配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償方式及效益分析

1、編號(hào) 1251401127 課程設(shè)計(jì)（ 2012級(jí)本科）題 目：配 電 網(wǎng) 無(wú) 功 補(bǔ) 償 方 式 及 效 益 分析 學(xué) 院： 物理與機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 作者姓名： 馬 亮 指導(dǎo)教師： 劉永科 職稱： 副教授 完成日期： 2015 年 6 月 25 日 二零一五年六月二十五日河西學(xué)院本科生課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)設(shè) 計(jì) 題 目配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償方式及效益分析作 者 姓 名馬亮學(xué)院、專業(yè)、年級(jí)物電學(xué)院電氣工程專業(yè)12級(jí)指導(dǎo)教師姓名、職稱劉永科 副教授任務(wù)下達(dá)日期2015年5月20日一、設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容無(wú)功補(bǔ)償意義；無(wú)功補(bǔ)償方式；無(wú)功補(bǔ)償效益分析等。二、設(shè)計(jì)依據(jù)國(guó)內(nèi)配電網(wǎng)三、論文的基本要求

2、1.論文要求書(shū)寫(xiě)整齊，條理分明，表達(dá)正確、語(yǔ)言正確。2.論文要求內(nèi)容全面，豐富。四、論文(設(shè)計(jì))進(jìn)度安排階段論文（設(shè)計(jì)）各階段名稱起止日期1熟悉設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)、設(shè)計(jì)題目及設(shè)計(jì)背景資料5.205.252查閱有關(guān)資料5.265.273閱讀設(shè)計(jì)要求必讀的參考資料5.285.294書(shū)寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)5.306.155小組答辯質(zhì)疑6.216.226上交設(shè)計(jì)成果6.30五、需收集和閱讀的資料及參考文獻(xiàn)（指導(dǎo)教師指定）1靳龍章,丁毓山.電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償實(shí)用技術(shù).北京：中國(guó)水利水電出版社，2009.2丁毓山.配電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化及無(wú)功補(bǔ)償裝置.北京：中國(guó)水利水電出版社，2010.3王兆安.諧波抑制和無(wú)功功率補(bǔ)償.北京：機(jī)械工業(yè)

3、出版社，2009.4張振榮，晉明武等。MCS51單片機(jī)原理及實(shí)用技術(shù).北京：人民郵電出版社，2008.5李林川，夏道止。電力系統(tǒng)電壓和網(wǎng)損優(yōu)化計(jì)算.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.6李潤(rùn)先中壓電網(wǎng)系統(tǒng)接地實(shí)用技術(shù)北京：中國(guó)電力出版社200119，11，147張睿，孟燕，吳德仁6-35KV配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式探討2000年電氣網(wǎng)第七居全網(wǎng)大會(huì)論文集234-235.8工廠常用電氣設(shè)備手冊(cè)編寫(xiě)組. 工廠常用電氣設(shè)備手冊(cè)（補(bǔ)充本）. 北京：水利電力出版1990.9江文、許慧中.供配電技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2005.10陳小虎.工廠供電技術(shù).北京：高等教育出版社,2001.11李友文、李爾學(xué).工廠

4、供電.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2006.12劉笙. 電氣工程基礎(chǔ).北京：科學(xué)出版社,2004.教 研 室 意 見(jiàn) 負(fù)責(zé)人簽名： 年 月 日 摘 要 隨著我國(guó)電力工業(yè)的飛速發(fā)展，用戶對(duì)電力供電可靠性和供電質(zhì)量的要求也隨著我國(guó)電力工業(yè)的飛速發(fā)展，用戶對(duì)供電可靠性和供電質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。如何使配電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化、提高供電質(zhì)量、提高供電可靠性已成為電力部門面臨的實(shí)際問(wèn)題。無(wú)功補(bǔ)償對(duì)電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要作用，無(wú)功補(bǔ)償是電力企業(yè)追求經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)之一。電力系統(tǒng)無(wú)功功率優(yōu)化和無(wú)功功率補(bǔ)償是電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行研究的一個(gè)重要組成部分。通過(guò)對(duì)電力系統(tǒng)無(wú)功電源的合理配置和對(duì)無(wú)功負(fù)荷的最佳補(bǔ)償，不僅可以維

5、持電壓水平和提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，而且可以降低有功網(wǎng)損和無(wú)功網(wǎng)損，使電力系統(tǒng)能夠安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 Abstract With the rapid development of Chinas electric power industry, users requirement on power supply reliability and power quality also with the rapid development of Chinas electric power industry, user requirements to the power supply reliabilit

6、y and quality is also getting higher and higher. How to make the distribution network reactive power optimization, improve the power supply quality, improve the reliability of power supply has become the actual problem of the power sector. Reactive power compensation plays an important role in safet

7、y, quality and economic operation of power system, reactive power compensation is one of the goals of electric power enterprises to pursue economic benefits. Reactive power optimization and reactive power compensation in power system is an important part of the research on the safe and economic oper

8、ation of power system. By the power system without the rational allocation of reactive power and the optimum compensation of reactive load to the can not only maintain voltage level and improve the stability of power system operation, but also can reduce the active power loss and reactive power loss

9、, make power system safe and economic operation. 目錄摘 要1引 言31 無(wú)功及其對(duì)電網(wǎng)的影響42 無(wú)功補(bǔ)償及其作用52.1無(wú)功補(bǔ)償?shù)母拍?2.無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔?3 無(wú)功補(bǔ)償及其分配74 我國(guó)目前無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆绞郊斑m用場(chǎng)合84.變電站集中補(bǔ)償方式84.2 低壓配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆椒?94.3 桿上補(bǔ)償方式105 功率因數(shù)對(duì)無(wú)功補(bǔ)償?shù)挠绊?25.1 耗用無(wú)功功率的主要設(shè)備 12 5.2 供電電壓對(duì)功率因數(shù)的影響 125.3 電網(wǎng)頻率的波動(dòng)對(duì)無(wú)功的影響。 136 發(fā)展趨勢(shì)147 無(wú)功補(bǔ)償?shù)男б?57.1 節(jié)省企業(yè)電費(fèi)開(kāi)支157.2 提高設(shè)備的利用率157.

10、3 降低系統(tǒng)的能耗 157.4 改善電壓質(zhì)量167.5 無(wú)功補(bǔ)償對(duì)考核指標(biāo)線損率的改善17（1）計(jì)算模型及方法17例118（2）無(wú)功補(bǔ)償經(jīng)濟(jì)效益分析19例2197.6 無(wú)功補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)分析207.7 無(wú)功補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)效益比較21結(jié) 論23引 言 由于無(wú)功補(bǔ)償對(duì)電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要作用，因此無(wú)功補(bǔ)償是電力部門和用戶共同關(guān)注的問(wèn)題。合理選擇無(wú)功補(bǔ)償方案和補(bǔ)償容量，能有效提高系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性，保證電網(wǎng)的電壓質(zhì)量，提高發(fā)輸電設(shè)備的利用率，降低有功網(wǎng)損和較少發(fā)電費(fèi)用。 我國(guó)配電網(wǎng)的規(guī)模巨大，因此配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償對(duì)降損節(jié)能，改善電壓質(zhì)量意義重大。本文結(jié)合當(dāng)前人們關(guān)注的電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償問(wèn)題，重點(diǎn)分析、比較

11、了配電網(wǎng)常用無(wú)功補(bǔ)償方案特點(diǎn)，并通過(guò)對(duì)無(wú)功補(bǔ)償應(yīng)用技術(shù)的分析，提出了配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償工程應(yīng)注意問(wèn)題和相關(guān)建議。1 無(wú)功及其對(duì)電網(wǎng)的影響電源能量與感性負(fù)載線圈中磁場(chǎng)能量或容性負(fù)載電容中的電場(chǎng)能量之間進(jìn)行著可逆的能量交換而占有的電網(wǎng)容量叫無(wú)功。它是交流電路中，電壓U與電流I存在一相角差時(shí)，電流流過(guò)容性電抗(XC)或感性電抗(XL)時(shí)所形成的功率分量。一方面，無(wú)功功率可以用來(lái)產(chǎn)生用電設(shè)備所需要的磁場(chǎng)，比如電動(dòng)機(jī)等電感性設(shè)備。另一方面，這種功率在電網(wǎng)中會(huì)造成電（感性電抗時(shí)）或電壓升高（容性電抗時(shí)）和焦耳（電阻發(fā)熱）損失，卻不能做出有效的功。電壓質(zhì)量對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定、電力設(shè)備安全運(yùn)行以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重大影響，

12、無(wú)功是影響電壓的一個(gè)重要因素。尤其對(duì)確定規(guī)模的電網(wǎng)絡(luò)終端系統(tǒng)，無(wú)功過(guò)剩一方面會(huì)提高系統(tǒng)運(yùn)行電壓，導(dǎo)致運(yùn)行中的用電設(shè)備的運(yùn)行電壓超出額定工況，縮短設(shè)備的使用壽命；另一方面，也會(huì)影響線路傳輸?shù)陌踩€(wěn)定性，導(dǎo)致系統(tǒng)的輸送容量下降，給電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度帶來(lái)不利的影響。而系統(tǒng)無(wú)功不足時(shí)，一方面會(huì)降低電網(wǎng)電壓，另一方面，電網(wǎng)中傳送的無(wú)功功率還增加了電能傳輸時(shí)的網(wǎng)絡(luò)損耗，加大了電網(wǎng)的運(yùn)行成本。因此，無(wú)功的合理調(diào)整在提高電能質(zhì)量、降低網(wǎng)損、操作電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性等方面具有極為重要的意義。2 無(wú)功補(bǔ)償及其作用2.1無(wú)功補(bǔ)償?shù)母拍顭o(wú)功要在電路中產(chǎn)生電流，這種電流稱之為電感電流。電感電流同樣會(huì)增加電氣線路和變壓設(shè)備

13、的負(fù)擔(dān)，降低電氣線路和變壓設(shè)備的利用率，增加電氣線路的發(fā)熱量。但沒(méi)有它，用電設(shè)備（特別是電動(dòng)機(jī)等電感性設(shè)備）又不能正常工作。因此，就需要找一種電器件接在線路上，這個(gè)器件在同一電源下，所產(chǎn)生的電流與電感電流方向相反，可以用來(lái)抵消電感電流。這樣，既不影響電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生磁場(chǎng)，又能消除或減少線路上的電感電流，這種電容器就叫補(bǔ)償電容器，也叫電力電容器, 它在線路上的電流正好與電感電流相反。只要在線路上接的電容數(shù)量與負(fù)載的電感分量向匹配，他產(chǎn)生的電容電流就能非常有效地消除或減少線路上的電感電流，也就是消除或減少負(fù)載向電網(wǎng)吸取無(wú)功功率。這樣就能減少電氣線路和變壓設(shè)備的負(fù)擔(dān)，提高電氣線路和變壓設(shè)備的利用率，降低電

14、氣線路的發(fā)熱量。這種在電氣線路上安裝補(bǔ)償電容器以減少無(wú)功功率方式就稱為無(wú)功補(bǔ)償。2.無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔秒S著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對(duì)電力的需求日益增長(zhǎng)，同時(shí)對(duì)供電的可靠性和供電質(zhì)量提出了更高的要求。由于負(fù)荷的不斷增加，以及電源的大幅增加，不但改變了電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，也改變了系統(tǒng)的電源分布，造成系統(tǒng)的無(wú)功分布不盡合理，甚至可能造成局部地區(qū)無(wú)功嚴(yán)重不足、電壓水平普遍較低的情況。隨著系統(tǒng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，當(dāng)系統(tǒng)受到較大干擾時(shí)，就可能在電壓穩(wěn)定薄弱環(huán)節(jié)導(dǎo)致電壓崩潰。合理的無(wú)功補(bǔ)償點(diǎn)的選擇以及補(bǔ)償容量的確定，能夠有效地維持系統(tǒng)的電壓水平，提高系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，避免大量無(wú)功的遠(yuǎn)距離傳輸，從而

15、降低有功網(wǎng)損，減少發(fā)電費(fèi)用。采用無(wú)功補(bǔ)償可以收到以下效果： 減少電力損失，一般工廠動(dòng)力配線依據(jù)不同的線路及負(fù)載情況，其電力損耗約2%-3%左右，使用電容提高功率因數(shù)后，總電流降低，可降低供電端與用電端的電力損失。 改善供電品質(zhì)，提高功率因數(shù)，減少負(fù)載總電流及電壓降。于變壓器二次側(cè)加裝電容可改善功率因數(shù)提高二次側(cè)電壓。 延長(zhǎng)設(shè)備壽命。 改善功率因數(shù)后線路總電流減少，使接近或已經(jīng)飽和的變壓器、開(kāi)關(guān)等機(jī)器設(shè)備和線路容量負(fù)荷降低，因此可以降低溫升增加壽命（溫度每降低10C，壽命可延長(zhǎng)1倍） 最終滿足電力系統(tǒng)對(duì)無(wú)功補(bǔ)償?shù)谋O(jiān)測(cè)要求，消除因?yàn)楣β室驍?shù)過(guò)低而產(chǎn)生的罰款。3 無(wú)功補(bǔ)償及其分配 無(wú)功補(bǔ)償，就其概念

16、而言早為人所知，它就是借助于無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備提供必要的無(wú)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。無(wú)功補(bǔ)償?shù)暮侠砼渲迷瓌t，從電力網(wǎng)無(wú)功功率消耗的基本狀況可以看出，各級(jí)網(wǎng)絡(luò)和輸配電設(shè)備都要消耗一定數(shù)量的無(wú)功功率，尤以低壓配電網(wǎng)所占比重最大。為了最大限度地減少無(wú)功功率的傳輸損耗，提高輸配電設(shè)備的效率，無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的配置，應(yīng)按照“分級(jí)補(bǔ)償，就地平衡”的原則，合理布局。 （1）總體平衡與局部平衡相結(jié)合，以局部為主。（2）降損與調(diào)壓相結(jié)合，以降損為主。（3）電力部門補(bǔ)償與用戶補(bǔ)償相結(jié)合。 在配電網(wǎng)絡(luò)中，用戶消耗的無(wú)功功率約占5060，其余的無(wú)功功率消耗在配電網(wǎng)中。因此，為了減少無(wú)功功率在網(wǎng)絡(luò)

17、中的輸送，要盡可能地實(shí)現(xiàn)就地補(bǔ)償，就地平衡，所以必須由電力部門和用戶共同進(jìn)行補(bǔ)償。（4）分散補(bǔ)償與集中補(bǔ)償相結(jié)合，以分散為主。 集中補(bǔ)償，是在變電所集中裝設(shè)較大容量的補(bǔ)償電容器。分散補(bǔ)償，指在配電網(wǎng)絡(luò)中分散的負(fù)荷區(qū)，如配電線路，配電變壓器和用戶的用電設(shè)備等進(jìn)行的無(wú)功補(bǔ)償。集中補(bǔ)償，主要是補(bǔ)償主變壓器本身的無(wú)功損耗，以及減少變電所以上輸電線路的無(wú)功電力，從而降低供電網(wǎng)絡(luò)的無(wú)功損耗。但不能降低配電網(wǎng)絡(luò)的無(wú)功損耗。因?yàn)橛脩粜枰臒o(wú)功通過(guò)變電所以下的配電線路向負(fù)荷端輸送。所以為了有效地降低線損，必須做到無(wú)功功率在哪里發(fā)生，就應(yīng)在哪里補(bǔ)償。所以，中、低壓配電網(wǎng)應(yīng)以分散補(bǔ)償為主。4 我國(guó)目前無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆绞?/p>

18、及適用場(chǎng)合目前，國(guó)內(nèi)電網(wǎng)采用的無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)主要有：變電站集中補(bǔ)償方式、低壓集中補(bǔ)償方式、桿上無(wú)功補(bǔ)償方式和用戶終端分散補(bǔ)償方式。4.變電站集中補(bǔ)償方式 針對(duì)輸電網(wǎng)的無(wú)功平衡，在變電站進(jìn)行集中補(bǔ)償（如圖1的方式1），補(bǔ)償裝置包括并聯(lián)電容器、同步調(diào)相機(jī)、靜止補(bǔ)償器等，主要目的是改善輸電網(wǎng)的功率因數(shù)、提高終端變電所的電壓和補(bǔ)償主變的無(wú)功損耗。這些補(bǔ)償裝置一般連接在變電站的10kV母線上，因此具有管理容易、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，但是這種方案對(duì)電網(wǎng)的降損起不到什么作用。 圖1配電網(wǎng)系統(tǒng)各種無(wú)功補(bǔ)償方式示意圖為了實(shí)現(xiàn)變電站的電壓控制，通常無(wú)功補(bǔ)償裝置（一般是并聯(lián)電容器組）結(jié)合有載調(diào)壓抽頭來(lái)調(diào)節(jié)。通過(guò)兩者的協(xié)調(diào)來(lái)

19、進(jìn)行電壓/無(wú)功控制在國(guó)內(nèi)已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，九區(qū)圖便是一種變電站電壓/無(wú)功控制的有效方法。然而操作上還是較為麻煩的，因?yàn)橛捎谙拗敌枰S不同運(yùn)行方式進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整；在某些區(qū)上會(huì)產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象；而且由于實(shí)際操作中抽頭調(diào)節(jié)和電容器組投切次數(shù)是有限的，但九區(qū)圖沒(méi)有相應(yīng)的判斷。而現(xiàn)行九區(qū)圖的調(diào)節(jié)效果也不是數(shù)學(xué)上證明的最好效果，因此九區(qū)圖的應(yīng)用還有待進(jìn)一步改善。 用模糊數(shù)學(xué)的概念建立了數(shù)學(xué)模型，得出了模糊邊界的無(wú)功調(diào)節(jié)判據(jù)，它的特點(diǎn)是將九區(qū)圖中固定的無(wú)功上下限邊界改變成受電壓影響的模糊邊界，其邊界的斜率可根據(jù)具體的投切邊界條件進(jìn)行調(diào)整。所設(shè)計(jì)的一種新型的變電站電壓無(wú)功微機(jī)綜合控制裝置，在保證電壓合格和無(wú)功

20、最佳補(bǔ)償效果的情況下，有載變壓器分接頭的調(diào)節(jié)次數(shù)比同類裝置或人工調(diào)節(jié)約減少1/3，提高了變電站電壓合格率，線損降低20%左右。 4.2 低壓配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆椒ㄌ岣吖β室驍?shù)的主要方法是采用低壓無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)，我們通常采用的方法主要有三種：隨機(jī)補(bǔ)償、隨器補(bǔ)償、跟蹤補(bǔ)償。（1）隨機(jī)補(bǔ)償 隨機(jī)補(bǔ)償就是將低壓電容器組與電動(dòng)機(jī)并接，通過(guò)控制、保護(hù)裝置與電機(jī)，同時(shí)投切。隨機(jī)補(bǔ)償適用于補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)的無(wú)功消耗，以補(bǔ)勵(lì)磁無(wú)功為主，此種方式可較好地限制用電單位無(wú)功負(fù)荷。隨機(jī)補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是：用電設(shè)備運(yùn)行時(shí)，無(wú)功補(bǔ)償投入，用電設(shè)備停運(yùn)時(shí)，補(bǔ)償設(shè)備也退出，而且不需頻繁調(diào)整補(bǔ)償容量。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活，

21、維護(hù)簡(jiǎn)單、事故率低等。（2）隨器補(bǔ)償 隨器補(bǔ)償是指將低壓電容器通過(guò)低壓保險(xiǎn)接在配電變壓器二次側(cè)，以補(bǔ)償配電變壓器空載無(wú)功的補(bǔ)償方式。配變?cè)谳p載或空載時(shí)的無(wú)功負(fù)荷主要是變壓器的空載勵(lì)磁無(wú)功，配變空載無(wú)功是用電單位無(wú)功負(fù)荷的主要部分，對(duì)于輕負(fù)載的配變而言，這部分損耗占供電量的比例很大，從而導(dǎo)致電費(fèi)單價(jià)的增加。隨器補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)：接線簡(jiǎn)單、維護(hù)管理方便、能有效地補(bǔ)償配變空載無(wú)功，限制農(nóng)網(wǎng)無(wú)功基荷，使該部分無(wú)功就地平衡，從而提高配變利用率，降低無(wú)功網(wǎng)損，具有較高的經(jīng)濟(jì)性，是目前補(bǔ)償無(wú)功最有效的手段之一。（3）跟蹤補(bǔ)償 跟蹤補(bǔ)償是指以無(wú)功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，將低壓電容器組補(bǔ)償在大用戶0.4KV母線

22、上的補(bǔ)償方式。適用于100KVA以上的專用配變用戶，可以替代隨機(jī)、隨器兩種補(bǔ)償方式，補(bǔ)償效果好。跟蹤補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是運(yùn)行方式靈活，運(yùn)行維護(hù)工作量小，比前兩種補(bǔ)償方式壽命相對(duì)延長(zhǎng)、運(yùn)行更可靠。但缺點(diǎn)是控制保護(hù)裝置復(fù)雜、首期投資相對(duì)較大。但當(dāng)這三種補(bǔ)償方式的經(jīng)濟(jì)性接近時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用跟蹤補(bǔ)償方式。 目前國(guó)內(nèi)較普遍采用的另外一種無(wú)功補(bǔ)償方式是在配電變壓器380V側(cè)進(jìn)行集中補(bǔ)償（如圖1的方式2），通常采用微機(jī)控制的低壓并聯(lián)電容器柜，容量在幾十至幾百千乏不等，根據(jù)用戶負(fù)荷水平的波動(dòng)投入相應(yīng)數(shù)量的電容器進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償。目前國(guó)內(nèi)各廠家生產(chǎn)的自動(dòng)補(bǔ)償裝置通常是根據(jù)功率因數(shù)來(lái)進(jìn)行電容器的自動(dòng)投切的，也有為了保證用戶電壓

23、水平而以電壓為判據(jù)進(jìn)行控制的。這雖然有助于保證用戶的電能質(zhì)量，但對(duì)電力系統(tǒng)并不可取。因?yàn)殡m然線路電壓的波動(dòng)主要由無(wú)功量變化引起，但線路的電壓水平是由系統(tǒng)情況決定的。當(dāng)線路電壓基準(zhǔn)偏高或偏低時(shí)，無(wú)功的投切量可能與實(shí)際需求相去甚遠(yuǎn)，出現(xiàn)無(wú)功過(guò)補(bǔ)償或欠補(bǔ)償。 對(duì)配電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，除了專用變之外，還有許多公用變。而面向廣大家庭用戶及其他小型用戶的公用變壓器，由于其通常安裝在戶外的桿架上，進(jìn)行低壓無(wú)功集中補(bǔ)償則是不現(xiàn)實(shí)的：難于維護(hù)、控制和管理，且容易成為生產(chǎn)安全隱患。這樣，電網(wǎng)的補(bǔ)償度就受到了限制。 4.3 桿上補(bǔ)償方式 資料中提出了進(jìn)行配電系統(tǒng)桿上無(wú)功補(bǔ)償?shù)谋匾院头椒?。由于電網(wǎng)中大量存在的公用變壓器沒(méi)有

24、進(jìn)行低壓補(bǔ)償，使得補(bǔ)償度受到限制。由此造成很大的無(wú)功缺口需要由變電站或發(fā)電廠來(lái)填，大量的無(wú)功沿線傳輸使得電網(wǎng)網(wǎng)損仍然居高難下。因此可以采用 10kV戶外并聯(lián)電容器安裝在架空線路的桿塔上（或另行架桿）進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償（如圖1的方式 3），以提高電網(wǎng)功率因數(shù)，達(dá)到降損升壓的目的。由于桿上安裝的并聯(lián)電容器遠(yuǎn)離變電站，容易出現(xiàn)保護(hù)不易配置、控制成本高、維護(hù)工作量大、受安裝環(huán)境和空間等客觀條件限制等工程問(wèn)題。 顯然，桿上無(wú)功補(bǔ)償主要是針對(duì)10kV饋線上沿線的公用變所需無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償，資料中提出了這種補(bǔ)償方式的最優(yōu)地點(diǎn)和容量的算法。因其具有投資小，回收快，補(bǔ)償效率較高，便于管理和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，適合于功率因數(shù)較低且

25、負(fù)荷較重的長(zhǎng)配電線路，但是因負(fù)荷經(jīng)常波動(dòng)而該補(bǔ)償方式是長(zhǎng)期固定補(bǔ)償，故其適應(yīng)能力較差，主要是補(bǔ)償了無(wú)功基本負(fù)荷，在線路重載情況下補(bǔ)償度一般是不能達(dá)到0.95。應(yīng)該開(kāi)發(fā)電容器組能自動(dòng)投切的桿上自動(dòng)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)。 4.4用戶終端分散補(bǔ)償方式 目前在我國(guó)城鎮(zhèn)，低壓用戶的用電量大幅增長(zhǎng)，企業(yè)、廠礦和小區(qū)等對(duì)無(wú)功需求都很大，直接對(duì)用戶末端進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償（如圖1的方式4）將最恰當(dāng)?shù)亟档碗娋W(wǎng)的損耗和維持網(wǎng)絡(luò)的電壓水平。供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50052-1995）指出，容量較大，負(fù)荷平穩(wěn)且經(jīng)常使用的用電設(shè)備無(wú)功負(fù)荷宜單獨(dú)就地補(bǔ)償。故對(duì)于企業(yè)和廠礦中的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)該進(jìn)行就地?zé)o功補(bǔ)償，即隨機(jī)補(bǔ)償；針對(duì)小區(qū)用戶終端，由

26、于用戶負(fù)荷小，波動(dòng)大，地點(diǎn)分散，無(wú)人管理，因此應(yīng)該開(kāi)發(fā)一種新型低壓終端無(wú)功補(bǔ)償裝置，并滿足以下要求：智能型控制，免維護(hù)；體積小，易安裝；功能完善，造價(jià)較低。5 功率因數(shù)對(duì)無(wú)功補(bǔ)償?shù)挠绊懝β室驍?shù)的產(chǎn)生主要是因?yàn)榻涣饔秒娫O(shè)備在其工作過(guò)程中，除消耗有功功率外，還需要無(wú)功功率。當(dāng)有功功率P一定時(shí)，如減少無(wú)功功率Q，則功率因數(shù)便能夠提高。在極端情況下，當(dāng)Q0時(shí)，則其力率1。因此提高功率因數(shù)問(wèn)題的實(shí)質(zhì)就是減少用電設(shè)備的無(wú)功功率需要量。5.1 耗用無(wú)功功率的主要設(shè)備 異步電動(dòng)機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子間的氣隙是決定異步電動(dòng)機(jī)需要較多無(wú)功的主要因素。而異步電動(dòng)機(jī)所耗用的無(wú)功功率是由其空載時(shí)的無(wú)功功率和一定負(fù)載下無(wú)功功率增

27、加值兩部分所組成。所以要改善異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)就要防止電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行并盡可能提高負(fù)載率。變壓器消耗無(wú)功的主要成份是它的空載無(wú)功功率，它和負(fù)載率的大小無(wú)關(guān)。因而，為了改善電力系統(tǒng)和企業(yè)的功率因數(shù)，變壓器不應(yīng)空載運(yùn)行或長(zhǎng)其處于低負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)。5.2 供電電壓對(duì)功率因數(shù)的影響 當(dāng)供電電壓高于額定值的10時(shí)，由于磁路飽和的影響，無(wú)功功率將增長(zhǎng)得很快，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，當(dāng)供電電壓為額定值的110時(shí)，一般工廠的無(wú)功將增加35左右。當(dāng)供電電壓低于額定值時(shí)，無(wú)功功率也相應(yīng)減少而使它們的功率因數(shù)有所提高。但供電電壓降低會(huì)影響電氣設(shè)備的正常工作。所以，應(yīng)當(dāng)采取措施使電力系統(tǒng)的供電電壓盡可能保持穩(wěn)定。5.3 電網(wǎng)

28、頻率的波動(dòng)對(duì)無(wú)功的影響。 以上論述了影響電力系統(tǒng)功率因數(shù)的一些主要因素，因此必須要尋求一些行之有效的、能夠使低壓電力網(wǎng)功率因數(shù)提高的一些實(shí)用方法，使低壓網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)功的就地平衡，達(dá)到降損節(jié)能的效果。6 發(fā)展趨勢(shì)隨著電力電子技術(shù)的日新月異以及各門學(xué)科的交叉影響，無(wú)功補(bǔ)償?shù)陌l(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾點(diǎn)： 在城網(wǎng)改造中，運(yùn)行單位往往需要在配電變壓器的低壓側(cè)同時(shí)加裝無(wú)功補(bǔ)償控制器和配電綜合測(cè)試儀，因此提出了無(wú)功補(bǔ)償控制器和配電綜合測(cè)試儀的一體化的問(wèn)題。 快速準(zhǔn)確地檢測(cè)系統(tǒng)的無(wú)功參數(shù)，提高動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間，快速投切電容器，以滿足工作條件較惡劣的情況(如大的沖擊負(fù)荷或負(fù)荷波動(dòng)較頻繁的場(chǎng)合)。隨著計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)和

29、智能控制理論的發(fā)展，可以在無(wú)功補(bǔ)償中引入一些先進(jìn)的控制方法，如模糊控制等。 目前無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)還主要用于低壓系統(tǒng)。高壓系統(tǒng)由于受到晶閘管耐壓水平的限制，是通過(guò)變壓器降壓接入的，如用于電氣化鐵道牽引變電所等。研制高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)难b置則具有重要意義，關(guān)鍵問(wèn)題是要解決補(bǔ)償裝置晶閘管和二極管的耐壓，即多個(gè)晶閘管元件串聯(lián)及均壓、觸發(fā)控制的同步性等。 由單一的無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)骄哂袨V波以及抑制諧波的功能。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和電力電子產(chǎn)品的推廣應(yīng)用，供電系統(tǒng)或負(fù)荷中含有大量諧波。研制開(kāi)發(fā)兼有無(wú)功補(bǔ)償與電力濾波器雙重優(yōu)點(diǎn)的晶閘管開(kāi)關(guān)濾波器，將成為改善系統(tǒng)功率因數(shù)、抑制諧波、穩(wěn)定系統(tǒng)電壓、改善電能質(zhì)量的有效手段

30、。7 無(wú)功補(bǔ)償?shù)男б嬖诂F(xiàn)代用電企業(yè)中，在數(shù)量眾多、容量大小不等的感性設(shè)備連接于電力系統(tǒng)中，以致電網(wǎng)傳輸功率除有功功率外，還需無(wú)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(wú)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(wú)功消耗只占有功消耗的30左右。由于減少了電網(wǎng)無(wú)功功率的輸入，會(huì)給用電企業(yè)帶來(lái)效益。7.1 節(jié)省企業(yè)電費(fèi)開(kāi)支 提高功率因數(shù)對(duì)企業(yè)的直接經(jīng)濟(jì)效益是明顯的，因?yàn)閲?guó)家電價(jià)制度中，從合理利用有限電能出發(fā)，對(duì)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)?？梢?jiàn)，提高功率因數(shù)對(duì)企業(yè)有著重要的

31、經(jīng)濟(jì)意義。7.2 提高設(shè)備的利用率 對(duì)于原有供電設(shè)備來(lái)講，在同樣有功功率下，因功率因數(shù)的提高，負(fù)荷電流減少，因此向負(fù)荷傳送功率所經(jīng)過(guò)的變壓器、開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線等供配電設(shè)備都增加了功率儲(chǔ)備，從而滿足了負(fù)荷增長(zhǎng)的需要；如果原網(wǎng)絡(luò)已趨于過(guò)載，由于功率因數(shù)的提高，輸送無(wú)功電流的減少，使系統(tǒng)不致于過(guò)載運(yùn)行，從而發(fā)揮原有設(shè)備的潛力；對(duì)尚處于設(shè)計(jì)階段的新建企業(yè)來(lái)說(shuō)則能降低設(shè)備容量，減少投資費(fèi)用，在一定條件下，改善后的功率因數(shù)可以使所選變壓器容量降低。因此，使用無(wú)功補(bǔ)償不但減少初次投資費(fèi)用，而且減少了運(yùn)行后的基本電費(fèi)。7.3 降低系統(tǒng)的能耗 補(bǔ)償前后線路傳送的有功功率不變，PIUCOS，由于COS提高，補(bǔ)償后的電壓

32、U2稍大于補(bǔ)償前電壓U1，為分析問(wèn)題方便，可認(rèn)為U2U1從而導(dǎo)出I1COS1I2COS2。即I1I2COS2COS1，這樣線損P減少的百分?jǐn)?shù)為：P（1I22I12）100（1COS2COS1）100當(dāng)功率因數(shù)從0.700.85提高到0.95時(shí)，由（2）式可求得有功損耗將降低2045。7.4 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(wú)功為P、Q，則電壓損失U為：U（PRQX）UE103（KV）兩部分損失：PRUE輸送有功負(fù)荷P產(chǎn)生的；QXUE輸送無(wú)功負(fù)荷Q產(chǎn)生的；配電線路：X（24）R，U大部分為輸送無(wú)功負(fù)荷Q產(chǎn)生的變壓器：X（510）RQXUE（510）

33、PRUE變壓器U幾乎全為輸送無(wú)功負(fù)荷Q產(chǎn)生的。 可以看出，若減少無(wú)功功率Q，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)。因此，無(wú)功補(bǔ)償能改善電壓質(zhì)量（一般電壓穩(wěn)定不宜超過(guò)3）。但是如果只追求改善電壓質(zhì)量來(lái)裝設(shè)電容器是很不經(jīng)濟(jì)的，對(duì)于無(wú)功補(bǔ)償應(yīng)用的主要目的是改善功率因數(shù)，減少線損，調(diào)壓只是一個(gè)輔助作用。三相異步電動(dòng)機(jī)通過(guò)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：SPCOS1【（COS2COS1）1】如一臺(tái)額定功率為155KW水泵的電機(jī)，補(bǔ)前功率因數(shù)為0.857，補(bǔ)償后功率因數(shù)為0.967，根據(jù)上面公式計(jì)算其增容量為：（1550.857）【（0.967

34、0.857）1】24KVA 無(wú)功補(bǔ)償作為電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一個(gè)重要手段，一直受到高度的重視。它對(duì)提高系統(tǒng)電壓水平、降低線路損耗、改善電廠功率因數(shù)、增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定起著十分重要的作用。7.5 無(wú)功補(bǔ)償對(duì)考核指標(biāo)線損率的改善無(wú)功補(bǔ)償由于提高電壓，減少了線路上的無(wú)功流動(dòng)，降損效果明顯。線損率為線損電量占供電量的百分?jǐn)?shù)，它是供電局的一個(gè)重要考核指標(biāo)。無(wú)功補(bǔ)償對(duì)改善考核指標(biāo)線損率效果明顯，但精確計(jì)算無(wú)功補(bǔ)償后線損率的改變，計(jì)算量大、且無(wú)必要。本文推薦一種無(wú)功補(bǔ)償后線損率變化的簡(jiǎn)單、有效的計(jì)算方法，用于衡量無(wú)功補(bǔ)償對(duì)考核指標(biāo)線損率的改善。（1）計(jì)算模型及方法 在電力網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行中，用電能表計(jì)量統(tǒng)計(jì)出的供電量

35、和售電量之差得到的線損電量，稱為統(tǒng)計(jì)線損電量。在統(tǒng)計(jì)線損電量中，有一部分是電能在輸、變、配過(guò)程中不可避免的，其數(shù)值由相應(yīng)時(shí)段內(nèi)運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備參數(shù)決定，如輸電線路、變壓器繞組、電容器的絕緣介質(zhì)損耗等，這部分損耗電量習(xí)慣稱“技術(shù)線損電量”；另一部分是由于管理工作上的原因造成的，如電能表誤抄、無(wú)表用電等，這部分電量習(xí)慣稱為“管理線損電量”1。無(wú)功補(bǔ)償主要降低技術(shù)線損中的高壓線損電量，本文就是利用損失因數(shù)法計(jì)算這一部分線損變化。對(duì)于某電力網(wǎng)，增加無(wú)功補(bǔ)償QC后，線損功率下降值為Pmax。則降損電量 E=PmaxFt(1)F=Par/Pmax式中Pmax-最大負(fù)荷降損功率；Par-線損計(jì)算時(shí)段內(nèi)的平均功

36、率損失；F-損失因子；t-電容器投運(yùn)時(shí)間。 （2） 對(duì)于式(2)中的電流平方的平均值I2rms，一般以典型日負(fù)荷曲線計(jì)算即可線損率 =E/E （3）例1以1997年度湖北電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償為例。潮流和優(yōu)化計(jì)算程序采用電力科學(xué)研究院的潮流計(jì)算綜合程序和最優(yōu)潮流與最優(yōu)無(wú)功補(bǔ)償程序，計(jì)算方式為豐水期大方式。1997年度湖北電網(wǎng)計(jì)算負(fù)荷為6550MW，規(guī)劃補(bǔ)償容量200Mvar。計(jì)算表明，線損功率由201MW下降到補(bǔ)償后的175MW，降低了26MW。根據(jù)調(diào)度部門提供的日負(fù)荷曲線，由式(3)可得I2rms=(1/24)I21 I22 I224=(1/24)0.7652 0.762 0.762 0.6952 0

37、.762 0.772 0.82 0.912 0.942 0.952 0.932 0.782 0.802 0.822 0.812 0.822 0.822 0.832 0.902 12 0.992 0.982 0.912 0.8620.6987271電容器投運(yùn)率以40%計(jì)算，電容器投運(yùn)時(shí)間為t=3652440%3504h由式(1)可得全年節(jié)省電量E=(201-175)0.6987271350463654.4MW.h高壓線損電量E=2010.6987271365241.23TW.h負(fù)荷消耗電量E=65500.69872713652440.09TW.h故高壓線損率1=E/E=1.23/40.09=3%

38、電容補(bǔ)償后，降損率2=E/E=0.06365/40.09=0.1587%由以上計(jì)算可知，高壓線損為3%，通過(guò)補(bǔ)償后，使其下降0.16個(gè)百分點(diǎn)，其意義重大不言而喻。（2）無(wú)功補(bǔ)償經(jīng)濟(jì)效益分析隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的深化，目前各項(xiàng)投資都進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估。無(wú)功補(bǔ)償對(duì)提高電壓水平、改善潮流分布、增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定作用明顯，但其經(jīng)濟(jì)效益如何，尚不得而知。下面將在以上線損計(jì)算的基礎(chǔ)上，對(duì)無(wú)功補(bǔ)償經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析。 無(wú)功補(bǔ)償經(jīng)濟(jì)效益來(lái)源于降損節(jié)能，投資的年收益P為節(jié)省電量所得收益扣除折舊費(fèi)Z和維護(hù)費(fèi)W的盈余。用以下公式計(jì)算P=(E-EQ)-Z-W(4)式中E-降損電量；EQ-電容器的耗電量；-電價(jià)。其中，降損電量E可由式(

39、1)計(jì)算，電容器的耗電量EQ由EQ=QCt(5)式中QC-無(wú)功補(bǔ)償容量；t-電容器投運(yùn)時(shí)間；-無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備損耗功率占補(bǔ)償容量的比例，對(duì)于電容器補(bǔ)償取0.5%，采用調(diào)相機(jī)取3%。得到年收益P后，就可求得衡量投資經(jīng)濟(jì)效益的一個(gè)重要指標(biāo)，投資回收期S，它是指建設(shè)項(xiàng)目自建成投產(chǎn)之日起，實(shí)際累計(jì)提供的盈利總額達(dá)到該項(xiàng)目建設(shè)耗用的投資總額之日止，所經(jīng)歷的全部時(shí)間2。其計(jì)算公式為S總投資/年收益(6)例2仍以1997年度湖北電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償為例。已求得降損電量E為63654.4MW.h，電容器的年耗電量EQ由式(5)可得EQ=20087600.40.5%3504MW.h電容補(bǔ)償投資以10萬(wàn)元/Mvar計(jì)算，總投

40、資為102002000萬(wàn)元年折舊費(fèi)按折舊率10%計(jì)算為200010%200萬(wàn)元運(yùn)行維護(hù)費(fèi)按2%計(jì)算，則年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)為20002%40萬(wàn)元供電單價(jià)以0.30元/(kW.h)計(jì)算，由式(4)可得P=0.30(6365.44-350.4)-200-401564.512萬(wàn)元投資回收期為S=2000/1564.5121.278可見(jiàn)，無(wú)功補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)效益十分明顯。本文推薦的這種計(jì)算無(wú)功補(bǔ)償降損效果及無(wú)功補(bǔ)償經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估的簡(jiǎn)單、有效算法，可迅速、準(zhǔn)確地計(jì)算無(wú)功補(bǔ)償對(duì)考核指標(biāo)降損率的改善及無(wú)功補(bǔ)償工程良好的投資效益，對(duì)電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償工作有較大的推動(dòng)作用。7.6 無(wú)功補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)分析（1） 以一家普通工業(yè)用電用戶為例

41、，配變?nèi)萘浚?00Kva；有功功率：p=70kw：功率因數(shù)：cos=0.7；每日（按10小時(shí)）用電量為：700kw.h（2） 該用戶未安裝無(wú)功補(bǔ)償裝置時(shí)，根據(jù)電價(jià)手冊(cè)規(guī)定，普通工業(yè)用電的功率因數(shù)為0.7時(shí)，應(yīng)增收7.5的功率因數(shù)調(diào)節(jié)電費(fèi)。如果電能電費(fèi)按年平均值0.54元/kw.h,則該用戶每天增加的功率因數(shù)調(diào)節(jié)電費(fèi)為0.54*700*7.528.35（元）；即供電部門對(duì)該用戶加收的功率因數(shù)調(diào)節(jié)電費(fèi)為28.35元。（3） 如果該用戶安裝無(wú)功補(bǔ)償裝置，功率損耗將明顯減少，有功或無(wú)功電能都是靠各電壓等級(jí)的線路輸送的，在輸送電能的過(guò)程中，線路上都有功率損耗。為簡(jiǎn)化計(jì)算程序，采用無(wú)功補(bǔ)償經(jīng)濟(jì)當(dāng)量來(lái)計(jì)算無(wú)

42、功補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)效益，即每安裝1kvar的補(bǔ)償電容，相當(dāng)于降低了多少kw的有功損耗。查有關(guān)資料知，各種電壓等級(jí)的無(wú)功補(bǔ)償經(jīng)濟(jì)當(dāng)量和該用戶補(bǔ)償后的降損功率表所示。表各電壓等級(jí)下的無(wú)功補(bǔ)償經(jīng)濟(jì)當(dāng)量和補(bǔ)償后的功率損耗電壓（kv）0.381035經(jīng)濟(jì)當(dāng)量（kw/kvar）0.150.0060.017補(bǔ)償后降損功率（kw）4.251.700.48從以上數(shù)據(jù)可知，該用戶每天在35、10、0.38kv線路上減少的有功功率損耗總和為：4.25+1.70+0.486.43KW；每天減少的損耗電量為：6.43*1064.30kw.h；每天減少損耗電費(fèi)為：0.54*64.3034.72元。（4）該用戶每天減少損耗的有功電量占每天供電量的比例為：64.30（700+64.30）0.08418.41（5）該用戶如果按規(guī)定，將現(xiàn)有的用電功率因數(shù)從0.7提高到0.85，需安裝電容0.4kvar/kw,70kw共需安裝電容容量為0.4*7028kvar.按目前市場(chǎng)上價(jià)格，55元/kvar計(jì)，購(gòu)2