上限，控制策略為切電容。
　�、圻\(yùn)行點(diǎn)在2區(qū)，即電壓合格但接近于上限，與電壓上限的距離小于UC，無(wú)功越上限，此時(shí)控制策略為不動(dòng)作。
　�、苓\(yùn)行點(diǎn)在3區(qū)，即電壓合格且遠(yuǎn)離電壓上限，無(wú)功越上限，此時(shí)應(yīng)進(jìn)一步考慮功率因數(shù)的值，如果功率因數(shù)小于功率因數(shù)下限(無(wú)功越大，則功率因數(shù)越小)，則投電容，否則，不動(dòng)作，這樣做主要是為了防止負(fù)荷較大時(shí)投切頻繁，類似于按無(wú)功和功率因數(shù)綜合控制。
　�、葸\(yùn)行點(diǎn)在4區(qū)，即電壓越下限，控制策略為投電容。
　�、捱\(yùn)行點(diǎn)在5區(qū)，即電壓合格但接近于下限，與電壓下限的距離小于UC，無(wú)功越下限，此時(shí)控制策略為不動(dòng)作。
　�、哌\(yùn)行點(diǎn)在6區(qū)，即電壓合格且遠(yuǎn)離下限，無(wú)功越下限，控制策略為切電容。
　　3.無(wú)功補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)效益
　　對(duì)于電力系統(tǒng)而言,執(zhí)行無(wú)功就地補(bǔ)償?shù)脑瓌t,在高壓側(cè)或低壓側(cè)均需進(jìn)行補(bǔ)償。目前,低壓側(cè)的無(wú)功補(bǔ)償嚴(yán)重不足,大量的低壓無(wú)功集中在10kV變電站才得到補(bǔ)償,使得10kV變電站10kV母線的無(wú)功嚴(yán)重不足,增大了配電變壓器、10kV線路和低壓線路的損耗,降低了10kV及以下配網(wǎng)的出力和電壓質(zhì)量。如果在低壓負(fù)荷側(cè)進(jìn)行補(bǔ)償,可減少10kV線路、配電變壓器和低壓線路的損耗,又可提高配電變壓器、10kV線路和低壓線路的利用率及負(fù)載端的端電壓,所以補(bǔ)償電容器的安裝越靠近負(fù)載端,供電部門和用戶可獲取的經(jīng)濟(jì)效益越大。尤其在農(nóng)網(wǎng)中,低壓臺(tái)區(qū)供電半徑較大,低壓網(wǎng)線路殘舊,要徹底改造投資很大,就地安裝低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置,效益更加顯著。
　　因?yàn)樵诘蛪簜?cè)裝上了電容器,無(wú)功電流由電容器提供,所以在進(jìn)行電網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí),僅考慮有功電流即可,如此可大大節(jié)省變壓器及輸電線路的投資。對(duì)于已有的電網(wǎng),也能夠提高電網(wǎng)的出力。例如:一條配電線路線損率為10%,功率因數(shù)由0.7提高到0.95,線損率減少4.57%;一臺(tái)容量為630kVA的進(jìn)線變壓器功率因數(shù)由0.7提高到0.95,變壓器可增容25%,按每kVA為4000元計(jì)算,可節(jié)省63萬(wàn)元。還有,可節(jié)約低功率因數(shù)用戶所增加的力率電費(fèi),此外,每年還可節(jié)約一筆額外的線損電費(fèi)。
　　4.無(wú)功功率補(bǔ)償措施
　　無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)姆椒ê芏�，�?duì)于感性負(fù)荷電力企業(yè)通常采用并聯(lián)電容器進(jìn)行補(bǔ)償。安裝并聯(lián)電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償時(shí)，電容器安裝容量的選擇，可根據(jù)不同目的來(lái)確定。補(bǔ)償方式可采取集中、分散或個(gè)別補(bǔ)償三種方式。
　　4.1補(bǔ)償容量的確定
　　4.1.1按提高功率因數(shù)確定補(bǔ)償容量
　　設(shè)最大負(fù)荷月的平均有功功率為P（KW），cosφ1;為補(bǔ)償前的功率因數(shù)，cosφ2為補(bǔ)償后的功率因數(shù)，則補(bǔ)償容量可用下述公式計(jì)算
　　QC=P（√1/cos2φ1-1-√1/cos2φ2-1）
　　=P（tgφ1-tgφ2）
　　當(dāng)需要功率因數(shù)，提高到大于cosφ2，小于cos2φ3（理想功率因數(shù)）時(shí)，則補(bǔ)償容量應(yīng)滿足下述不等式P(tgφ1-tgφ2)≤QC≤P(tgφ1-tgφ32)
　　即√1/cos2φ1-1-√1/cos2φ2-1≤QC≤√1/cos2φ1-1-√1/cos2φ3-1
　　4.1.2按提高運(yùn)行電壓來(lái)確定補(bǔ)償容量
　　按提高電壓要求確定補(bǔ)償容量的方法適用于以調(diào)壓為主的樞紐變電所和電網(wǎng)末端的用戶變電所，其補(bǔ)償容量按提高電壓的要求，采用近似計(jì)算法求出
　　Qc=△uu2/x
　　式中△u———需要提高的電壓值（V）；
　　u2*———需要達(dá)到的電壓值（kV）；
　　X———線路電抗（Ω）。
　　4.1.3按降低線損確定補(bǔ)償容量
　　它可以說(shuō)明補(bǔ)償容量與線損降低率之間的關(guān)系，cosφ1為補(bǔ)償前的功率因數(shù)，cosφ2為補(bǔ)償后的功率因數(shù)
　　△A(%)=［1-（cosφ1/cosφ2）2］×100%
　　4.1.4按感應(yīng)電動(dòng)機(jī)空載電流確定補(bǔ)償容量
　　當(dāng)對(duì)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行個(gè)別補(bǔ)償時(shí)，應(yīng)按其空載電流來(lái)選擇電容器的容量
　　Qc≤√3UeIOkvar
　　式中Ue———電動(dòng)機(jī)額定電壓（kV）；
　　I0———電動(dòng)機(jī)空載電流（A）。
　　4.1.5按變壓器的容量確定補(bǔ)償容量
　　在對(duì)配電變壓器進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，其補(bǔ)償容量為
　　Qc≤(IO%+β2Uk%)Se×10-2kvar)
　　式中I0%———空載電流百分值；
　　Se———變壓器額定容量（kVA）；
　　UK%———短路電壓百分值；
　　S———負(fù)載平均功率（kVA）
　　β———負(fù)荷率，β=S/Se
　　4.2無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆绞?br /> 　　4.2.1負(fù)荷的無(wú)功功率補(bǔ)償
　　當(dāng)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)處于獨(dú)立工作狀態(tài)時(shí)，補(bǔ)償點(diǎn)的選取直接影響到補(bǔ)償效果。尤其在距離較長(zhǎng)的線路上進(jìn)行集中補(bǔ)償，如農(nóng)電網(wǎng)線路，補(bǔ)償點(diǎn)的影響更加明顯。一些距離很長(zhǎng)或帶有特殊負(fù)荷的線路(如電氣化鐵路的機(jī)車牽引電力線)為保證補(bǔ)償效果，往往在一條線路上安裝多臺(tái)補(bǔ)償設(shè)備。安裝點(diǎn)的選取與線路上負(fù)荷的分布情況直接相關(guān)。對(duì)于低壓配電網(wǎng)而言，其負(fù)荷一般是沿線路均勻分布的，為使補(bǔ)償前、后的降損效果最大，必須確定補(bǔ)償容量和位置，分三種情況。
　　4.2.1.1單點(diǎn)補(bǔ)償
　　在無(wú)功負(fù)荷沿線均勻分布的條件下，對(duì)單點(diǎn)補(bǔ)償而言，補(bǔ)償?shù)攸c(diǎn)應(yīng)裝設(shè)在距線路首端為線路全長(zhǎng)的2/3處，補(bǔ)償容量為全線所需無(wú)功容量的2/3時(shí)，線損下降值將為最大。在此情況下，線損下降率為

　　4.2.1.2兩點(diǎn)補(bǔ)償
　　可求出極值為Q1=Q2=2/5，L1=2/5，L2=4/5。因此Q1應(yīng)裝設(shè)在距首端2/5L處，Q2應(yīng)裝設(shè)在距首端4/5L處，Q1、Q2的值為線路所需無(wú)功的2/5倍。線損下降率為

　　4.2.1.3n個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)
　　具有n個(gè)補(bǔ)償電容時(shí)，第i個(gè)補(bǔ)償電容器的安裝位置為補(bǔ)償后的線損值為
　　補(bǔ)償后的線損值為

　　線損下降率為

　　4.2.2線路及配電變壓器中無(wú)功損耗的補(bǔ)償
　　當(dāng)線路輸送功率時(shí)，線路感抗上所消耗的無(wú)功功率為

　　式中，XL為線路全長(zhǎng)的感抗，單位Ω；If為流過(guò)線路的負(fù)荷電流，單位A；P1,Q1和P2,Q2為線路首端和末端的線電壓，單位：kV。對(duì)于10kV線路來(lái)說(shuō)感抗值是均勻分布的，因此由線路感抗所造成的無(wú)功潮流是均勻遞增的變壓器勵(lì)磁無(wú)功損耗主要消耗在勵(lì)磁電抗上，表達(dá)式為QT=3l0Xm
　　5實(shí)例計(jì)算分析
　　某10kv配電線路上共有配變78臺(tái)，總?cè)萘縎e=9315KVA，系統(tǒng)平均功率因數(shù)cosφ1=0.8，現(xiàn)對(duì)配電變壓器的空載無(wú)功損耗進(jìn)行補(bǔ)償，安裝容量按配電變壓器容量的6%A計(jì)算，c=Q%.Se=0/06Se分別對(duì)配電變壓器進(jìn)行低壓電容器的安裝，試計(jì)算一年的經(jīng)濟(jì)效益（設(shè)每千乏電容器綜合費(fèi)用K為50元，年運(yùn)行小時(shí)T年=8000小時(shí)，購(gòu)電價(jià)C=0.413元/kWh，負(fù)載率β=0.3，綜合線△A%=6.7%）。
　　5.1計(jì)算補(bǔ)償后系統(tǒng)的平均功率因數(shù)
　　cosφ2=cosφ1/√1+（△Q%/β）2-2△Q%/β√1-cos2φ1
　　=0.8/√1(0.06/0.3)2-20.06/0.31-0.82
　　=0.894
　　5.2計(jì)算線損率降低值
　　△A1%=(1-cos2φ1/cos2φ2)×100%=(1-0.82/0.8942)×100%
　　=19.9%
　　5.3計(jì)算減少損失電量
　　△A=β.Se.T年.cosφ1.△A%.△A%
　　=0.3×9315×8000×0.8×6.7%×

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