電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)难芯?/h1>
2017-04-14 09:16:03福建省電力有限公司三明電業(yè)局肖中波
電子世界 2017年1期
福建省電力有限公司三明電業(yè)局 肖中波
電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)难芯?/p>
福建省電力有限公司三明電業(yè)局 肖中波
無功補(bǔ)償可以有效改善電壓質(zhì)量，提高功率因數(shù)，節(jié)約電能，減少運(yùn)行費(fèi)用，是電力配電網(wǎng)普遍采用的重要節(jié)能措施。文章主要介紹了無功補(bǔ)償在配電網(wǎng)中的作用及五種補(bǔ)償方式。
電力系統(tǒng)；無功補(bǔ)償；功率因數(shù)
0 引言
在電力系統(tǒng)中，異步電動(dòng)機(jī)和變壓器等設(shè)備需要消耗大量的無功功率，這些無功功率如果不能及時(shí)地得到補(bǔ)償，會(huì)對(duì)電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生不利影響； 同時(shí)，非線性負(fù)載的增加和新能源電源的接入，電能質(zhì)量正朝向逐步劣化的趨勢(shì)發(fā)展，也對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行和用戶用電帶來不利影響。無功補(bǔ)償是提高電能質(zhì)量和降低電能損耗、節(jié)約電力資源、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的有效技術(shù)措施之一[1]。
在電力系統(tǒng)中，常采用無功補(bǔ)償?shù)姆绞絹硖岣哓?fù)載的功率因數(shù)，以降低設(shè)備容抗，同時(shí)減少電量的損失。
1 無功補(bǔ)償?shù)脑?/h2>
所謂無功補(bǔ)償，就是借助于無功補(bǔ)償設(shè)備提供必要的無功功率，以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低能耗，改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量。電力系統(tǒng)的負(fù)載大部分是感性負(fù)載，在運(yùn)行過程中需向這些設(shè)備提供相應(yīng)的無功功率。也正因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)的負(fù)載大部分是感性負(fù)載，因此可以利用電容器對(duì)感性無功功率進(jìn)行補(bǔ)償。在電網(wǎng)中安裝并聯(lián)電容器等無功補(bǔ)償設(shè)備以后，可以提供感性負(fù)載所消耗的無功功率，減少了電網(wǎng)電源向感性負(fù)荷提供、由線路輸送的無功功率，由于減少了無功功率在電網(wǎng)中的流動(dòng)，因此可以降低線路和變壓器因輸送無功功率造成的電能損耗。
2 無功補(bǔ)償?shù)囊饬x
(1)減少設(shè)備的設(shè)計(jì)容量，減少投資
由公式可以知道，當(dāng)電網(wǎng)輸送的有功功率P為定值時(shí)，如果功率因數(shù)cos增加則可以減少視在功率S，這意味著可以減少設(shè)備的設(shè)計(jì)容量，節(jié)約投入資金。
(2)降低電網(wǎng)的功率損耗
由公式可知，電網(wǎng)負(fù)荷電流I與功率因數(shù)cos成反比關(guān)系。當(dāng)提高cos時(shí)，I下降，線路損耗減少。增加電網(wǎng)中有功功率的輸送比例,以及降低線路損耗都直接決定和影響著供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，所以功率因數(shù)是考核經(jīng)濟(jì)效益的重要指標(biāo),規(guī)劃、實(shí)施無功補(bǔ)償勢(shì)在必行。[2]
(3)降低線路壓降
線路輸送電流減小，系統(tǒng)的線路電壓損失相應(yīng)減小，有利于穩(wěn)定系統(tǒng)電壓。
3 配電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)乃姆N方法
在當(dāng)前社會(huì)，電力系統(tǒng)中主要還是采用無功補(bǔ)償技術(shù)以達(dá)到提高功率因數(shù)的目的。目前，無功補(bǔ)償主要有以下五種方法：變電站無功補(bǔ)償、配電線路補(bǔ)償、隨機(jī)補(bǔ)償和跟蹤補(bǔ)償。
變電站無功補(bǔ)償：該種補(bǔ)償方式主要采用并聯(lián)電容器、并聯(lián)電抗器以及靜止補(bǔ)償器進(jìn)行無功補(bǔ)償。其工作原理是利用無功電壓補(bǔ)償裝置—并聯(lián)電容器來產(chǎn)生無功，用另一無功電壓補(bǔ)償裝置—并聯(lián)電抗器將系統(tǒng)中的無功功率吸收掉。充分利用無功電壓補(bǔ)償裝置提高負(fù)載和系統(tǒng)的功率因數(shù)，進(jìn)一步降低功率損耗，進(jìn)一步穩(wěn)定電壓，提高供電質(zhì)量[3]。諸如并聯(lián)電抗器、并聯(lián)電容器和靜止補(bǔ)償器等補(bǔ)償裝置一般集中接在變電站10kV母線上，因此具有管理容易、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是這種補(bǔ)償方式對(duì)10kV配電網(wǎng)的降損幾乎不起作用。
配電線路補(bǔ)償：該種補(bǔ)償方法的關(guān)鍵是如何確定電容器補(bǔ)償容量、安裝位置。電容器組大都不布置在干線上，而是在各個(gè)分支線上面。電容器組最理想的位置是安裝在需要補(bǔ)償其變壓器負(fù)荷的中心處。布置配電線路補(bǔ)償時(shí)，補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)量應(yīng)控制好，不宜太多；控制方式力求簡(jiǎn)約。此外，不建議分組投切控制，還需要控制好補(bǔ)償容量，不宜過大也不宜過小。針對(duì)農(nóng)網(wǎng)配電線路這一復(fù)雜的特點(diǎn)，需要具體問題具體分析，制定合理的補(bǔ)償方案。
城市居民和農(nóng)網(wǎng)供電系統(tǒng)大都采用三相四線制，且用電戶多為單相負(fù)荷或單相和三相負(fù)荷混用，負(fù)荷大小和用電時(shí)間一般也各不相同。因此，不平衡電流在三相電力系統(tǒng)中客觀存在，這些地方的用電量大小、需求量大小等不平衡量無法預(yù)測(cè)。因此，三相負(fù)載長(zhǎng)期不平衡一般客觀存在。而針對(duì)三相不平衡電流，電力管理部門常見的且有效的做法是合理、及時(shí)分配用電量。
不平衡電流往往會(huì)在一定程度上增加線路和變壓器的銅損。此外，變壓器的鐵損也會(huì)有所增加，進(jìn)而影響變壓器的出力，更為嚴(yán)重情況則是影響變壓器的安全運(yùn)行，導(dǎo)致三相電壓不平衡。調(diào)整不平衡電流無功補(bǔ)償裝置，則能有效解決上述問題，該裝置不但可補(bǔ)償線路無功，還能調(diào)整不平衡有功電流。其理論結(jié)果可使三相功率因數(shù)均補(bǔ)償至1，三相電流調(diào)整至平衡。實(shí)際應(yīng)用表明，可使三相功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?.95以上，使不平衡電流調(diào)整到變壓器額定電流的10%以內(nèi)[4]。
隨機(jī)補(bǔ)償：該種無功補(bǔ)償方式的做法是將電動(dòng)機(jī)與低壓電容器組并接，通過控制、保護(hù)裝置與電動(dòng)機(jī)同時(shí)投切。縣級(jí)配電網(wǎng)中具有較大比例的無功功率消耗在電動(dòng)機(jī)上。因此，搞好電動(dòng)機(jī)的無功補(bǔ)償，使其無功就地平衡，既能減少配電線路的損耗，同時(shí)還可以提高電動(dòng)機(jī)的功率［5］。隨機(jī)補(bǔ)償?shù)闹饕獌?yōu)點(diǎn)是用電設(shè)備運(yùn)行時(shí)，無功補(bǔ)償裝置投入；用電設(shè)備停運(yùn)時(shí)，補(bǔ)償裝置退出。此外，還具有費(fèi)用低、占地面積少、易安裝、靈活配置、維護(hù)簡(jiǎn)單、事故率低等特點(diǎn)。該種補(bǔ)償方法適用于電動(dòng)機(jī)的無功消耗，以補(bǔ)勵(lì)磁無功為主，可較好的限制配電網(wǎng)無功峰荷[6]。年運(yùn)行小時(shí)數(shù)在1000h以上的電動(dòng)機(jī)采用隨機(jī)補(bǔ)償較其他補(bǔ)償方式更經(jīng)濟(jì)。
跟蹤補(bǔ)償：該種補(bǔ)償方式是將無功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，在用戶配電變壓器低壓側(cè)采用低壓電容器組進(jìn)行補(bǔ)償。該法的適用對(duì)象主要是100kVA及以上的專用配電變壓器用戶。跟蹤補(bǔ)償?shù)馁M(fèi)用相比其他方式顯得較高，自動(dòng)投切裝置的控制系統(tǒng)較為復(fù)雜，如控制系統(tǒng)有某一元件出現(xiàn)故障，將直接導(dǎo)致電容器無法投切，但其優(yōu)點(diǎn)也是十分明顯，如可較好地及時(shí)跟蹤無功負(fù)荷的變化情況，且該法的運(yùn)行方式靈活，補(bǔ)償效果好，其主要適于大容量大負(fù)荷的配變[7]。
4 無功補(bǔ)償在變電站中的應(yīng)用
變電站作為一個(gè)包含各種電壓等級(jí)的升降壓變電站，是變換和調(diào)整電壓、接收和分配電能、控制電力流向的電力設(shè)施。變電站的運(yùn)行應(yīng)遵循“全面規(guī)劃、合理布局、分級(jí)補(bǔ)償、就地平衡”等基本原則，確實(shí)保證配電線路和電力用戶之間的無功功率處于一種平衡狀態(tài)[8]。變電站各電力裝置中，以變壓器的無功損耗最為嚴(yán)重。因此，容性無功補(bǔ)償裝置以補(bǔ)償變壓器為重點(diǎn)，同時(shí)兼顧系統(tǒng)負(fù)荷。不同容量的變壓器，所需補(bǔ)償?shù)臒o功功率也各不相同。在確定無功補(bǔ)償容量時(shí)，一般做法是以變壓器額定容量的30%為參照標(biāo)準(zhǔn)。
5 結(jié)束語
總之，無功補(bǔ)償在電力系統(tǒng)中為緩解電力供需矛盾，改善供電質(zhì)量發(fā)揮著重大作用，能為用戶、企業(yè)、電力部門乃至國(guó)家?guī)砭薮蟮慕?jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)效益。
[1]李淼.智能型無功補(bǔ)償控制器的研制[J].安徽電力,2005,22(2):39-45.
[2]王成山,唐曉莉,余貽鑫.城市高中壓電網(wǎng)無功功率優(yōu)化規(guī)劃[J].電網(wǎng)技術(shù),1998,22(8):23-26.
[3]陳健鵬.電力自動(dòng)化中智能無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā),2014,(20):60-65.
[4]魯勁柏,唐培林.無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的具體應(yīng)用[J].無線互聯(lián)科技,2014(06):195.
[5]王凌誼,候世英,呂厚余,等.電力系統(tǒng)無功優(yōu)化與無功補(bǔ)償[J].電氣應(yīng)用,2006(10):45-48.
[6]羅安.電網(wǎng)諧波治理和無功補(bǔ)償技術(shù)及裝備[M].北京:中國(guó)電力出版社,2006.
[7]徐曉靜,孫明燦,陳慶春.同步關(guān)合技術(shù)在無功補(bǔ)償中的應(yīng)用[J].高壓電器,2007,43(5):333-335.
[8]徐先勇,王正風(fēng).電力系統(tǒng)無功功率負(fù)荷的最佳補(bǔ)償容量[J].華東電力,1999,27(6):26-28.
Research on Reactive Power Compensation
XIAO Zhong-bo
（Fujian Electric Power Co.，Ltd. Sanming Electric Power Bureau，Sanming Fujian 365000，China）
Reactive power compensation can improve voltage quality，improve power factor，save energy，reduce operating costs.It is an important energy-saving measures which is used in the power distribution network.The article describes the role of the five kinds of compensation and reactive power compensation in the power distribution network.
Power Systems；eactive Power Compensation；Power Factor
肖中波（1986—），男，福建大田人，碩士，工程師，主要研究方向：電力安全生產(chǎn)、變電運(yùn)維管理等。
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福建省電力有限公司三明電業(yè)局 肖中波
無功補(bǔ)償可以有效改善電壓質(zhì)量，提高功率因數(shù)，節(jié)約電能，減少運(yùn)行費(fèi)用，是電力配電網(wǎng)普遍采用的重要節(jié)能措施。文章主要介紹了無功補(bǔ)償在配電網(wǎng)中的作用及五種補(bǔ)償方式。
電力系統(tǒng)；無功補(bǔ)償；功率因數(shù)
0 引言
在電力系統(tǒng)中，異步電動(dòng)機(jī)和變壓器等設(shè)備需要消耗大量的無功功率，這些無功功率如果不能及時(shí)地得到補(bǔ)償，會(huì)對(duì)電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生不利影響； 同時(shí)，非線性負(fù)載的增加和新能源電源的接入，電能質(zhì)量正朝向逐步劣化的趨勢(shì)發(fā)展，也對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行和用戶用電帶來不利影響。無功補(bǔ)償是提高電能質(zhì)量和降低電能損耗、節(jié)約電力資源、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的有效技術(shù)措施之一[1]。
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1 無功補(bǔ)償?shù)脑?/h2>
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2 無功補(bǔ)償?shù)囊饬x
(1)減少設(shè)備的設(shè)計(jì)容量，減少投資
由公式可以知道，當(dāng)電網(wǎng)輸送的有功功率P為定值時(shí)，如果功率因數(shù)cos增加則可以減少視在功率S，這意味著可以減少設(shè)備的設(shè)計(jì)容量，節(jié)約投入資金。
(2)降低電網(wǎng)的功率損耗
由公式可知，電網(wǎng)負(fù)荷電流I與功率因數(shù)cos成反比關(guān)系。當(dāng)提高cos時(shí)，I下降，線路損耗減少。增加電網(wǎng)中有功功率的輸送比例,以及降低線路損耗都直接決定和影響著供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，所以功率因數(shù)是考核經(jīng)濟(jì)效益的重要指標(biāo),規(guī)劃、實(shí)施無功補(bǔ)償勢(shì)在必行。[2]
(3)降低線路壓降
線路輸送電流減小，系統(tǒng)的線路電壓損失相應(yīng)減小，有利于穩(wěn)定系統(tǒng)電壓。
3 配電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)乃姆N方法
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變電站無功補(bǔ)償：該種補(bǔ)償方式主要采用并聯(lián)電容器、并聯(lián)電抗器以及靜止補(bǔ)償器進(jìn)行無功補(bǔ)償。其工作原理是利用無功電壓補(bǔ)償裝置—并聯(lián)電容器來產(chǎn)生無功，用另一無功電壓補(bǔ)償裝置—并聯(lián)電抗器將系統(tǒng)中的無功功率吸收掉。充分利用無功電壓補(bǔ)償裝置提高負(fù)載和系統(tǒng)的功率因數(shù)，進(jìn)一步降低功率損耗，進(jìn)一步穩(wěn)定電壓，提高供電質(zhì)量[3]。諸如并聯(lián)電抗器、并聯(lián)電容器和靜止補(bǔ)償器等補(bǔ)償裝置一般集中接在變電站10kV母線上，因此具有管理容易、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是這種補(bǔ)償方式對(duì)10kV配電網(wǎng)的降損幾乎不起作用。
配電線路補(bǔ)償：該種補(bǔ)償方法的關(guān)鍵是如何確定電容器補(bǔ)償容量、安裝位置。電容器組大都不布置在干線上，而是在各個(gè)分支線上面。電容器組最理想的位置是安裝在需要補(bǔ)償其變壓器負(fù)荷的中心處。布置配電線路補(bǔ)償時(shí)，補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)量應(yīng)控制好，不宜太多；控制方式力求簡(jiǎn)約。此外，不建議分組投切控制，還需要控制好補(bǔ)償容量，不宜過大也不宜過小。針對(duì)農(nóng)網(wǎng)配電線路這一復(fù)雜的特點(diǎn)，需要具體問題具體分析，制定合理的補(bǔ)償方案。
城市居民和農(nóng)網(wǎng)供電系統(tǒng)大都采用三相四線制，且用電戶多為單相負(fù)荷或單相和三相負(fù)荷混用，負(fù)荷大小和用電時(shí)間一般也各不相同。因此，不平衡電流在三相電力系統(tǒng)中客觀存在，這些地方的用電量大小、需求量大小等不平衡量無法預(yù)測(cè)。因此，三相負(fù)載長(zhǎng)期不平衡一般客觀存在。而針對(duì)三相不平衡電流，電力管理部門常見的且有效的做法是合理、及時(shí)分配用電量。
不平衡電流往往會(huì)在一定程度上增加線路和變壓器的銅損。此外，變壓器的鐵損也會(huì)有所增加，進(jìn)而影響變壓器的出力，更為嚴(yán)重情況則是影響變壓器的安全運(yùn)行，導(dǎo)致三相電壓不平衡。調(diào)整不平衡電流無功補(bǔ)償裝置，則能有效解決上述問題，該裝置不但可補(bǔ)償線路無功，還能調(diào)整不平衡有功電流。其理論結(jié)果可使三相功率因數(shù)均補(bǔ)償至1，三相電流調(diào)整至平衡。實(shí)際應(yīng)用表明，可使三相功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?.95以上，使不平衡電流調(diào)整到變壓器額定電流的10%以內(nèi)[4]。
隨機(jī)補(bǔ)償：該種無功補(bǔ)償方式的做法是將電動(dòng)機(jī)與低壓電容器組并接，通過控制、保護(hù)裝置與電動(dòng)機(jī)同時(shí)投切。縣級(jí)配電網(wǎng)中具有較大比例的無功功率消耗在電動(dòng)機(jī)上。因此，搞好電動(dòng)機(jī)的無功補(bǔ)償，使其無功就地平衡，既能減少配電線路的損耗，同時(shí)還可以提高電動(dòng)機(jī)的功率［5］。隨機(jī)補(bǔ)償?shù)闹饕獌?yōu)點(diǎn)是用電設(shè)備運(yùn)行時(shí)，無功補(bǔ)償裝置投入；用電設(shè)備停運(yùn)時(shí)，補(bǔ)償裝置退出。此外，還具有費(fèi)用低、占地面積少、易安裝、靈活配置、維護(hù)簡(jiǎn)單、事故率低等特點(diǎn)。該種補(bǔ)償方法適用于電動(dòng)機(jī)的無功消耗，以補(bǔ)勵(lì)磁無功為主，可較好的限制配電網(wǎng)無功峰荷[6]。年運(yùn)行小時(shí)數(shù)在1000h以上的電動(dòng)機(jī)采用隨機(jī)補(bǔ)償較其他補(bǔ)償方式更經(jīng)濟(jì)。
跟蹤補(bǔ)償：該種補(bǔ)償方式是將無功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，在用戶配電變壓器低壓側(cè)采用低壓電容器組進(jìn)行補(bǔ)償。該法的適用對(duì)象主要是100kVA及以上的專用配電變壓器用戶。跟蹤補(bǔ)償?shù)馁M(fèi)用相比其他方式顯得較高，自動(dòng)投切裝置的控制系統(tǒng)較為復(fù)雜，如控制系統(tǒng)有某一元件出現(xiàn)故障，將直接導(dǎo)致電容器無法投切，但其優(yōu)點(diǎn)也是十分明顯，如可較好地及時(shí)跟蹤無功負(fù)荷的變化情況，且該法的運(yùn)行方式靈活，補(bǔ)償效果好，其主要適于大容量大負(fù)荷的配變[7]。
4 無功補(bǔ)償在變電站中的應(yīng)用
變電站作為一個(gè)包含各種電壓等級(jí)的升降壓變電站，是變換和調(diào)整電壓、接收和分配電能、控制電力流向的電力設(shè)施。變電站的運(yùn)行應(yīng)遵循“全面規(guī)劃、合理布局、分級(jí)補(bǔ)償、就地平衡”等基本原則，確實(shí)保證配電線路和電力用戶之間的無功功率處于一種平衡狀態(tài)[8]。變電站各電力裝置中，以變壓器的無功損耗最為嚴(yán)重。因此，容性無功補(bǔ)償裝置以補(bǔ)償變壓器為重點(diǎn)，同時(shí)兼顧系統(tǒng)負(fù)荷。不同容量的變壓器，所需補(bǔ)償?shù)臒o功功率也各不相同。在確定無功補(bǔ)償容量時(shí)，一般做法是以變壓器額定容量的30%為參照標(biāo)準(zhǔn)。
5 結(jié)束語
總之，無功補(bǔ)償在電力系統(tǒng)中為緩解電力供需矛盾，改善供電質(zhì)量發(fā)揮著重大作用，能為用戶、企業(yè)、電力部門乃至國(guó)家?guī)砭薮蟮慕?jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)效益。
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Research on Reactive Power Compensation
XIAO Zhong-bo
（Fujian Electric Power Co.，Ltd. Sanming Electric Power Bureau，Sanming Fujian 365000，China）
Reactive power compensation can improve voltage quality，improve power factor，save energy，reduce operating costs.It is an important energy-saving measures which is used in the power distribution network.The article describes the role of the five kinds of compensation and reactive power compensation in the power distribution network.
Power Systems；eactive Power Compensation；Power Factor
肖中波（1986—），男，福建大田人，碩士，工程師，主要研究方向：電力安全生產(chǎn)、變電運(yùn)維管理等。
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