低壓無功補償?shù)囊恍┱f明

在電力系統(tǒng)中，由于電感、電容這些無功元件的存在，不僅系統(tǒng)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(tǒng)產(chǎn)生以下一系列的負面影響。

(1)電網(wǎng)總電流增加，從而會使電力系統(tǒng)中的元件，如變壓器、電器設(shè)備、導(dǎo)線等容量增大，使用戶內(nèi)部的啟動控制設(shè)備、量測儀表等規(guī)格、尺寸增大，使設(shè)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(wǎng)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(chǎn)用電;反之，無功容量過剩，會造成電網(wǎng)的運行電壓過高，電動波動率大。

(3)電網(wǎng)的功率因數(shù)低會造成大量電能損耗，當(dāng)功率因數(shù)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(tǒng)的發(fā)電設(shè)備來說，無功電流的增大，對發(fā)電機轉(zhuǎn)子的去磁效應(yīng)增加，電壓降低，如過度增加勵磁電流，則使轉(zhuǎn)子繞組超過允許溫升。為了保證轉(zhuǎn)子繞組正常工作，發(fā)電機就不允許達到預(yù)定的出力。此外，原動機的效率是按照有功功率衡量的，當(dāng)發(fā)電機發(fā)出的視在功率一定時，無功功率增加，會導(dǎo)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(shù)，降低能量損耗;改善用戶電壓質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。

電網(wǎng)中的大部分電器設(shè)備，比如電動機、變壓器和照明設(shè)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(shù)。

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(lián)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(lián)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(tài)無功補償支撐日益不足;②原有的調(diào)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(diào)等設(shè)備突增負荷所占比例越來越大，常規(guī)電容補償裝置不能適應(yīng)負荷突增的需要;④系統(tǒng)一旦受到干擾很容易出現(xiàn)動態(tài)無功不足，從而引發(fā)電壓穩(wěn)定問題。

另外，我國電網(wǎng)要得到發(fā)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(wǎng)的輸電能力(例如采取并補或串補技術(shù)、增加輸電走廊);②增強電網(wǎng)的安全可靠性，提高電能質(zhì)量;③降低網(wǎng)損，提高經(jīng)濟性。

我國電網(wǎng)的建設(shè)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(diào)節(jié)的無功容量不足，快速影響的無功調(diào)節(jié)設(shè)備更少。近年來，隨著大功率非線性負荷的不斷增加，電網(wǎng)的無功沖擊和諧波被污染呈不斷上升趨勢，無功調(diào)節(jié)手段的缺乏使得母線電壓隨運行方式的變化很大，導(dǎo)致電網(wǎng)(特別是配電網(wǎng)系統(tǒng))的線損增加、電壓合格率降低。此外，隨著電網(wǎng)的發(fā)展，系統(tǒng)穩(wěn)定性的問題也愈加重要。電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性與無功功率調(diào)節(jié)器的性能有關(guān)。無功補償技術(shù)是一種提高電壓穩(wěn)定性的經(jīng)濟、有效的措施，是促進電網(wǎng)安全穩(wěn)定和戰(zhàn)略防御的客觀要求;利用它可以提高受端系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性;為樞紐變電站提供動態(tài)無功支撐，從而提高電壓穩(wěn)定性;提高配電網(wǎng)電能質(zhì)量的綜合指標，改善系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)品質(zhì)。

隨著我國各種產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，現(xiàn)代電力系統(tǒng)規(guī)模日益擴大，對電網(wǎng)運行的可靠性要求越來越高。因此，改善電網(wǎng)運行質(zhì)量，提高電網(wǎng)功率因素、減少網(wǎng)絡(luò)損耗是一件十分重要的工作。在電力負荷中，有相當(dāng)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(jù)有關(guān)資料分析，電力系統(tǒng)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(fā)電廠來提供，就會使用戶功率因素降低，其結(jié)果造成線路有功損失加大，用戶電壓降低，電力設(shè)備得下到充分應(yīng)用。當(dāng)整個系統(tǒng)無功嚴重缺乏時，還會使整個電力系統(tǒng)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(tǒng)的電流增加，這將對系統(tǒng)產(chǎn)生如下影響：

(1)會使電力系統(tǒng)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(shè)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(tǒng)的發(fā)電設(shè)備來說，無功電流的增大，對發(fā)電機轉(zhuǎn)子的去磁效應(yīng)增加，電壓降低，如過度增加勵磁電流，則使轉(zhuǎn)子繞組超過允許溫升。

此外，無功功率的增加，會導(dǎo)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(fā)電機提供并經(jīng)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(yīng)是在需要消耗無功功率的地方安裝無功補償設(shè)備。

電力系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)中，每一電源點的電壓和頻率都應(yīng)該是恒量、無諧波且功率k數(shù)為1。特別是這些參數(shù)應(yīng)與用戶的負荷大小和特性無關(guān)。在一個理想系統(tǒng)中，每一負荷取用的電流會發(fā)生變化，但不同的負荷之間不應(yīng)有任何干擾。

負荷補償就是對無功功率進行調(diào)度以改善交流電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量。負荷補償這一術(shù)語使用在那些為某一負荷或某組負荷而實行無功功率調(diào)度的場合，在這種場合，補償設(shè)備往往安裝在靠近負荷的用戶建筑物中，所使用的技術(shù)乃至于補償?shù)娜舾赡康呐c大電力系統(tǒng)的補償(輸電補償)是有差別的。

負荷補償?shù)哪康挠幸韵氯齻€：

(1)功率因數(shù)校正;

(2)改善電壓調(diào)節(jié);

(3)負荷平衡。

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

所謂功率因數(shù)校正，通常是指應(yīng)盡可能在靠近需要無功功率的負荷處產(chǎn)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(zhuǎn)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(wǎng)損和線損負責(zé)。

對于電力部門同樣不希望從發(fā)電機向負荷輸送無功功率。因為一方面使得發(fā)電機和配電網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)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(diào)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(diào)整)。而補償設(shè)備對于電源電壓維持在預(yù)先規(guī)定的限度之內(nèi)起著非常重要的作用。

大多數(shù)交流電力系統(tǒng)是三相的，并且是設(shè)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(fā)電機中的附加損耗，在交流電機中產(chǎn)生振動力矩，增加整流器中的紋波，使變壓器飽和，產(chǎn)生過大的中線電流及若干設(shè)備的不正常工作。