為什么要進(jìn)行無功補(bǔ)償,？無功補(bǔ)償?shù)脑怼⑿问绞鞘裁矗?/h1>

時間：2022/6/17閱讀：910

分享：

安科瑞 鮑靜君

提及“無功補(bǔ)償",，首先我們要了解無功功率的概念,，什么是無功功率？

人們對有功功率相對容易理解,，因為它能做功,、產(chǎn)生熱量、帶動電機(jī)旋轉(zhuǎn)等,。例如,，當(dāng)交流電通過純電阻時,，電流能使電阻發(fā)熱,，是實實在在能感受得到的功率,。但“無功功率"一般則難于理解，它僅存在于交流電中,，直流電不存在無功功率的問題,。例如，當(dāng)交流電流通過純電容或純電感負(fù)載時并不做功,，也就是說純電容或者純電感負(fù)載不消耗有功功率,，但在它們中流過的電流以及對應(yīng)電壓就形成了交流功率，這種交流功率即稱為無功功率,。理論上講,，無功功率是不做工的，當(dāng)然它不應(yīng)該產(chǎn)生光和熱,，更不能帶動電機(jī)的旋轉(zhuǎn),。

往往我們遇到的負(fù)載很少有純感性或純?nèi)菪缘?，一般都是混合性?fù)載，這樣電流在通過它們的時候,，有部分功率能做功,，有部分功率不能做功，不能做功的功率就是無功功率,，為了直觀的體現(xiàn)無功功率和有功功率的關(guān)系,，人們采用功率因數(shù)的概念來表述電能的利用率。功率因數(shù)越接近1,，說明有功功率的占比高,，電能的利用率高；反之,，功率因數(shù)越接近0,，說明有功功率的占比低，電能的利用率則低,。為了提高電能的利用率,，就提出了“無功補(bǔ)償"的概念。

 

了解了無功功率,、有功功率,、功率因數(shù)的概念,，也知道了無功補(bǔ)償?shù)母灸康木褪翘岣唠娔芾寐?。接下來我們具體分析下：為什么要進(jìn)行無功補(bǔ)償、無功補(bǔ)償?shù)脑硎鞘裁?、補(bǔ)償形式有哪些以及補(bǔ)償經(jīng)濟(jì)性的分析等,。

一、為什么要進(jìn)行無功補(bǔ)償

無功功率不是無用功率,，在交流供電系統(tǒng)中,，電感和電容都是的負(fù)載，如電動機(jī),、變壓器等鐵磁性負(fù)載,，如果沒有感性無功的勵磁，設(shè)備無法正常工作,，比如定距離送電的線路本身,，就是容性負(fù)載，只要是送電當(dāng)中就會相當(dāng)于電容器在工作,。那么也就是說在交流供電系統(tǒng)中,，無功的存在對功率的傳輸和交換有著巨大意義，*,，或者說離開無功功率的交換系統(tǒng)就不能正常工作,。

那么,，大量的無功由哪里來？系統(tǒng)中眾多的無功負(fù)載,，尤其是感性無功負(fù)載,，正常來講，這些負(fù)載所吸收的無功功率是由發(fā)電廠提供的,，也就是說發(fā)電機(jī)在工作時就會向系統(tǒng)釋放有功電能,，同時對感性負(fù)載提供相應(yīng)的無功電能。發(fā)電機(jī)運(yùn)行時需要要保持適當(dāng)?shù)臒o功輸出,，如果沒有無功輸出就會對發(fā)電系統(tǒng)造成破壞性的影響,也就是說保護(hù)系統(tǒng)的無功平衡至關(guān)重要,。

當(dāng)系統(tǒng)中無功功率需求增加時，如果不在系統(tǒng)人為地安裝無功補(bǔ)償裝置,，發(fā)電廠要通過調(diào)相的方式來加大無功功率輸出,，由于發(fā)電機(jī)的容量是有限的，那么就勢必要減少有功功率的輸出量,，也就是降低發(fā)電機(jī)的輸出能力,，為滿足用電的要求，發(fā)電機(jī),、供電線路和變壓器的容量需增加,，這樣不僅增加供電投資、降低設(shè)備利用率,，也將增加線路損耗,。

 

為了降低發(fā)電廠的無功供給壓力，我們在供電系統(tǒng)中感性負(fù)載消耗較大的點投入相應(yīng)的電容器來為感性負(fù)載提供無功功率,，這樣就減輕了發(fā)電廠的無功供給壓力,。用戶應(yīng)在提高用電自然功率因數(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計和裝設(shè)無功補(bǔ)償裝置,，并做到隨其負(fù)荷和電壓變動及時投入或切除,，防止無功倒送。同時將用戶的功率因數(shù)達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn),，以避免供電部門加收力率電費(fèi),。因此，無論對供電部門還是用電部門,，對無功功率進(jìn)行自動補(bǔ)償以提高功率因數(shù),，防止無功倒送，對節(jié)約電能,、提高運(yùn)行質(zhì)量都具有非常重要的意義,。

二、無功補(bǔ)償?shù)脑硎鞘裁?/strong>

1、從吸收功率和釋放功率角度分析

一般在系統(tǒng)中所說的無功負(fù)載大部分是感性無功負(fù)載,，把具有容性功率負(fù)荷的裝置與感性功率負(fù)荷并聯(lián)接在同一電路,，當(dāng)感性無功負(fù)載吸收功率時，容性負(fù)載釋放功率,，而感性負(fù)載釋放功率時,，容性負(fù)荷卻在吸收功率，功率在容性負(fù)載和感性負(fù)載之間交換,，這樣容性負(fù)載所吸收的無功功率可以從感性負(fù)荷裝置輸出的無功功率中得到補(bǔ)償,，無功功率就地平衡掉，以降低線路損失,，提高帶載能力,，降低電壓損失及緩和發(fā)電廠的供電壓力，這就是無功補(bǔ)償?shù)幕驹怼?/span>

 

2,、從相位（感性/容性）角度分析

純電感負(fù)載中電流IL滯后電壓90°,，其功率稱為感性無功功率；而純電容負(fù)載中電流Ic則超前電壓90°,，其功率稱為容性無功功率,。

電容中的電流與電感中的電流相位相差180°,可以相互抵消。電力系統(tǒng)中的負(fù)載大部分是感性負(fù)載,，因此總電流I將滯后電壓一個角度Φ1,如果將并聯(lián)電容器與負(fù)載并聯(lián),，這時I′＝I+IC,電容器的電流將抵消一部分電感電流，從而使總電流從I降低到I′,，相位角由Φ1減少為Φ2,可以提高功率因數(shù),，無功就地得到治理。

 

三,、無功補(bǔ)償?shù)男问接心男?/strong>

廣義上講,，無功補(bǔ)償?shù)男问椒N類較多，比如：

按照補(bǔ)償并網(wǎng)點PCC點電壓等級不同,，可分為高壓補(bǔ)償、中壓補(bǔ)償,、低壓補(bǔ)償,；

按照補(bǔ)償點在輸配電系統(tǒng)中的位置不同，可分為設(shè)備側(cè)就地補(bǔ)償,、區(qū)域局部補(bǔ)償,、變電所集中補(bǔ)償；

按照補(bǔ)償設(shè)備類型,，可分為投切電容器補(bǔ)償（FC補(bǔ)償）,、機(jī)械旋轉(zhuǎn)類補(bǔ)償（如：同步調(diào)相機(jī)、同步發(fā)電機(jī),、同步電動機(jī)）,、靜止類無功補(bǔ)償（靜止無功補(bǔ)償器：晶閘管投切電容TSC,、晶閘管控制電抗器TCR、磁控電抗器MCR,；靜止同步補(bǔ)償器STATCOM,；靜止無功發(fā)生器SVG）、復(fù)合類無功補(bǔ)償（FC+TCR,、FC+MCR,、FC+STATCOM）等。

3.1 按照補(bǔ)償位置區(qū)分的補(bǔ)償形式

接下來主要針對低壓0.4KV系統(tǒng)補(bǔ)償點位置不同,，無功補(bǔ)償?shù)男问阶鰝€簡單介紹,。

1、設(shè)備側(cè)就地補(bǔ)償

設(shè)備側(cè)就地補(bǔ)償就是對單臺用電設(shè)備所需的無功就近補(bǔ)償?shù)霓k法,，把電容器直接接到單臺用電設(shè)備的同一個電氣回路,，用同一臺開關(guān)控制，同時投運(yùn)或斷開,。這種補(bǔ)償方法的效果較好,，電容器靠近用電設(shè)備，就地平衡無功電流,，可避免無負(fù)荷時的過補(bǔ)償,，使供電質(zhì)量得到保證。這種補(bǔ)償方式常用于高低壓電動機(jī)等用電設(shè)備,。但這種補(bǔ)償方式在用戶設(shè)備非連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時,，電容器利用率低，不能充分發(fā)揮其補(bǔ)償效益,。

2,、區(qū)域局部補(bǔ)償

區(qū)域局部補(bǔ)償是將電容器分組安裝在車間配電室或變電所各分路的出線上，它可以根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷的變化投入或切除電容器組,，補(bǔ)償效果也比較好,，但造價相對較高。

3,、變電所集中補(bǔ)償

變電所集中補(bǔ)償是所有電容器組集中安裝在變電所的一次或二次側(cè)的母線上,。這種補(bǔ)償方式安裝簡單，運(yùn)行可靠,，可以集中補(bǔ)償?shù)蛪?.4KV系統(tǒng)的無功功率,，對于變壓器原邊（一般是10KV計量點）功率因數(shù)的提升有比較直接的效果，這類補(bǔ)償方式是當(dāng)前采用廣泛,，性價比相對比較高的方案,。

 

3.2 按照補(bǔ)償設(shè)備類型區(qū)分的補(bǔ)償形式

按照補(bǔ)償設(shè)備類型細(xì)分的設(shè)備就非常多了，一般都是按照現(xiàn)場實際運(yùn)行設(shè)備類型，各個補(bǔ)償設(shè)備運(yùn)行都各有利弊,，在本文中我們主要針對市場上0.4KV配電系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛的兩類產(chǎn)品——投切電容器補(bǔ)償（FC補(bǔ)償）和靜止無功發(fā)生器（SVG補(bǔ)償）,，在此給大家做個簡單的介紹。

1,、投切電容器補(bǔ)償（FC補(bǔ)償）

投切電容器補(bǔ)償也就是傳統(tǒng)的并聯(lián)電容器補(bǔ)償方式,，他的原理是通過增加容性無功補(bǔ)償負(fù)載的感性無功需求，提升負(fù)載電壓的穩(wěn)定性,，提高功率因數(shù),。

 

由于早期并聯(lián)電容器的投切是通過接觸器來實現(xiàn)，接觸器動作時間都是秒級,，所以它的致命缺點是：合閘涌流大,，嚴(yán)重的情況下可以達(dá)到補(bǔ)償電容器額定電流的50-100倍，會產(chǎn)生較大的弧光,，造成電容器和接觸器的損壞,。根據(jù)現(xiàn)場負(fù)載實際運(yùn)行情況，市場上逐漸出現(xiàn)同步開關(guān),、復(fù)合開關(guān),、晶閘管開關(guān)等替代接觸器的方案，在電壓過零點合閘,、電流過零點切斷方面有了很大的提升,，大大降低了投切涌流導(dǎo)致的設(shè)備損壞。

 

為了投切控制智能化,、采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)多元化,、保護(hù)功能多樣化、安裝維護(hù)簡單化,，近些年又衍生出了另一類投切電容器補(bǔ)償——智能電容,，相比于傳統(tǒng)的電容補(bǔ)償，它具有多項技術(shù)功能是傳統(tǒng)電容器無法實現(xiàn)的,。另外,，隨著負(fù)載設(shè)備電力電子化，配電系統(tǒng)諧波影響不容忽視,，尤其對電容的影響,，所以針對諧波的影響，F(xiàn)C補(bǔ)償也做了很多相關(guān)改進(jìn),，比如提出串抗率的概念，什么情況下用6%,、7%的串抗率,？什么情況下用13%、14%的串抗率？這部分內(nèi)容后期做專題進(jìn)一步講解,。

 

2,、靜止無功發(fā)生器（SVG補(bǔ)償）

靜止無功發(fā)生器是一種用于補(bǔ)償無功的新型電力電子裝置，它能對大小變化的無功以及負(fù)序進(jìn)行快速和連續(xù)的補(bǔ)償,，其應(yīng)用可克服FC補(bǔ)償器等傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償器響應(yīng)速度慢,、補(bǔ)償效果不能合理控制、容易與電網(wǎng)發(fā)生并聯(lián)諧振和投切震蕩等缺點,。

相比于FC補(bǔ)償大的三點優(yōu)勢在于：

①線性補(bǔ)償無功功率,，補(bǔ)償階梯小于1KVar；

②無木及性補(bǔ)償,，既可以輸出容性無功,，也可以輸出感性無功；

③響應(yīng)時間快,，全響應(yīng)時間小于5ms,。

 

四、無功補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)效益

1,、補(bǔ)償無功功率,，提高功率因數(shù)

 

根據(jù)《功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)辦法》的通知內(nèi)容，不難發(fā)現(xiàn),，功率因數(shù)以0.9為標(biāo)準(zhǔn)值的力率調(diào)整規(guī)定,，提高功率因數(shù)可以減少總電費(fèi)的繳納，甚至功率因數(shù)高于0.9的配電用戶,，還能獲得電力公司力率調(diào)整的獎勵費(fèi)用,。

通過合理的補(bǔ)償，使計量點的功率因數(shù)達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)的要求,，可以去除力率電費(fèi),，從而使電力用戶電費(fèi)支出大幅度降低。

 

動態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置的有功節(jié)能只是降低了補(bǔ)償點至發(fā)電機(jī)之間的供配電的損耗,。所以高壓網(wǎng)側(cè)的無功補(bǔ)償不能減少低壓閥側(cè)的損耗,，亦不能使低壓供電變壓器的利用率提高，根據(jù)合適的補(bǔ)償理論,，就地動態(tài)無功功率補(bǔ)償節(jié)能,。

另外，市場上很多補(bǔ)償設(shè)備宣傳“節(jié)能"“省電"等等概念,，也基本上都是從無功補(bǔ)償入手,，提高功率因數(shù)，減少力率罰款,，或者由力率罰款轉(zhuǎn)化為力率獎勵的方式,，實現(xiàn)為配電用戶省錢的目的,。所以關(guān)于無功補(bǔ)償，在自然界功率傳遞的角度認(rèn)識的話,，嚴(yán)格講并不屬于“節(jié)能"“省電"范疇,，但是實實在在可以給配電用戶省錢。

2,、降低輸電線路及變壓器的損耗

合理的補(bǔ)償可以合理的降低系統(tǒng)電流,，以系統(tǒng)自然功率0.7為例，如通過補(bǔ)償裝置將系統(tǒng)功率因數(shù)提高到接近1的水平,，系統(tǒng)電流將下降30%左右,，即線路和變壓器的損耗可降為P=I2R＝(1-30%)2R=0.49R，即線路和變壓器損耗可降低51%,。用電企業(yè)的自然功率因數(shù)一般在0.7左右,，功率因數(shù)從0.7提高到0.95以上線損降低率和變壓器的銅損降低率如下表：

降低線路及變壓器損耗，節(jié)約有功電度,，是重要的節(jié)能措施,。如在石油行業(yè)中，線路比較長,，而且比較復(fù)雜,，那么可以通過增加無功補(bǔ)償設(shè)備來降低運(yùn)行電流，從而降低線路損耗,，節(jié)約有功電度,，節(jié)能效果明顯。

3,、增加電網(wǎng)的傳輸能力,，提高設(shè)備利用率

由于補(bǔ)償裝置可以合理的降低系統(tǒng)電流和視在功率，故可以合理的降低電網(wǎng)建設(shè)中所有相關(guān)設(shè)備的容量,，從而降低電網(wǎng)建設(shè)中的投資,。功率因數(shù)在0.7左右的系統(tǒng)，由于合理的補(bǔ)償可使系統(tǒng)電流下降30%,，即提高發(fā)電廠,、變配電設(shè)施30%的帶載能力。

如果變壓器及線路小容量不足時,，可以通過安裝無功補(bǔ)償裝置的方法解決,。安裝無功補(bǔ)償裝置可以使無功功率就地平衡，從而減小流過線路及變壓器的電流,，減緩導(dǎo)線及變壓器的絕緣老化速度,，延長使用壽命。同時可以釋放變壓器及線路的容量,，增加變壓器及線路帶負(fù)荷能力,。如,，有一臺100KVA變壓器,，目前負(fù)載率為85%,，COSΦ=0.7。如果加裝無功補(bǔ)償設(shè)備,，可使變壓器釋放30%的帶載量,，用戶可在變壓器不增容的情況下，增加負(fù)載,，進(jìn)行擴(kuò)大生產(chǎn),。

4、改良電壓質(zhì)量

由于系統(tǒng)存在的大量感性負(fù)載將造成供電線路壓降,，尤其在供電線路末端更為嚴(yán)重,，通過合理的補(bǔ)償可以合理的緩和線路壓降，改良電能質(zhì)量,。

線路中的電壓損失的計算公式如下：

 

式中：

P —— 有功功率,，kW

U —— 額定電壓，kV

R —— 線路總電阻,，Ω

Q —— 無功功率,，kVar

Xl—— 線路感抗，Ω

由于系統(tǒng)的感抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于阻抗,，從上式中可以看到,無功的變化會引起電壓產(chǎn)生很大的變化,。當(dāng)線路中，無功功率Q減小以后,，電壓損失也就減少了,。

對于供電線路末端電壓一般較低，可通過增加無功補(bǔ)償裝置來提升線路末端電壓,，使用記設(shè)備安全可靠運(yùn)行,。

另一方面，隨著工業(yè)的發(fā)展,，大量的自控設(shè)備及非線性負(fù)載的使用,，使大量諧波在供配電網(wǎng)絡(luò)中的流動，污染電網(wǎng),。通過合理的配置補(bǔ)償濾波設(shè)備,，治理或大幅度降低諧波對供電系統(tǒng)和用電設(shè)備的影響是改良電能質(zhì)量的主要手段之一。

電能質(zhì)量問題隨著新型電力系統(tǒng)的興起,，必然要面臨很多電能質(zhì)量相關(guān)問題,，以下幾類問題值得進(jìn)一步了解、熟悉,、探索： 

① 諧振問題分析,，什么是諧振,？

② 什么現(xiàn)場經(jīng)常會出現(xiàn)濾波器損壞現(xiàn)象？

③ 濾波器就地補(bǔ)償和集中補(bǔ)償?shù)膮^(qū)別,？

④ 要求諧波治理到5%,，如何去理解？

⑤ 加裝濾波器到底能不能起到“節(jié)能"的作用,？

⑥ 儲能,、光伏、風(fēng)電等電力電子器件的并網(wǎng),，對電能質(zhì)量的影響如何,？

⑦ 微電網(wǎng)系統(tǒng)對電能質(zhì)量的需求是否重要？

⑧ ,。,。。

 

 

上一篇： “能耗雙控”,，汽車行業(yè)如何應(yīng)對

下一篇： 整流設(shè)備諧波產(chǎn)生原因和治理