電力系統(tǒng)電壓與無功補(bǔ)償

本文格式為Word版，下載可任意編輯——電力系統(tǒng)電壓與無功補(bǔ)償電力系統(tǒng)電壓與無功補(bǔ)償（之二）汪延宗陳利飛北京電力公司（100031）

除了用改變電力網(wǎng)參數(shù)來減少電壓損耗以外，改變電壓損耗的另一個重要方面是改變電網(wǎng)元件中傳輸?shù)墓β省＜锤淖儽磉_(dá)式中的P和Q的大小，在滿足負(fù)荷有功功率的前提下，要改變供電線路、變壓器傳輸?shù)挠泄β剩潜容^困難的，往往是不可能的。因此，改變線路、變壓器傳輸功率都是改變其無功功率，使表達(dá)式中的Q減少。由此我們引出無功功率的幾個十分重要的關(guān)鍵的概念。

2.1無功功率補(bǔ)償概念

當(dāng)今電廠受水、環(huán)保等多方面的制約，它的位置越來越遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，即使建在靠近負(fù)荷點，由于單機(jī)容量越來越大，發(fā)電機(jī)的額定功率因數(shù)也越來越高，這樣，電網(wǎng)實際接受的無功功率就越來越少，單靠發(fā)電機(jī)發(fā)出的無功功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足電網(wǎng)對無功功率的需要，必需配置各種無功功率補(bǔ)償裝置。

例如：目前北京地區(qū)有功負(fù)荷的2/3電力要從XX、內(nèi)蒙、XX等地遠(yuǎn)距離用超高壓500kV線路送來，為了能接受到這么多的有功功率，必需在北京地區(qū)負(fù)荷中心裝設(shè)相應(yīng)數(shù)量的無功功率補(bǔ)償電力設(shè)施(一般為1kW的有功電力配1kvar的無功電力補(bǔ)償設(shè)施)見圖7。

2.2無功功率就地補(bǔ)償?shù)母拍?/p>

無功補(bǔ)償裝置的分布，首先要考慮調(diào)壓的要求，滿足電網(wǎng)電壓質(zhì)量指標(biāo)。

同時，也要避免無功功率在電網(wǎng)內(nèi)的長距離傳輸，減少電網(wǎng)的電壓損耗和功率損耗。無功功率補(bǔ)償?shù)脑瓌t是做到無功功率分層分區(qū)平衡，就是要做到哪里有無功負(fù)荷就在那里安裝無功補(bǔ)償裝置。這既是經(jīng)濟(jì)上的需要，也是無功電力特征所必需的，假使不這樣做，就達(dá)不到最正確補(bǔ)償?shù)哪康?，解決不了無功電力就地平衡的問題。

2.3無功功率平衡的概念

宛如有功功率平衡一樣，電力系統(tǒng)的無功功率在每一刻也必需保持平衡。在電力系統(tǒng)中，頻率與有功功率是一對統(tǒng)一體，當(dāng)有功負(fù)荷與有功電源出力相平衡時，頻率就正常，達(dá)到額定值50Hz，而當(dāng)有功負(fù)荷大于有功出力時，頻率就下降，反之，頻率就會上升。電壓與無功功率也和頻率與有功功率一樣，是一對對立的統(tǒng)一體。當(dāng)無功負(fù)荷與無功出力相平衡時，電壓就正常，達(dá)到額定值，而當(dāng)無功負(fù)荷大于無功出力時，電壓就下降，反之，電壓就會上升。

但是，需要說明的是電壓與無功功率之間的關(guān)系要比頻率與有功功率之間的關(guān)系繁雜得多，大體上有以下幾點：

①在一個并列運(yùn)行的電力系統(tǒng)中，任何一點的頻率都是一樣的，而電壓與無功電力卻不是這樣的。當(dāng)無功功率平衡時，整個電力系統(tǒng)的電壓從整體上看是會正常的，是可以達(dá)到額定值的，即便是如此，也是指整體上而已，實際上有些節(jié)點處的電壓并不一定合格，假使無功不是處于平衡狀態(tài)時，那么狀況就更繁雜了，當(dāng)無功出力大于無功負(fù)荷時，電壓普遍會高一些，但也會有個別地方可能低一些，反之，也是如此。

②系統(tǒng)需要的無功功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于發(fā)電機(jī)所能提供的無功出力，這是由于現(xiàn)代超高壓電網(wǎng)包括各級變壓器和架空線路在傳送電能時需要消耗大量的無功，

稱為\無功損耗\，一般來說，這些無功損耗與整個電網(wǎng)中的無功負(fù)荷的大小是差不多的，我們以一臺50MVA的110kV變壓器為例來了解變壓器在運(yùn)行中的無功損耗狀況。

變壓器的參數(shù)為：Ue=110kV，Se=50MVA，Uk%=17%，變壓器在傳送電能時的無功損耗的計算式為：

Q=SeUk%(I/Ie)2

式中I--變壓器的負(fù)荷電流；

Ie--變壓器的額定電流，與變壓器的無功損耗與變壓器的負(fù)載率、變壓器的額定容量及短路阻抗有關(guān)。

假使這臺變壓器滿負(fù)荷運(yùn)行，那么它的無功損耗就是：Q=50MVA×17%=8.5Mvar

此時變壓器的無功損耗相當(dāng)大，其低壓側(cè)安裝的并聯(lián)電容器組的容量甚至不夠補(bǔ)償變壓器滿負(fù)荷時的無功損耗。

③無功功率不宜遠(yuǎn)距離輸送，當(dāng)輸送功率與傳送距離達(dá)到一定極限時，其傳送功率成為不可能，這是由于超高壓等級的變壓器、線路電抗較大，其無功損耗Q=I2X相應(yīng)也很大，所輸送的無功功率均損耗在變壓器及線路上了。另外，傳送大量的無功功率時，線路電壓損失也相當(dāng)大，同樣會造成無法傳送的結(jié)果。

合理的就地?zé)o功補(bǔ)償對調(diào)整系統(tǒng)電壓、降低線損有十分重要的作用。設(shè)有一條110kV線路選用LG-300型導(dǎo)線(導(dǎo)線電阻0.095W/km)線路全長20km，輸送有功功率30MW，無功功率40Mvar，下面分別計算在功率因數(shù)cosf=0.6和0.9時線路的功率損耗和應(yīng)補(bǔ)償?shù)臒o功功率。此題只計算導(dǎo)線電阻的功

率損耗，不考慮其它因素。

1)在cosf=0.6時，此時有功P=30MW，無功Q=40Mvar，視在功率S=50MVA，電流I=S/U=50MVA/(110kV×3)=263A，功率損耗P=I·R=263×0.095×20×3=394kW。

2)在cosf=0.9時，此時有功功率P=30MW，視在功率S=33.333MVA，無功功率Q=14.528Mvar，I=S/U=33.333MVA/(110kV×31/2)=175A，功率損耗P=I2·R=1752×0.095×20×3=175kW。應(yīng)補(bǔ)償無功容量=40-14.528=25.472Mvar。

補(bǔ)償前后有功損耗相差219kW。由計算結(jié)果可知補(bǔ)償無功功率25.472Mvar后每小時可降低線損219kWh。

無功補(bǔ)償對電力系統(tǒng)的重要性越來越受到重視，合理地投停使用無功補(bǔ)償設(shè)備，對調(diào)整電網(wǎng)電壓、提高供電質(zhì)量、抑制諧波干擾、保證電網(wǎng)安全運(yùn)行都有著十分重要的作用。

無功補(bǔ)償裝置的合理使用可以給供電企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。對于像北京電力公司這樣的大企業(yè)來說，線損每降低0.1個百分點，就可以增加上千萬元收入。

從根本上說，要維持整個系統(tǒng)的電壓水平，就必需有足夠的無功電源來滿足系統(tǒng)負(fù)荷對無功功率的需求和補(bǔ)償線路和變壓器中的無功功率損耗。

假使系統(tǒng)無功電源不足，則會使電網(wǎng)處于低電壓水平上的無功功率平衡，即靠電壓降低、負(fù)荷吸收無功功率的減少來彌補(bǔ)無功電源的不足。同樣，假使由于電網(wǎng)缺乏調(diào)理手段或無功補(bǔ)償元件的不合理運(yùn)行使某段時間無功功率過剩，也會造成整個電網(wǎng)的運(yùn)行電壓過高。

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我國電網(wǎng)曾在20世紀(jì)70年代由于缺乏無功功率補(bǔ)償設(shè)備而長期處于低電壓運(yùn)行狀態(tài)。有些地方想用調(diào)理變壓器分接頭的方法來解決本地區(qū)電壓低的問題。開始，這種方法也有一些效果，某些供電點電壓升高了，但這是以降低別處電壓為代價的，由于總的無功電源不足，局部地區(qū)電壓升高無功負(fù)荷增大，必然使別處無功功率更少、電壓更低。各處普遍采用調(diào)理變壓器分接頭的結(jié)果，不僅沒能提高負(fù)荷的供電電壓，而是使得無功損耗加大，整個系統(tǒng)低電壓問題更加嚴(yán)重。在這種狀況下，首要的問題應(yīng)當(dāng)是增加無功功率補(bǔ)償設(shè)備。

低壓運(yùn)行同時對電網(wǎng)安全帶來巨大危害，系統(tǒng)穩(wěn)定性差，十分脆弱，經(jīng)受不起事故異常及負(fù)荷猛烈變化對系統(tǒng)的沖擊、十分簡單造成大面積的停電和系統(tǒng)瓦解的后果，國內(nèi)外均有此先例。

3各種無功補(bǔ)償設(shè)備及補(bǔ)償方式

下面我們介紹各種無功功率補(bǔ)償設(shè)備及補(bǔ)償方式。3.1同步調(diào)相機(jī)

同步調(diào)相機(jī)實質(zhì)上是一種不帶機(jī)械負(fù)載的同步電動機(jī)，它是最早采用的一種無功補(bǔ)償設(shè)備，在并聯(lián)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(yùn)行維護(hù)繁雜。因此，大量國家不再新增同步調(diào)相機(jī)作為無功補(bǔ)償設(shè)備。但是同步調(diào)相機(jī)也有自身的優(yōu)點：

①調(diào)相機(jī)可