對電力系統電壓與無功補償問題探討

為了確保電網的電壓質量，降低網損，保持電壓穩定，這就需要控制其管轄范圍內的各級變電站，使電網的電壓合格，并實現無功就地平衡。

　　電壓是衡量電能質量的一個重要指標。電力系統中各種用電設備只有在電壓為額定值時才有最好的技術和經濟指標。但是在電力系統的正常運行中，用電負荷和系統運行方式是經常變化的，由此引起電壓發生變化，不可避免地出現電壓偏移。而電力系統的運行電壓水平取決于無功功率的平衡，系統中各種無功電源的無功功率輸出應能滿足系統負荷和網絡損耗在額定電壓下對無功功率的需求，否則就會偏離額定值。

　　電力系統中無功補償對電力系統的重要性越來越受到重視，合理地投停使用無功補償設備，對調整電網電壓、提高供電質量、抑制諧波干擾、保證電網安全運行都有著十分重要的作用。如果系統無功電源不足，則會使電網處于低電壓水平上的無功功率平衡，即靠電壓降低、負荷吸收無功功率的減少來彌補無功電源的不足。因此，要維持整個系統的電壓水平，就必須有足夠的無功電源來滿足系統負荷對無功功率的需求和補償線路和變壓器中的無功功率損耗。

　　一、無功功率就地補償的概念

　　（1）無功補償裝置的分布，首先要考慮調壓的要求，滿足電網電壓質量指標。同時，也要避免無功功率在電網內的長距離傳輸，減少電網的電壓損耗和功率損耗。無功功率補償的原則是做到無功功率分層分區平衡，就是要做到哪里有無功負荷就在那里安裝無功補償裝置。

　　（2）無功功率不足的危害：交流電力系統需要電源供給兩部分能量：一部分將用于做功而被消耗掉，這部分稱為“有功功率”；另一部分能量是用來建立磁場，用于交換能量使用的，對于外部電路它并沒有做功，稱為“無功功率”，無功是相對于有功而言，不能說無功是無用之功，沒有這部分功率，就不能建立磁場，電動機，變壓器等設備就不能運轉。其物理意義是：電路中電感元件與電容元件正常工作所需要的功率交換。無功功率不足，無功電源和無功負荷將處于低電壓的平衡狀態，將給電力系統帶來諸如出力不足，電力系統損耗增加，設備損壞等一系列的損害，甚至可能引起電壓崩潰事故，造成電網大面積停電。

　　（3）無功補償原理：在交流電路中，純電阻元件中負載電流與電壓同相位，純電感負載中電流之后電壓九十度，純電容負載中電流超前電壓九十度，也就是說純電容中電流和純電感中的電流相位差為180度，可以互相抵消，即當電源向外供電時，感性負荷向外釋放的能量由榮幸負荷儲存起來；當感性負載需要能量時，再由榮幸負荷向外釋放的能量來提供。能量在兩種負荷間相互交換，感性負荷所需要的無功功率就可由容性負荷輸出的無功功率中得到補償，實現了無功功率就地解決，達到補償的目的。

　　二．無功功率的補償的方式

　　（1）集中補償

　　集中補償就是把電容器組集中安裝在變電所的二次側的母線上或配電變壓器低壓母線上，這種補償方式，安裝簡便，運行可靠，利用率高，但當電氣設備不連續運轉或輕負荷時，又無自動控制裝置時，會造成過補償，使運行電壓升高，電壓質量變壞。季節性用電較強，空載運行較長又無人值守的配電變壓器不宜采用。

　　（2）分散補償

　　分散補償是將電容器組分組安裝在車間配電室或變電所個分路的出線上，形成抵押電網內部的多組分散補償方式，它能與工廠部分負荷的變動同時投切，適合負荷比較分散的補償場合，這種補償方式效果較好，且補償方式靈活，易于控制。

　　（3）個別補償

　　個別補償是對單臺用電設備所需無功就近補償的方法，把電容器直接接到單臺用電設備的同一電氣回路，用同一臺開關控制，同時投運或斷開，俗稱隨機補償。這種補償方法的效果最好，它能實現就地平衡無功電流，又能避免無負荷時的過補償，是農網中對異步電動機進行補償的常用方法。

無功補償設備的不同

　　（1）同步調相機

　　同步調相機實質上是一種不帶機械負載的同步電動機，它是最早采用的一種無功補償設備，在并聯電容器得到大量采用后，它退居次要地位。其主要缺點是投資大，運行維護復雜。因此，許多國家不再新增同步調相機作為無功補償設備。

　　調相機可以安裝強行勵磁裝置，當電網發生故障時，電壓劇烈降低，調相機可以強行勵磁，保持電網電壓穩定，因而提高了系統運行的穩定性。電容器輸出無功功率與運行電壓的平方成正比，電壓降低，輸出的無功將急劇下降，比如，當電壓下降10％，變為0.9Ue時，電容器輸出的無功功率變為0.81Q，即其輸出的無功功率將下降19％，所以，電容器此時不能起到穩定系統電壓的作用。

　　（2）并聯電容器

　　作為無功補償設備，電容器有以下顯著優點：電容器的損耗低，效率高。現代電容器的損耗只有本身容量的0.02％左右。調相機除了本身的損耗外，其附屬設備還需用一定的所用電，損耗2％～30％，大大高于電容器；電容器是靜止設備，運行維護簡單，沒有噪音。調相機為旋轉電機，運行維護很復雜；并聯電容器是電網中用得最多的一種無功功率補償設備，目前國內外電力系統中90％的無功補償設備是并聯電容器。

　　(3)并聯電抗器

　　并聯電抗器是一種感性無功補償設備，它可以吸收系統中過剩的無功功率，避免電網運行電壓過高。為了防止超高壓線路空載或輕負荷運行時，線路的充電功率造成線路電壓升高，一般裝設并聯電抗器吸收線路的充電功率，同時，并聯電抗器也用來限制由于突然甩負荷或接地故障引起的過電壓從而危及系統的絕緣。

　　在無功電源充裕的系統中，應該大力推廣有載調壓變壓器，這是在各種運行方式下保證電網電壓質量的關鍵手段之一。隨著我國經濟的發展和人民生活水平的提高，電網負荷的峰谷差也越來越大，線路、變壓器上高峰負荷與低谷負荷產生的電壓損耗的差別，已經大到無法僅僅用發電機調壓或無功補償的方法來滿足兩種運行方式下用戶電壓的要求了，其結果不是高峰負荷時用戶電壓太低，就是低谷負荷時電壓太高。在這種情況下，輸電系統中的一級變壓器或多級變壓器，采用有載調壓是保證用戶電壓質量最有效的辦法。

　　總之，無功補償對提高功率因數，改善電壓質量，降損節能、提高供電設備的出力都有很好的作用。只要依靠科技進步，加大資金投入，優化無功補償配置，實現無功的動態平衡是完全可能的。