電力工程師職稱論文無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用

　　摘要：無(wú)功補(bǔ)償在現(xiàn)代化配電網(wǎng)中起到提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，降低輸送線路損耗，提高供電效率，改善供電環(huán)境的作用。所以無(wú)功功率補(bǔ)償裝置在供電系統(tǒng)中處在一個(gè)不可缺少的位置。合理的選擇補(bǔ)償裝置，可以做到最大限度的減少網(wǎng)絡(luò)損耗，提高電網(wǎng)質(zhì)量。

　　關(guān)鍵詞：配電網(wǎng),無(wú)功補(bǔ)償,補(bǔ)償方式,問題

　　前言

　　隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對(duì)電力的需求日益增長(zhǎng)，同時(shí)對(duì)供電的可靠性和供電質(zhì)量提出了更高的要求。由于負(fù)荷的不斷增加，以及電源的大幅增加，不但改變了電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，也改變了系統(tǒng)的電源分布，造成系統(tǒng)的無(wú)功分布不盡合理，甚至可能造成局部地區(qū)無(wú)功嚴(yán)重不足、電壓水平普遍較低的情況。隨著系統(tǒng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，當(dāng)系統(tǒng)受到較大干擾時(shí)，就可能在電壓穩(wěn)定薄弱環(huán)節(jié)導(dǎo)致電壓崩潰。

　　電力系統(tǒng)無(wú)功潮流分布是否合理，不僅關(guān)系到電力系統(tǒng)向電力用戶提供電能質(zhì)量的優(yōu)劣，而且還直接影響電網(wǎng)自身運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。這在與用戶直接相關(guān)的配電網(wǎng)中顯得同樣的重要。若無(wú)功電源容量不足，系統(tǒng)運(yùn)行電壓將難以保證。由于電網(wǎng)容量的增加，對(duì)電網(wǎng)無(wú)功要求也與日增加，此外，網(wǎng)絡(luò)的功率因數(shù)和電壓的降低將使電氣設(shè)備得不到充分利用，降低了網(wǎng)絡(luò)傳輸能力，并引起損耗增加。因此，解決好配電網(wǎng)絡(luò)無(wú)功補(bǔ)償?shù)膯栴}，對(duì)電網(wǎng)的安全性和降損節(jié)能有著重要的意義。

　　合理的無(wú)功補(bǔ)償點(diǎn)的選擇以及補(bǔ)償容量的確定，能夠有效地維持系統(tǒng)的電壓水平，提高系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，避免大量無(wú)功的遠(yuǎn)距離傳輸，從而降低有功網(wǎng)損，減少發(fā)電費(fèi)用。而且由于我國(guó)配電網(wǎng)長(zhǎng)期以來(lái)無(wú)功缺乏，尤其造成的網(wǎng)損相當(dāng)大，因此無(wú)功功率補(bǔ)償是降損措施中投資少回報(bào)高的方案。一般配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償方式有：變電站集中補(bǔ)償方式、低壓集中補(bǔ)償方式、桿上無(wú)功補(bǔ)償方式和用戶終端分散補(bǔ)償方式。

　　一、無(wú)功補(bǔ)償對(duì)整個(gè)輸配電網(wǎng)的影響

　　1、無(wú)功電流是影響電力損耗的重要原因

　　交流電路中因?yàn)闊o(wú)功電流的存在造成了很大的電力損耗，表1是不同功率因數(shù)的交流電路中有功電流為1A時(shí)無(wú)功電流的大小。

　　以上表明功率因數(shù)低時(shí)導(dǎo)線中無(wú)功電流和有功電流相比，無(wú)功電流就會(huì)很大，如功率因數(shù)0.7時(shí)導(dǎo)線中無(wú)功電流和有功電流基本相等，0.60時(shí)無(wú)功電流是有功電流的1.38倍，0.50時(shí)無(wú)功電流是有功電流的1.73倍。因?yàn)殡娏p耗與流過導(dǎo)線電流的平方成正比，所以無(wú)功電流是影響電力損耗的重要原因，功率因數(shù)降低會(huì)造成很嚴(yán)重的電力損耗。

　　2、功率因數(shù)影響輸變配電網(wǎng)的輸送能力和穩(wěn)定性

　　上述已說(shuō)明，功率因數(shù)降低使輸變配電網(wǎng)中產(chǎn)生了很大的無(wú)功電流，這就等于降低了輸變配電網(wǎng)的輸送能力。

　　功率因數(shù)的降低造成了嚴(yán)重的電力損耗，同時(shí)也造成了電網(wǎng)電壓的急劇下降。電網(wǎng)電壓的降低使各級(jí)變電站調(diào)壓裝置向升高電壓方向調(diào)整，使輸電線路電流增大，功率因數(shù)再降低，損耗再增大，電網(wǎng)電壓再降低，惡性循環(huán)。同時(shí)因?yàn)殡妷航档停脩粲秒娫O(shè)備輸出動(dòng)力下降，用戶為滿足所需的動(dòng)力需求，增大用電設(shè)備的額定功率，這樣就會(huì)使電網(wǎng)的功率因數(shù)更加降低，電流急劇增大，電壓急劇下降，造成電壓崩潰。使輸變配電網(wǎng)的穩(wěn)定性遭到破壞。

　　二、無(wú)功補(bǔ)償?shù)男б娣治?/p>

　　1、提高功率因數(shù)能有效降低線路損耗

　　交流電在輸電線路上的損耗為：

　　(1)△P=I2R

　　(1)式中，△P：線路損耗功率;

　　I：線路中的總電流;

　　R：線路中的電阻。

　　由式(1)可得：

　　(2)△P=(S/U)2R=(S 2/U 2)R={(P 2+Q 2)/U 2｝R=(P 2/U 2

　　COS2φ)R

　　(2)式中，S:視在功率(總功率);

　　P：用電負(fù)荷(有用功率);

　　U：線路電壓。

　　由式(2)可以說(shuō)明線路損耗與功率因數(shù)的平方成反比，表2是功率因數(shù)由0.95降到0.60時(shí)交流電在線路中損耗增大的比例。

　　表2 功率因數(shù)由0.95降到0.60時(shí)交流電在線路中損耗增大的比例

　　提高功率因數(shù)，降低線損的關(guān)系可用式(3)進(jìn)行計(jì)算。

　　(3)式中，COSφ1：原功率因數(shù);

　　COSφ2：提高后的功率因數(shù);

　　△P %：降低線損百分?jǐn)?shù)。

　　綜上所述，適時(shí)投切無(wú)功，能提高功率因數(shù)、降低損耗。

　　2、提高功率因數(shù)能有效提高線路輸送能力

　　由表1可知，在線路負(fù)荷一定時(shí)，功率因數(shù)的降低，線路中的無(wú)功電流就會(huì)增大，功率因數(shù)升高，線路中的無(wú)功電流就會(huì)減小，如果提高線路的輸送能力，可以采取提高功率因數(shù)的方式，也可以增大線路的線徑或采用電阻率小的材料做導(dǎo)線。10kV線路負(fù)荷約為1 000kVA，如果功率因數(shù)0.96以上，線路每相的電流約為58A，如果功率因數(shù)是0.60，每相的電流就會(huì)增大到99A。如果不采取提高功率因數(shù)的方式，而是采取增大線徑的方式把線損降低到現(xiàn)在的6.5%，需要將原來(lái)LGJ-50鋁絞線換成LGJ-150鋁絞線。很顯然采取增大線徑的方式會(huì)造成很大的材料浪費(fèi)。

　　三、無(wú)功補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償方式

　　在整個(gè)輸、變、配電網(wǎng)以及用電設(shè)備中，要讓整個(gè)系統(tǒng)的電氣設(shè)備達(dá)到最佳的出力(效率)、最低的損耗必須分層分級(jí)、隨時(shí)隨地進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，把無(wú)功電流降低到最小。補(bǔ)償方式可分為以下幾種：變電站集中自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償;線路自動(dòng)補(bǔ)償;就地自動(dòng)補(bǔ)償。

　　要實(shí)現(xiàn)分層分級(jí)、隨時(shí)隨地的無(wú)功補(bǔ)償，就要在各級(jí)變電站、輸電線路、用電設(shè)備旁裝設(shè)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，而且能夠根據(jù)負(fù)荷的變化自動(dòng)跟蹤調(diào)整補(bǔ)償容量。

　　1、變電站集中自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償

　　變電站需要裝設(shè)自動(dòng)跟蹤無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，而且要盡量地多分組才能實(shí)現(xiàn)較好的跟蹤效果。尤其是110kV、35kV變電站作為電網(wǎng)系統(tǒng)中的末端變電站，承擔(dān)著直接向負(fù)載提供電壓穩(wěn)定無(wú)功平衡的高質(zhì)量電能的任務(wù)，無(wú)功補(bǔ)償裝置顯得尤為重要。目前大多數(shù)11kV、35kV變電站的無(wú)功補(bǔ)償均不夠理想，特別是老變電站雖然原來(lái)設(shè)計(jì)有并聯(lián)電容器裝置，但多數(shù)由于不能適應(yīng)負(fù)荷的變化達(dá)不到理想的補(bǔ)償效果，負(fù)荷高峰時(shí)有的變電站10kV母線功率因數(shù)低到0.7 以下，使變電站及以下輸變電能力降得很低，損耗很大。在110kV、35kV變電站上安裝能夠自動(dòng)跟蹤負(fù)荷變化進(jìn)行補(bǔ)償又能自動(dòng)調(diào)壓的新一代高可靠10kV無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置十分重要。

　　目前國(guó)內(nèi)多數(shù)變電站安裝了綜合自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守，變電站實(shí)現(xiàn)了綜合自動(dòng)化無(wú)人值守，并聯(lián)電容器裝置也勢(shì)必要改成自動(dòng)補(bǔ)償裝置。

　　2、線路自動(dòng)補(bǔ)償

　　10kV線路無(wú)功補(bǔ)償量的計(jì)算方法很多，因?yàn)樨?fù)荷是一個(gè)不定的變量。一旦計(jì)算確定后一般不再變動(dòng)，所以只能概算。無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑瓌t是“就地平衡”，所以要采用“分散和集中、固定和自動(dòng)相結(jié)合”的方法，分3步進(jìn)行：一是變電所內(nèi)按主變壓器容量的15%左右安裝固定補(bǔ)償電容器組。二是在線路負(fù)荷中心或某處按低負(fù)荷時(shí)的無(wú)功需求量安裝固定補(bǔ)償電容器組。三是在線路負(fù)荷中心的上側(cè)安裝自動(dòng)補(bǔ)償電容器組。

　　從中可以看出，節(jié)約的無(wú)功負(fù)荷和補(bǔ)償電容量有一定的關(guān)系。補(bǔ)償前功率因數(shù)在0.85時(shí)，節(jié)約無(wú)功量是補(bǔ)償電容量的40%。在0.75時(shí)節(jié)約無(wú)功量是補(bǔ)償電容量的50%。在0.65時(shí)節(jié)約無(wú)功量是補(bǔ)償電容量的60%，即可以把補(bǔ)償電容量的百分?jǐn)?shù)用于概算節(jié)約的無(wú)功損耗量。

　　計(jì)算線損量時(shí)，因素也較多，因線損與線路長(zhǎng)短、線徑大小，補(bǔ)償電容的容量及運(yùn)行時(shí)間有關(guān)。根據(jù)表3 中負(fù)荷為2000kW，補(bǔ)償前功率因數(shù)在0.75，補(bǔ)償后功率因數(shù)在0.96 時(shí)，應(yīng)補(bǔ)償電容量為120kvar，節(jié)約無(wú)功消耗按50%約600kvar 減少線路無(wú)功電流34A，在不同線徑和距離時(shí)，節(jié)約的有功電量見表3。

　　結(jié)束語(yǔ)：

　　對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，提高功率因數(shù)、實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率平衡，是一項(xiàng)建設(shè)性的降損技術(shù)措施。確定無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的合理配置和分布，需尋找技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的最優(yōu)方案以提高配電變壓器出力，降低線損，提高電質(zhì)量。