淺談無功功率和電壓控制

1、淺談無功功率和電壓控制隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的蓬勃發(fā)展，社會對電力資源的需求日益增長，用戶對電力系統(tǒng)的要求也越來越高。供電的可靠性和穩(wěn)定性已經(jīng)成為保障經(jīng)濟(jì)增長和滿足用戶需求的重要問題。我國作為裝機(jī)容量和年發(fā)電量均居世界第二位的電力大國，由于國土遼闊、動(dòng)力資源與用電中心相距遙遠(yuǎn)、城鄉(xiāng)家用電器設(shè)備的大量普及，對用戶端電力電壓的穩(wěn)定性提出了更高的要求。保障供電的穩(wěn)定性也是改善內(nèi)外部投資環(huán)境、滿足人民日益增長的生活水平以及提升綜合國力的重要體現(xiàn)。電壓是衡量電能質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。電力系統(tǒng)中各種用電設(shè)備只有在電壓為額定值時(shí)才有最好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。但是在電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行中，用電負(fù)荷和系統(tǒng)運(yùn)行方式是經(jīng)常變化的

2、，由此引起電壓發(fā)生變化，不可避免地出現(xiàn)電壓偏移。而電力系統(tǒng)的運(yùn)行電壓水平取決于無功功率的平衡，系統(tǒng)中各種無功電源的無功功率輸出應(yīng)能滿足系統(tǒng)負(fù)荷和網(wǎng)絡(luò)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?？傮w來說，電力系統(tǒng)有效和可靠的運(yùn)行，電壓和無功功率的控制應(yīng)滿足以下目標(biāo)：系統(tǒng)中有所有裝置的端電壓應(yīng)在可接受的限制內(nèi)。為保證最大限度利用輸電系統(tǒng)，應(yīng)加強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。應(yīng)使無功功率傳輸最小，以使得區(qū)12和XI2損耗減小到最小。當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，輸電系統(tǒng)的無功功率的要求也要變化。由于無功功率不能長距離傳輸，電壓只能通過遍布整個(gè)系統(tǒng)的具體裝置來進(jìn)行有效控制。無功功率的產(chǎn)生和吸收同步發(fā)電機(jī)可以產(chǎn)生或吸收無功功率

3、，這取決于其勵(lì)磁情況。當(dāng)過勵(lì)時(shí)產(chǎn)生無功功率，當(dāng)欠勵(lì)時(shí)吸收無功功率。架空線路產(chǎn)生或吸收無功功率取決于負(fù)荷電流。當(dāng)負(fù)荷低于自然負(fù)荷（波阻抗），線路產(chǎn)生純無功功率；當(dāng)高于自然負(fù)荷時(shí)，線路吸收無功功率。地下電纜，由于它們對地電容較大，因此具有較高的自然負(fù)荷。它們通常工作在低于自然負(fù)荷情形下，因此在所有運(yùn)行條件下總發(fā)生無功功率。變壓器不管其負(fù)載如何，總是吸收無功功率?？蛰d時(shí)，起主要作用的是并聯(lián)激勵(lì)電抗；滿載時(shí)，起主要作用的是串聯(lián)漏抗。電力負(fù)荷通常吸收無功功率。由電力系統(tǒng)的供電的典型負(fù)荷節(jié)點(diǎn)由許多裝置所組成。這種組成隨日期、隨季節(jié)和氣候的變化而不同。通常負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷特性是吸收無功功率的，復(fù)合負(fù)荷的有功功

4、率和無功功率都是電壓幅值的函數(shù)。具有低的滯后功率因數(shù)的負(fù)荷使傳輸網(wǎng)絡(luò)有大的電壓降落，因而供電也不經(jīng)濟(jì)，對于工業(yè)用戶，無功功率通常和有功功率一樣要計(jì)費(fèi)，這就鼓勵(lì)企業(yè)通過使用并聯(lián)電容器來提高負(fù)荷功率因數(shù)。無功功率的補(bǔ)償無功功率不足的危害：交流電力系統(tǒng)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(dòng)機(jī)，變壓器等設(shè)備就不能運(yùn)轉(zhuǎn)。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，

5、無功電源和無功負(fù)荷將處于低電壓的平衡狀態(tài)，將給電力系統(tǒng)帶來諸如出力不足，電力系統(tǒng)損耗增加，設(shè)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(wǎng)大面積停電。無功補(bǔ)償原理：在交流電路中，純電阻元件中負(fù)載電流與電壓同相位，純電感負(fù)載中電流滯后電壓九十度，純電容負(fù)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(dāng)電源向外供電時(shí)，感性負(fù)荷向外釋放的能量由容性負(fù)荷儲存起來；當(dāng)感性負(fù)載需要能量時(shí)，再由容性負(fù)荷向外釋放的能量來提供。能量在兩種負(fù)荷間相互交換，感性負(fù)荷所需要的無功功率就可由容性負(fù)荷輸出的無功功率中得到補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)了無功功率就地解決，達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康?/p>

6、。無功補(bǔ)償?shù)娜N形式：集中補(bǔ)償。集中補(bǔ)償就是把電容器組集中安裝在變電所的二次側(cè)的母線上或配電變壓器低壓母線上，這種補(bǔ)償方式，安裝簡便，運(yùn)行可靠，利用率高，但當(dāng)電氣設(shè)備不連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)或輕負(fù)荷時(shí)，又無自動(dòng)控制裝置時(shí)，會造成過補(bǔ)償，使運(yùn)行電壓升高，電壓質(zhì)量變壞。季節(jié)性用電較強(qiáng)，空載運(yùn)行較長又無人值守的配電變壓器不宜采用。分散補(bǔ)償。分散補(bǔ)償是將電容器組分組安裝在車間配電室或變電所個(gè)分路的出線上，形成低壓電網(wǎng)內(nèi)部的多組分散補(bǔ)償方式，它能隨工廠部分負(fù)荷的變動(dòng)同時(shí)投切，適合負(fù)荷比較分散的補(bǔ)償場合，這種補(bǔ)償方式效果較好，且補(bǔ)償方式靈活，易于控制。個(gè)別補(bǔ)償。個(gè)別補(bǔ)償是對單臺用電設(shè)備所需無功就近補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ央娙萜髦?/p>

7、接接到單臺用電設(shè)備的同一電氣回路，用同一臺開關(guān)控制，同時(shí)投運(yùn)或斷開，俗稱隨機(jī)補(bǔ)償。這種補(bǔ)償方法的效果最好，它能實(shí)現(xiàn)就地平衡無功電流，又能避免無負(fù)荷時(shí)的過補(bǔ)償，是農(nóng)網(wǎng)中對異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)某Ｓ梅椒?。無功補(bǔ)償設(shè)備。根據(jù)補(bǔ)償?shù)男Ч?，電容器可以補(bǔ)償負(fù)荷側(cè)的無功功率，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。電抗器可以吸收電網(wǎng)多余的線路充電功率，改善電網(wǎng)低谷負(fù)荷時(shí)的運(yùn)行電壓，減少發(fā)電機(jī)的進(jìn)相運(yùn)行深度，提高電網(wǎng)運(yùn)行性能。無源補(bǔ)償設(shè)備裝置。并聯(lián)電抗器，并聯(lián)電容器和串聯(lián)電容器。這些裝置可以是固定連接式的或開閉式的，無源補(bǔ)償設(shè)備僅用于特性阻抗補(bǔ)償和線路的阻抗補(bǔ)償，如并聯(lián)電抗器用于輸電線路分布電容的補(bǔ)

8、償以防空載長線路末端電壓升高，并聯(lián)電容器用來產(chǎn)生無功以減小線路無功輸送，減小電壓損失；串聯(lián)電容器可用于長線路補(bǔ)償?shù)取ｋ娏ο到y(tǒng)變電站內(nèi)廣泛安裝了無功補(bǔ)償電容器，用來就地?zé)o功平衡，減少線損，提高電壓水平。有源補(bǔ)償裝置。通常為并聯(lián)連接式的，用于維持末端電壓恒定，能對連接處的微小電壓偏移做出反應(yīng)，準(zhǔn)確地發(fā)出或吸收無功功率的修正量。如用飽和電抗器作為內(nèi)在固有控制，用同步補(bǔ)償器和可控硅控制的補(bǔ)償器作為外部控制的方式。無功補(bǔ)償對提高功率因數(shù)，改善電壓質(zhì)量，降損節(jié)能、提高供電設(shè)備的出力都有很好的作用。只要依靠科技進(jìn)步，加大資金投入，優(yōu)化無功補(bǔ)償配置，實(shí)現(xiàn)無功的動(dòng)態(tài)平衡是完全可能的。無功補(bǔ)償?shù)男б嬖诂F(xiàn)代用電企業(yè)

9、中，在數(shù)量眾多、容量大小不等的感性設(shè)備連接于系統(tǒng)中，以致電網(wǎng)傳輸功率除有功功率外，還需無功功率。如自然平均功率因數(shù)在0.700.85之間。企業(yè)消耗電網(wǎng)的無功功率約占消耗有功功率的6090%，如果把功率因數(shù)提高到0.95左右，則無功消耗只占有功消耗的30%左右。減少了電網(wǎng)無功功率的輸入，會給用電企業(yè)帶來效益。節(jié)省企業(yè)電費(fèi)開支。提高功率因數(shù)對企業(yè)的直接效益是明顯的，因?yàn)閲译妰r(jià)制度中，從合理利用有限電能出發(fā)，對不同企業(yè)的功率因數(shù)規(guī)定了要求達(dá)到的不同數(shù)值，低于規(guī)定的數(shù)值，需要多收電費(fèi)，高于規(guī)定數(shù)值，可相應(yīng)地減少電費(fèi)。使用無功補(bǔ)償不但減少初次費(fèi)用，而且減少了運(yùn)行后的基本電費(fèi)。降低系統(tǒng)的能耗。補(bǔ)償前后線

10、路傳送的有功功率不變，P=IUCOSq，由于COSq提高，補(bǔ)償后的電壓U2稍大于補(bǔ)償前電壓U1,為分析問題方便，可認(rèn)為U2U1從而導(dǎo)出IICOSq1=I2COS2。即II/I2=COSq2/COSq1,這樣線損P減少的百分?jǐn)?shù)為：AP%=(1-I2/11)X100%=(1-COS1/COSq2)X100%當(dāng)功率因數(shù)從0.700.85提高到0.95時(shí)，由上式可求得有功損耗將降低2045%。改善電壓質(zhì)量。以線路末端只有一個(gè)集中負(fù)荷為例，假設(shè)線路電阻和電抗為R、X,有功和無功為P、Q,則電壓損失4U為：4U=(PR+QX)/UeX10-3(KV)兩部分損失：PR/Uef輸送有功負(fù)荷P產(chǎn)生的；QX/Uef輸送無功負(fù)荷Q產(chǎn)生的。配電線路：X=(24)R,4U大部分為輸送無功負(fù)荷Q產(chǎn)生的。變壓器：X=(510)RQX/Ue=(5-l0)PR/Ue變壓器AU幾乎全為輸送無功負(fù)荷Q產(chǎn)生的?？梢钥闯?，若減少無功功率、，則有利于線路末端電壓的穩(wěn)定，有利于大電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。三相異步電動(dòng)機(jī)通過就地補(bǔ)償后，由于電流的下降，功率因數(shù)的提高，從而增加了變壓器的容量，計(jì)算公式如下：S=P/COSylX(COSy2/COSyl)l如一臺額定功率為l55KW水泵的電機(jī)，補(bǔ)前功率因數(shù)為0.85