低壓無功補償的一些說明

在電力系統中，由于電感、電容這些無功元件的存在，不僅系統中存在著有功功率，而且存在著無功功率。雖然無功功率本身不消耗能量，它的能量只是在電源及負載之間進行交換，但是在這種能量交換的過程中會引起能量的損耗，并使電源的視在功率增大，這將對系統產生以下一系列的負面影響。

(1)電網總電流增加，從而會使電力系統中的元件，如變壓器、電器設備、導線等容量增大，使用戶內部的啟動控制設備、量測儀表等規格、尺寸增大，使設備及線路的損耗增加，是線路及變壓器的電壓損失增大。

(2)電網的無功容量不足，會造成附和端的供電電壓低，影響正常生活和生產用電;反之，無功容量過剩，會造成電網的運行電壓過高，電動波動率大。

(3)電網的功率因數低會造成大量電能損耗，當功率因數由0.8下降到0.6時，電能損耗將近提高一倍。

(4)對電力系統的發電設備來說，無功電流的增大，對發電機轉子的去磁效應增加，電壓降低，如過度增加勵磁電流，則使轉子繞組超過允許溫升。為了保證轉子繞組正常工作，發電機就不允許達到預定的出力。此外，原動機的效率是按照有功功率衡量的，當發電機發出的視在功率一定時，無功功率增加，會導致原動機效率的相對降低。

通過無功補償可以有效的提高功率因數，降低能量損耗;改善用戶電壓質量，降低生產成本。

電網中的大部分電器設備，比如電動機、變壓器和照明設備等屬于有電感又有電阻的感性負載。感性負載電壓和電流的相量間有一個相位差Φ，其相位差的余弦cosΦ就是功率因數。

由于感性負載在運行時需要吸收無功功率，通常對感性負載并聯電容器，這樣感性負載吸收的無功功率就可由容性裝置(電容器)提供，以減少電源向感性負載提供無功功率，這種由并聯電容器提供的無功功率叫做無功補償。

目前，我過20多個省市缺電的一個主要原因是，能源和電負荷分布不均。同時，我國大型的負荷中心存在如下主要問題：①負荷中心有功熱備用的減少使得動態無功補償支撐日益不足;②原有的調相機由于維護不便及擾民等原因逐漸退出運行;③負荷中心的空調等設備突增負荷所占比例越來越大，常規電容補償裝置不能適應負荷突增的需要;④系統一旦受到干擾很容易出現動態無功不足，從而引發電壓穩定問題。

另外，我國電網要得到發展所面臨的主要問題有：①大容量、遠距離輸電要求大幅度提高電網的輸電能力(例如采取并補或串補技術、增加輸電走廊);②增強電網的安全可靠性，提高電能質量;③降低網損，提高經濟性。

我國電網的建設和運行中長期存在的一個問題是無功補償容量的不足和配備的不合理，特別是可調節的無功容量不足，快速影響的無功調節設備更少。近年來，隨著大功率非線性負荷的不斷增加，電網的無功沖擊和諧波被污染呈不斷上升趨勢，無功調節手段的缺乏使得母線電壓隨運行方式的變化很大，導致電網(特別是配電網系統)的線損增加、電壓合格率降低。此外，隨著電網的發展，系統穩定性的問題也愈加重要。電網的電壓穩定性與無功功率調節器的性能有關。無功補償技術是一種提高電壓穩定性的經濟、有效的措施，是促進電網安全穩定和戰略防御的客觀要求;利用它可以提高受端系統的電壓穩定性;為樞紐變電站提供動態無功支撐，從而提高電壓穩定性;提高配電網電能質量的綜合指標，改善系統的動態和靜態品質。

隨著我國各種產業的迅速發展，現代電力系統規模日益擴大，對電網運行的可靠性要求越來越高。因此，改善電網運行質量，提高電網功率因素、減少網絡損耗是一件十分重要的工作。在電力負荷中，有相當一部分屬感性負荷，這些負荷投入運行之除了消耗大量的有功之外還要吸收大量的無功。根據有關資料分析，電力系統的無功負荷約為有功負荷的1.3倍。大量的無功如果完全由發電廠來提供，就會使用戶功率因素降低，其結果造成線路有功損失加大，用戶電壓降低，電力設備得下到充分應用。當整個系統無功嚴重缺乏時，還會使整個電力系統崩潰。我們知道，無功功率增加將使視在功率增加，從而使流過供電系統的電流增加，這將對系統產生如下影響：

(1)會使電力系統中的元件容量增大，因而使投資費用增大;

(2)傳輸同樣有功功率情況下，總電流的增大，使設備及線路的損耗增加;

(3)線路及變壓器的電壓損失增大;

(4)電力系統的發電設備來說，無功電流的增大，對發電機轉子的去磁效應增加，電壓降低，如過度增加勵磁電流，則使轉子繞組超過允許溫升。

此外，無功功率的增加，會導致原動機效率的相對降低。顯然，這些無功功率如果都要由發電機提供并經過長距離傳送是不合理的，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安裝無功補償設備。

電力系統無功功率補償包括以單純改善負荷性能為目的的負荷補償和以整個輸電系統性能的改善和傳輸能力的提高為目標的輸電補償。

在理想的交流電力系統中，每一電源點的電壓和頻率都應該是恒量、無諧波且功率k數為1。特別是這些參數應與用戶的負荷大小和特性無關。在一個理想系統中，每一負荷取用的電流會發生變化，但不同的負荷之間不應有任何干擾。

負荷補償就是對無功功率進行調度以改善交流電力系統的供電質量。負荷補償這一術語使用在那些為某一負荷或某組負荷而實行無功功率調度的場合，在這種場合，補償設備往往安裝在靠近負荷的用戶建筑物中，所使用的技術乃至于補償的若干目的與大電力系統的補償(輸電補償)是有差別的。

負荷補償的目的有以下三個：

(1)功率因數校正;

(2)改善電壓調節;

(3)負荷平衡。

在電力系統中，即便電源電壓可以保持為常量(與負荷無關，保持常量)，校正功率因數和平衡負荷也是必要的。

所謂功率因數校正，通常是指應盡可能在靠近需要無功功率的負荷處產生無功功率，從而避免無功功率在輸電及配電線路上的遠距離傳輸。無功電流的存在，使得負荷電流大于單純供給有功功率時的值。在能量的轉換過程中，只有有功功率才是真正有用的。多余的負荷電流，對用戶來說只是一種浪費。因為用戶不僅要為多余的輸配電容量付錢，而且要為能量傳輸過程中引起的多余網損和線損負責。

對于電力部門同樣不希望從發電機向負荷輸送無功功率。因為一方面使得發電機和配電網絡的容量不能充分得到利用;另一方面無功功率的傳輸也會使電網電壓的控制也會變得更為困難。

在負荷對于無功功率的需求不斷變化的情形下，電壓調整就變成一件重要的事情。所有負荷的無功功率都是變化的，負荷對于無功需求的變化，會引起電源點電壓的變化(或稱調整)。而補償設備對于電源電壓維持在預先規定的限度之內起著非常重要的作用。

大多數交流電力系統是三相的，并且是設計在平衡條件下運行的。不平衡運行會引起負序和零序電流分量(不正常相序電流分量)。這些分量可能引起：電動機和發電機中的附加損耗，在交流電機中產生振動力矩，增加整流器中的紋波，使變壓器飽和，產生過大的中線電流及若干設備的不正常工作。