電力系統(tǒng)無功分析

袁洋

摘 要：電力系統(tǒng)無功在電能傳輸、維持電網(wǎng)電壓起著至關(guān)重要的作用，但同時系統(tǒng)傳輸較多的無功會較低變壓器的利用率，也會減小電網(wǎng)的傳輸能力，因此電力系統(tǒng)無功的平衡就顯得尤為突出，對無功需求較大的地區(qū)進行合理的無功補償也是在電網(wǎng)和經(jīng)濟發(fā)展應(yīng)該合理考慮的重要問題。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng) 無功 功率因素 無功補償

中圖分類號：TM743 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（c）-0087-01

在電網(wǎng)中，由電源供給負載的電功率有兩種：一種是有功功率，另一種是無功功率。有功功率是保持用電設(shè)備正常運行所需的電功率，也就是將電能轉(zhuǎn)換為其他形式能量如：機械能、光能、熱能等，這些能量我們能夠以視覺或觸覺感覺到。無功功率比較抽象，是我們無法憑視覺或觸覺發(fā)覺得，電網(wǎng)中電力設(shè)備大多是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的，他們在能量轉(zhuǎn)換過程中建立交變的磁場，在一個周期內(nèi)吸收的功率和釋放的功率相等。電源能量在通過純電感或純電容電路時并沒有能量消耗，僅在負荷與電源之間往復(fù)交換，在三相之間流動，由于這種交換功率不對外做功，因此稱為無功功率。

無功功率決不是無用功率，它的用處很大。電動機需要建立和維持旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，從而帶動機械運動，電動機的轉(zhuǎn)子磁場就是靠從電源取得無功功率建立的。變壓器也同樣需要無功功率，才能使變壓器的一次線圈產(chǎn)生磁場，在二次線圈感應(yīng)出電壓。因此，沒有無功功率，變壓器也不能變壓，電動機就不會轉(zhuǎn)動，交流接觸器不會吸合。由此可見無功并不是無用之功。為了保證電力系統(tǒng)的正常運行，無功必不可少，在電網(wǎng)的能量傳輸中，必須考慮無功的傳輸。但是系統(tǒng)中過多的考慮無功的輸送，必定會減少有功的傳輸，這就制約負荷端對有功的需求，降低了對電網(wǎng)、變壓器的利用率這也不是電網(wǎng)發(fā)展追求的目的。輸送過多無功功率對供、用電產(chǎn)生的不良影響，主要表現(xiàn)在：

（1）視在功率一定時，增加無功功率就要降低輸、變電設(shè)備的供電能力。

（2）降低發(fā)電機有功功率的輸出。

（3）電網(wǎng)內(nèi)過多無功功率的流動會造成線路電壓損失增大和電能損耗的增加。

（4）當無功缺額情況嚴重時，用戶將竭力調(diào)用大容量用電設(shè)備，使功率因數(shù)進一步降低，系統(tǒng)無功負荷愈加愈大，電壓水平更低，形成惡性循環(huán)，最后造成電壓崩潰，系統(tǒng)瓦解而大面積停電。

由上可見電力系統(tǒng)發(fā)送過多的無功而帶來的不足。如果電力系統(tǒng)只發(fā)送有功，那么系統(tǒng)中的變壓器由于缺少無功就無法正常進行變配電。所以發(fā)電機必須保證線路的無功損耗和變壓器的最小無功需要。那么負荷所需要的無功從哪里來，考慮到上面講述的內(nèi)容，我們在輸電的過程中要盡可能的減少無功輸送，從發(fā)電機和高壓輸電線供給的無功功率，一般滿足不了負荷的需要，對于負荷側(cè)無功需求我們可以考慮通過無功補償進行實現(xiàn)。

無功補償?shù)闹饕饔镁褪翘岣吖β室驍?shù)以減少設(shè)備容量和功率損耗、穩(wěn)定電壓和提高供電質(zhì)量，在長距離輸電中提高輸電穩(wěn)定性和輸電能力以及平衡三相負載的有功和無功功率。進行無功補償?shù)木唧w作用表現(xiàn)如下：

（1）提高電壓質(zhì)量

把線路中電流分為有功電流Ia和無功電流Ir，則線路中的電壓損失：

式中： P—有功功率，kW Q—無功功率，kvar

U—額定電壓，kV R—線路總電阻，Ω

Xl—線路感抗，Ω

因此，提高功率因數(shù)后可減少線路上傳輸?shù)臒o功功率Q，若保持有功功率不變，而R、Xl均為定值，無功功率Q越小，電壓損失越小，從而提高了電壓質(zhì)量。

（2）提高變壓器的利用率，減少投資

功率因數(shù)由cosφ1提高到cosφ2提高變壓器利用率為：

由此可見，補償后變壓器的利用率比補償前提高ΔS%，可以帶更多的負荷，減少了輸變電設(shè)備的投資。

（3）減少用戶電費支出

①可避免因功率因數(shù)低于規(guī)定值而受罰。

②可減少用戶內(nèi)部因傳輸和分配無功功率造成的有功功率損耗，電費可相應(yīng)降低。

（4）提高電力網(wǎng)傳輸能力

有功功率與視在功率的關(guān)系式為：P=Scosφ?？梢?，在傳輸一定有功功率的條件下，功率因數(shù)越高，需要電網(wǎng)傳輸?shù)墓β试叫　?/p>

在電網(wǎng)中影響功率因素變化的因素如此之多，所以要想維持電網(wǎng)中功率因素的穩(wěn)定絕非易事，這就需要在電網(wǎng)中無功消耗多的用電設(shè)備加上無功補償裝置，無功補償通常采用的方法主要有3種：低壓集中補償、低壓個別補償、高壓集中補償。下面簡單介紹這3種補償方式的適用范圍及使用該種補償方式的優(yōu)缺點：

（1）低壓集中補償，低壓集中補償是指將低壓電容器通過低壓開關(guān)接在配電變壓器低壓母線側(cè)，以無功補償投切裝置作為控制保護裝置，根據(jù)低壓母線上的無功負荷而直接控制電容器的投切。低壓集中補償?shù)膬?yōu)點：接線簡單、運行維護工作量小，使無功就地平衡，從而提高配變利用率，降低網(wǎng)損，具有較高的經(jīng)濟性，是目前無功補償中常用的手段之一。

（2）低壓個別補償：，低壓個別補償就是根據(jù)個別用電設(shè)備對無功的需要量將單臺或多臺低壓電容器組分散地與用電設(shè)備并接，它與用電設(shè)備共用一套斷路器。通過控制、保護裝置與電機同時投切。隨機補償適用于補償個別大容量且連續(xù)運行（如大中型異步電動機）的無功消耗，以補勵磁無功為主。低壓個別補償?shù)膬?yōu)點是：用電設(shè)備運行時，無功補償投入，用電設(shè)備停運時，補償設(shè)備也退出，因此不會造成無功倒送。具有投資少、安裝容易、占位小、配置方便靈活、維護簡單、事故率低等優(yōu)點。

（3）高壓集中補償，高壓集中補償是指將并聯(lián)電容器組直接裝在變電所的6～10 kV高壓母線上的補償方式。適用于用戶遠離變電所或在供電線路的末端，用戶本身又有一定的高壓負荷時，可以減少對電力系統(tǒng)無功的消耗并可以起到一定的補償作用；補償裝置根據(jù)負荷的大小自動投切，從而合理地提高了用戶的功率因數(shù)，避免功率因數(shù)降低導(dǎo)致電費的增加。同時便于運行維護，補償效益高。

電力系統(tǒng)中無功平衡是衡量電能質(zhì)量的重要指標，無功過低或過高都會對電力系統(tǒng)造成影響，因此，無功深入分析是一項很重要的工作，也是這篇文章意義所在。

參考文獻

[1] 李梅蘭，盧文鵬.電力系統(tǒng)分析[M].中國電力出版社，2010.

[2] 李宏仲.地區(qū)電網(wǎng)無功補償與電壓無功控制[M].機械工業(yè)出版社，2012.endprint

摘 要：電力系統(tǒng)無功在電能傳輸、維持電網(wǎng)電壓起著至關(guān)重要的作用，但同時系統(tǒng)傳輸較多的無功會較低變壓器的利用率，也會減小電網(wǎng)的傳輸能力，因此電力系統(tǒng)無功的平衡就顯得尤為突出，對無功需求較大的地區(qū)進行合理的無功補償也是在電網(wǎng)和經(jīng)濟發(fā)展應(yīng)該合理考慮的重要問題。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng) 無功 功率因素 無功補償

中圖分類號：TM743 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（c）-0087-01

在電網(wǎng)中，由電源供給負載的電功率有兩種：一種是有功功率，另一種是無功功率。有功功率是保持用電設(shè)備正常運行所需的電功率，也就是將電能轉(zhuǎn)換為其他形式能量如：機械能、光能、熱能等，這些能量我們能夠以視覺或觸覺感覺到。無功功率比較抽象，是我們無法憑視覺或觸覺發(fā)覺得，電網(wǎng)中電力設(shè)備大多是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的，他們在能量轉(zhuǎn)換過程中建立交變的磁場，在一個周期內(nèi)吸收的功率和釋放的功率相等。電源能量在通過純電感或純電容電路時并沒有能量消耗，僅在負荷與電源之間往復(fù)交換，在三相之間流動，由于這種交換功率不對外做功，因此稱為無功功率。

無功功率決不是無用功率，它的用處很大。電動機需要建立和維持旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，從而帶動機械運動，電動機的轉(zhuǎn)子磁場就是靠從電源取得無功功率建立的。變壓器也同樣需要無功功率，才能使變壓器的一次線圈產(chǎn)生磁場，在二次線圈感應(yīng)出電壓。因此，沒有無功功率，變壓器也不能變壓，電動機就不會轉(zhuǎn)動，交流接觸器不會吸合。由此可見無功并不是無用之功。為了保證電力系統(tǒng)的正常運行，無功必不可少，在電網(wǎng)的能量傳輸中，必須考慮無功的傳輸。但是系統(tǒng)中過多的考慮無功的輸送，必定會減少有功的傳輸，這就制約負荷端對有功的需求，降低了對電網(wǎng)、變壓器的利用率這也不是電網(wǎng)發(fā)展追求的目的。輸送過多無功功率對供、用電產(chǎn)生的不良影響，主要表現(xiàn)在：

（1）視在功率一定時，增加無功功率就要降低輸、變電設(shè)備的供電能力。

（2）降低發(fā)電機有功功率的輸出。

（3）電網(wǎng)內(nèi)過多無功功率的流動會造成線路電壓損失增大和電能損耗的增加。

（4）當無功缺額情況嚴重時，用戶將竭力調(diào)用大容量用電設(shè)備，使功率因數(shù)進一步降低，系統(tǒng)無功負荷愈加愈大，電壓水平更低，形成惡性循環(huán)，最后造成電壓崩潰，系統(tǒng)瓦解而大面積停電。

由上可見電力系統(tǒng)發(fā)送過多的無功而帶來的不足。如果電力系統(tǒng)只發(fā)送有功，那么系統(tǒng)中的變壓器由于缺少無功就無法正常進行變配電。所以發(fā)電機必須保證線路的無功損耗和變壓器的最小無功需要。那么負荷所需要的無功從哪里來，考慮到上面講述的內(nèi)容，我們在輸電的過程中要盡可能的減少無功輸送，從發(fā)電機和高壓輸電線供給的無功功率，一般滿足不了負荷的需要，對于負荷側(cè)無功需求我們可以考慮通過無功補償進行實現(xiàn)。

無功補償?shù)闹饕饔镁褪翘岣吖β室驍?shù)以減少設(shè)備容量和功率損耗、穩(wěn)定電壓和提高供電質(zhì)量，在長距離輸電中提高輸電穩(wěn)定性和輸電能力以及平衡三相負載的有功和無功功率。進行無功補償?shù)木唧w作用表現(xiàn)如下：

（1）提高電壓質(zhì)量

把線路中電流分為有功電流Ia和無功電流Ir，則線路中的電壓損失：

式中： P—有功功率，kW Q—無功功率，kvar

U—額定電壓，kV R—線路總電阻，Ω

Xl—線路感抗，Ω

因此，提高功率因數(shù)后可減少線路上傳輸?shù)臒o功功率Q，若保持有功功率不變，而R、Xl均為定值，無功功率Q越小，電壓損失越小，從而提高了電壓質(zhì)量。

（2）提高變壓器的利用率，減少投資

功率因數(shù)由cosφ1提高到cosφ2提高變壓器利用率為：

由此可見，補償后變壓器的利用率比補償前提高ΔS%，可以帶更多的負荷，減少了輸變電設(shè)備的投資。

（3）減少用戶電費支出

①可避免因功率因數(shù)低于規(guī)定值而受罰。

②可減少用戶內(nèi)部因傳輸和分配無功功率造成的有功功率損耗，電費可相應(yīng)降低。

（4）提高電力網(wǎng)傳輸能力

有功功率與視在功率的關(guān)系式為：P=Scosφ?？梢?，在傳輸一定有功功率的條件下，功率因數(shù)越高，需要電網(wǎng)傳輸?shù)墓β试叫　?/p>

在電網(wǎng)中影響功率因素變化的因素如此之多，所以要想維持電網(wǎng)中功率因素的穩(wěn)定絕非易事，這就需要在電網(wǎng)中無功消耗多的用電設(shè)備加上無功補償裝置，無功補償通常采用的方法主要有3種：低壓集中補償、低壓個別補償、高壓集中補償。下面簡單介紹這3種補償方式的適用范圍及使用該種補償方式的優(yōu)缺點：

（1）低壓集中補償，低壓集中補償是指將低壓電容器通過低壓開關(guān)接在配電變壓器低壓母線側(cè)，以無功補償投切裝置作為控制保護裝置，根據(jù)低壓母線上的無功負荷而直接控制電容器的投切。低壓集中補償?shù)膬?yōu)點：接線簡單、運行維護工作量小，使無功就地平衡，從而提高配變利用率，降低網(wǎng)損，具有較高的經(jīng)濟性，是目前無功補償中常用的手段之一。

（2）低壓個別補償：，低壓個別補償就是根據(jù)個別用電設(shè)備對無功的需要量將單臺或多臺低壓電容器組分散地與用電設(shè)備并接，它與用電設(shè)備共用一套斷路器。通過控制、保護裝置與電機同時投切。隨機補償適用于補償個別大容量且連續(xù)運行（如大中型異步電動機）的無功消耗，以補勵磁無功為主。低壓個別補償?shù)膬?yōu)點是：用電設(shè)備運行時，無功補償投入，用電設(shè)備停運時，補償設(shè)備也退出，因此不會造成無功倒送。具有投資少、安裝容易、占位小、配置方便靈活、維護簡單、事故率低等優(yōu)點。

（3）高壓集中補償，高壓集中補償是指將并聯(lián)電容器組直接裝在變電所的6～10 kV高壓母線上的補償方式。適用于用戶遠離變電所或在供電線路的末端，用戶本身又有一定的高壓負荷時，可以減少對電力系統(tǒng)無功的消耗并可以起到一定的補償作用；補償裝置根據(jù)負荷的大小自動投切，從而合理地提高了用戶的功率因數(shù)，避免功率因數(shù)降低導(dǎo)致電費的增加。同時便于運行維護，補償效益高。

電力系統(tǒng)中無功平衡是衡量電能質(zhì)量的重要指標，無功過低或過高都會對電力系統(tǒng)造成影響，因此，無功深入分析是一項很重要的工作，也是這篇文章意義所在。

參考文獻

[1] 李梅蘭，盧文鵬.電力系統(tǒng)分析[M].中國電力出版社，2010.

[2] 李宏仲.地區(qū)電網(wǎng)無功補償與電壓無功控制[M].機械工業(yè)出版社，2012.endprint

摘 要：電力系統(tǒng)無功在電能傳輸、維持電網(wǎng)電壓起著至關(guān)重要的作用，但同時系統(tǒng)傳輸較多的無功會較低變壓器的利用率，也會減小電網(wǎng)的傳輸能力，因此電力系統(tǒng)無功的平衡就顯得尤為突出，對無功需求較大的地區(qū)進行合理的無功補償也是在電網(wǎng)和經(jīng)濟發(fā)展應(yīng)該合理考慮的重要問題。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng) 無功 功率因素 無功補償

中圖分類號：TM743 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（c）-0087-01

在電網(wǎng)中，由電源供給負載的電功率有兩種：一種是有功功率，另一種是無功功率。有功功率是保持用電設(shè)備正常運行所需的電功率，也就是將電能轉(zhuǎn)換為其他形式能量如：機械能、光能、熱能等，這些能量我們能夠以視覺或觸覺感覺到。無功功率比較抽象，是我們無法憑視覺或觸覺發(fā)覺得，電網(wǎng)中電力設(shè)備大多是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的，他們在能量轉(zhuǎn)換過程中建立交變的磁場，在一個周期內(nèi)吸收的功率和釋放的功率相等。電源能量在通過純電感或純電容電路時并沒有能量消耗，僅在負荷與電源之間往復(fù)交換，在三相之間流動，由于這種交換功率不對外做功，因此稱為無功功率。

無功功率決不是無用功率，它的用處很大。電動機需要建立和維持旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，從而帶動機械運動，電動機的轉(zhuǎn)子磁場就是靠從電源取得無功功率建立的。變壓器也同樣需要無功功率，才能使變壓器的一次線圈產(chǎn)生磁場，在二次線圈感應(yīng)出電壓。因此，沒有無功功率，變壓器也不能變壓，電動機就不會轉(zhuǎn)動，交流接觸器不會吸合。由此可見無功并不是無用之功。為了保證電力系統(tǒng)的正常運行，無功必不可少，在電網(wǎng)的能量傳輸中，必須考慮無功的傳輸。但是系統(tǒng)中過多的考慮無功的輸送，必定會減少有功的傳輸，這就制約負荷端對有功的需求，降低了對電網(wǎng)、變壓器的利用率這也不是電網(wǎng)發(fā)展追求的目的。輸送過多無功功率對供、用電產(chǎn)生的不良影響，主要表現(xiàn)在：

（1）視在功率一定時，增加無功功率就要降低輸、變電設(shè)備的供電能力。

（2）降低發(fā)電機有功功率的輸出。

（3）電網(wǎng)內(nèi)過多無功功率的流動會造成線路電壓損失增大和電能損耗的增加。

（4）當無功缺額情況嚴重時，用戶將竭力調(diào)用大容量用電設(shè)備，使功率因數(shù)進一步降低，系統(tǒng)無功負荷愈加愈大，電壓水平更低，形成惡性循環(huán)，最后造成電壓崩潰，系統(tǒng)瓦解而大面積停電。

由上可見電力系統(tǒng)發(fā)送過多的無功而帶來的不足。如果電力系統(tǒng)只發(fā)送有功，那么系統(tǒng)中的變壓器由于缺少無功就無法正常進行變配電。所以發(fā)電機必須保證線路的無功損耗和變壓器的最小無功需要。那么負荷所需要的無功從哪里來，考慮到上面講述的內(nèi)容，我們在輸電的過程中要盡可能的減少無功輸送，從發(fā)電機和高壓輸電線供給的無功功率，一般滿足不了負荷的需要，對于負荷側(cè)無功需求我們可以考慮通過無功補償進行實現(xiàn)。

無功補償?shù)闹饕饔镁褪翘岣吖β室驍?shù)以減少設(shè)備容量和功率損耗、穩(wěn)定電壓和提高供電質(zhì)量，在長距離輸電中提高輸電穩(wěn)定性和輸電能力以及平衡三相負載的有功和無功功率。進行無功補償?shù)木唧w作用表現(xiàn)如下：

（1）提高電壓質(zhì)量

把線路中電流分為有功電流Ia和無功電流Ir，則線路中的電壓損失：

式中： P—有功功率，kW Q—無功功率，kvar

U—額定電壓，kV R—線路總電阻，Ω

Xl—線路感抗，Ω

因此，提高功率因數(shù)后可減少線路上傳輸?shù)臒o功功率Q，若保持有功功率不變，而R、Xl均為定值，無功功率Q越小，電壓損失越小，從而提高了電壓質(zhì)量。

（2）提高變壓器的利用率，減少投資

功率因數(shù)由cosφ1提高到cosφ2提高變壓器利用率為：

由此可見，補償后變壓器的利用率比補償前提高ΔS%，可以帶更多的負荷，減少了輸變電設(shè)備的投資。

（3）減少用戶電費支出

①可避免因功率因數(shù)低于規(guī)定值而受罰。

②可減少用戶內(nèi)部因傳輸和分配無功功率造成的有功功率損耗，電費可相應(yīng)降低。

（4）提高電力網(wǎng)傳輸能力

有功功率與視在功率的關(guān)系式為：P=Scosφ?？梢?，在傳輸一定有功功率的條件下，功率因數(shù)越高，需要電網(wǎng)傳輸?shù)墓β试叫　?/p>

在電網(wǎng)中影響功率因素變化的因素如此之多，所以要想維持電網(wǎng)中功率因素的穩(wěn)定絕非易事，這就需要在電網(wǎng)中無功消耗多的用電設(shè)備加上無功補償裝置，無功補償通常采用的方法主要有3種：低壓集中補償、低壓個別補償、高壓集中補償。下面簡單介紹這3種補償方式的適用范圍及使用該種補償方式的優(yōu)缺點：

（1）低壓集中補償，低壓集中補償是指將低壓電容器通過低壓開關(guān)接在配電變壓器低壓母線側(cè)，以無功補償投切裝置作為控制保護裝置，根據(jù)低壓母線上的無功負荷而直接控制電容器的投切。低壓集中補償?shù)膬?yōu)點：接線簡單、運行維護工作量小，使無功就地平衡，從而提高配變利用率，降低網(wǎng)損，具有較高的經(jīng)濟性，是目前無功補償中常用的手段之一。

（2）低壓個別補償：，低壓個別補償就是根據(jù)個別用電設(shè)備對無功的需要量將單臺或多臺低壓電容器組分散地與用電設(shè)備并接，它與用電設(shè)備共用一套斷路器。通過控制、保護裝置與電機同時投切。隨機補償適用于補償個別大容量且連續(xù)運行（如大中型異步電動機）的無功消耗，以補勵磁無功為主。低壓個別補償?shù)膬?yōu)點是：用電設(shè)備運行時，無功補償投入，用電設(shè)備停運時，補償設(shè)備也退出，因此不會造成無功倒送。具有投資少、安裝容易、占位小、配置方便靈活、維護簡單、事故率低等優(yōu)點。

（3）高壓集中補償，高壓集中補償是指將并聯(lián)電容器組直接裝在變電所的6～10 kV高壓母線上的補償方式。適用于用戶遠離變電所或在供電線路的末端，用戶本身又有一定的高壓負荷時，可以減少對電力系統(tǒng)無功的消耗并可以起到一定的補償作用；補償裝置根據(jù)負荷的大小自動投切，從而合理地提高了用戶的功率因數(shù)，避免功率因數(shù)降低導(dǎo)致電費的增加。同時便于運行維護，補償效益高。

電力系統(tǒng)中無功平衡是衡量電能質(zhì)量的重要指標，無功過低或過高都會對電力系統(tǒng)造成影響，因此，無功深入分析是一項很重要的工作，也是這篇文章意義所在。

參考文獻

[1] 李梅蘭，盧文鵬.電力系統(tǒng)分析[M].中國電力出版社，2010.

[2] 李宏仲.地區(qū)電網(wǎng)無功補償與電壓無功控制[M].機械工業(yè)出版社，2012.endprint