谈无功补偿在供配电系统中的应用

高 成

山东省造纸工业研究设计院

谈无功补偿在供配电系统中的应用

高 成

山东省造纸工业研究设计院

无功补偿作为保持电力系统功率平衡、降低网损、提高供电质量的一种重要措施，已被广泛应用于各电压等级电网中。合理选择无功补偿，能够有效地维持系统的电压水平，提高电能质量，避免大量无功的远距离传输，从而降低有功网损，提高功率因数，无功补偿的合理应用是提高系统稳定性和经济性的重要因数。介绍了无功补偿原理以及对实际情况的应用作了较为详细的分析，无功补偿方案的应用是否合理，无论从供配电系统的稳定还是系统运行的经济都是至关重要的。

无功补偿；功率因数；供配电系统；降损节能

1 影响功率因数的因素及无功补偿原理

1.1 影响功率因数的因素

(1)感性负荷。在工业生产中，大量变压器、电机等感性负荷被利用，这些感性负荷自然功率因数较低，同时在实际运行过程中，设备长期运行在低负荷状态下，较高负载率时损耗更大，功率因数更低。(2)供电电压不稳。在工业生产中，大型设备较多，启停频繁，供配电系统电压不稳。当供电电压较高时，由于设备和线路磁路饱和的影响，功率因数会降低。当供电电压降低时，功率因数会提高，但此时会影响设备正常工作。(3)变频设备的影响。为了提高设备利用率，大量变频器投人使用，由于选择不当，变频器工作时产生高次谐波，消耗更多的无功功率，导致功率因数降低。

1.2 无功补偿原理

把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并连接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。在实际运行时，一般根据电网中的无功类型，人为设置感性或者容性无功来抵消不必要的无功功率，已达到提高功率因数、减少损耗的目的。

2 无功补偿的遵循原则

《国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则》中明确指出，供配电系统中配电变压器的无功补偿装置容量，应按其配电变压器的最大负载率应在75%以上，其负荷自然功率因数应在0.85以上，无功补偿后配电变压器最大负荷时，应按配电变压器容量的25%一45%之间进行无功补偿容量配置，其低压侧功率因数也不能低于0.95。因此，在造纸车间实际生产中要根据供配电系统网络结构、电气负荷容量等因素来考虑选择合理的无功补偿方式和位置等，使无功补偿的效益最大化。

3 无功补偿的意义

安装无功补偿设备可提供感性电抗所消耗的无功功率，从而能降低线损，这对提高供电企业的经济效益起着重要的作用。首先无功补偿能改善电能质量，无功补偿设备的合理配置能改善电压调整，进而保证电压质量的稳定性；其次安装无功补偿设备能降损节能，挖掘出供电设备的潜力，达到使发电机少发无用功，多发有功功率的目的；最后，无功补偿能减少用户电费支出。另外，无功补偿还能减少电压和电流的不平衡等方面的作用，投资小，见效快，其最大的价值就是能提高供配电企业的经济效益。

4 无功补偿的应用分析

4.1 在固定滤波器、电抗器中的应用

为满足电源对无功电流和总谐波电流的要求，利用有源滤波器产生的与负荷条件下谐波电流相反的谐波电流，让两者相互抵消。这种无功补偿具有利用有源补偿的可控性、灵活性又有无源补偿大容量的特点，但是其形成的谐波会对设备造成一定的影响，而且运行过程中会产生较大的噪音。

4.2 安装投切电容器

投切电容器是用于无功补偿装置中的电容器，通过对电容器进行投切，改变无功功率，是无功补偿当中一个重要装置。该设备投资小。但是不适宜频繁使用，过于频繁使用会影响设备使用寿命。

4.3 对回路电流的无功补偿利用

固定滤波器来调节饱和电感器内部的磁能饱和程度这样可以对流入回路的感性电流继续逆向改变，最终达到无功补偿。在回路中产生的感性电流可以和滤波器发出的的容性电流进行相互抵消，进一步实现电流平衡，之后可以通过将滤波器和电抗器进行电压串联，对侧母线的电压进行一定程度上的降低，这样就可以实现无功补偿这的目的。

5 无功补偿的补偿方式

5.1 分组无功补偿方式

分组无功补偿方式广泛适用于工厂、企业以及煤矿等专用变压器的无功补偿其操作程序是，在配电变压器低压侧和用户车间配电屏安装并联补偿电容器，结合微机控制等技术，可以实现几十到几百千伏安范围的补偿。

5.2 集中补偿和分散补偿及就地补偿

就地补偿是指补偿装置与用电设备配置在一起，设备运行则补偿装置投人使用，具有投资少，占地面积小，不会出现无功倒送现象。分散补偿是指在车间或者末端配电盘柜上设置补偿装置补偿，分散补偿可以实现无功负荷分区平衡，减少无功功率在变配电站以下配电线路中的流动，使内部线损显著降低。但较集中补偿投资大，不便管理。集中补偿利于控制用户本身的无功潮流，避免受电力网的电压变化或负荷变化而产生过大的电压波动。

6 无功补偿中应注意的问题

在轻负荷时要避免过补偿，倒送无功造成功率损耗增加，也是不经济的。功率因数越高，每千乏补偿容量减少损耗的作用将变小，通常情况下，将功率因数提高到0.95就是合理补偿。无功功率倒送是电力系统所不允许的现象，因为它会增加线路和变压器的损耗，加重线路的负担。虽然生产厂家都强调自己的设备不会造成无功功率的倒送，但是实际情况并非如此。因为对于接触器控制的补偿柜，补偿量是三相同调的；对于晶闸管控制的补偿柜，虽然三相补偿量可以分调，但是很多生产厂家为了节约成本，往往只选择一相做采样及无功功率分析。于是在三相负荷不平衡的时候，就有可能造成无功功率倒送。至于采用固定电容器补偿方式的用户，则可能在负荷低谷时造成无功功率倒送，这应引起充分注意。

总之，对配电网进行无功补偿，提高功率因数和保持无功功率平衡，是一项建设性的降损技术措施。目前，配电网的无功补偿容量一般是根据供电部门要求达到的功率因数来确定的，而不是依据用户用电时实际的节能效益、最佳电能质量、最小支付电费的经济功率因数来确定。如何确定无功补偿设备的合理配置和分布，需寻找技术上和经济上的最优方案。

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[2]闫景雷，王立江，陶小宝.无功补偿在供配电系统中应用必要性分析 [J].科技风，2013，(13)：93.