浅谈电力系统中无功补偿的重要性

浅谈电力系统中无功补偿的重要性

银兴国

杭州协东电力设计工程有限公司，浙江 杭州 310000

摘要：我国的电力系统是以电力网为主体，并与工矿企业及城市的电力用户相结合的一个网络。随着社会经济的发展，电力网中用户负荷的不断增加，供电能力严重不足，与之相应的无功功率补偿容量也在不断增大。所以，为了保证供配电系统安全、经济、可靠运行，在供电系统中需要安装无功补偿装置，以提高供配电系统中各方面设备的利用率及供电质量。无功补偿装置是电力系统中重要的设备之一，它对电力系统的稳定运行、经济运行以及安全可靠运行起着重要作用。

关键词：电力系统；无功补偿

引言

目前，电力系统的无功补偿越来越受到重视，国家也加大了对无功补偿的投资力度。随着我国电力事业的发展，电能在电力系统中占有重要地位，无功功率在系统中的作用越来越大。同时，电力系统运行中出现的问题也日益增多，电能质量问题是最突出的一个。随着现代科技技术的发展，在电网中引入了大量的可控元件、断路器、变压器等设备，这些设备都是以电功形式运行的。在这些设备中，有些设备具有功率因数低、无功功率损耗大等特点，为了提高系统运行效率、保证电网供电质量和提高电力用户电能质量，我们必须对这些设备进行无功补偿。

1 电力系统概念

电力系统是由发电厂、变电站、输电线路、配电变压器和用户组成的。在整个电力系统中，电压损失占全部有功损耗的2/3以上，所以降低电压损失是电力系统中的重要任务。提高电力系统的电压质量，是电网安全运行的基础，也是供电企业改善经营管理的重要手段。提高电压质量可以增加供电量，降低线损，改善供电环境。因此，要不断提高电力系统的供电质量，就必须采用各种技术措施减少无功功率的消耗。在电力系统中采用无功功率补偿装置（包括并联电容器、电抗器等）可有效地提高功率因数、降低线损、改善电能质量和提高设备利用率，具有明显的经济效益和社会效益[1]。

2 提高功率因数

提高功率因数是保证供配电系统安全、经济运行的一个重要措施，也是实现供电部门优化管理的重要手段。提高功率因数有两个途径：一是减少无功负荷，二是增加有功负荷。降低无功负荷对提高功率因数的作用并不大，但在实际中，由于线路和变压器容量都比较小，很难减少其无功负荷，而提高有功负荷对提高功率因数的作用就比较大了。随着社会经济的发展，用户对供电质量和可靠性要求越来越高，提高功率因数对用户的影响就会越来越大。提高功率因数有三种途径：一是在电源侧采用无功补偿装置来提高电压质量；二是在用户侧采用无功功率补偿来减少无功负荷；三是在配电系统中合理的配置无功补偿设备来提高系统功率因数[2]。

3 减少线路损耗

线路的有功损耗一般是由输电线路和变压器的电抗所决定。电力系统的输送功率是通过输电线路向用户输送电能，输电线路上的电流就是功率损耗，即电流与电压之比就是功率损耗，电力网的传输能力（输送功率）和传输效率（电流与电压之比），在很大程度上取决于输电线路上的无功功率。在实际运行中，无功功率需要由输电线路消耗掉，然而在电网中会出现无功不足或有功过剩，从而导致电能的损失。由于输电线路上所消耗的无功功率主要由传输电量而消耗掉，所以在输电线中安装补偿电容器对减少线路损耗是十分必要的。它可以有效地减少输电线上的电能损耗，从而减少了因输电线路损耗而造成的电能损失[3]。

4 改善电压质量

电压是指电源向负载供电时，电源端电压与系统电压的差值。电压的质量是由电网和用电设备的基本参数决定的，一般用有功功率与无功功率之比表示。如果无功功率不足，将使电压下降；反之，则使电压升高。提高电能质量，就是要提高电网的功率因数。在电能质量中，最重要的问题是电压质量。由于电力系统负荷变动较大，且大部分负荷时间处于空载或轻载状态，因此电网中的无功功率大部分都存在于负荷端，而通过负荷端的无功功率则很少。因此在电力系统中，无功功率主要是由负荷端的感性无功功率和容性无功功率所组成。在电力系统中，只有使感性无功功率与容性无功功率达到平衡状态，才能保证电网的电压质量。

5 提高功率因数的方法

5.1 降低并联电容器组的容量

并联电容器组的容量可以通过选择合适的电容器组数来实现，在保证无功功率的前提下，尽量使电容器组数少，这样可以减少投资，降低成本。

5.2 提高线路输送容量

采用大直径、长导线，改善输电线路的输送能力，可以降低线路损耗。提高变压器负荷率也是一种方法。

5.3 减少变压器的空载运行时间

在电网中合理地选择变压器的变比，将无功损耗降到最低。

5.4 提高电动机及其他设备的功率因数

可采用并联电容器组集中补偿或在低压配电线路上安装动态无功补偿装置（VFC）等方式进行补偿。改善用电设备的运行方式，尽量采用轻载或空载运行。采用并联电容器组和调相机进行无功补偿，通过改变变压器分接头来调节变压器的空载无功功率。提高供电电压质量，以减少无功功率的流动及提高系统供电能力。

6 减少变压器的无功损耗

变压器是用来改变电压的一种装置，它在使用时，就需要消耗无功功率，这部分无功功率就称为变压器的无功损耗。变压器的无功损耗与变压器的工作点有关系，工作点越高，损耗越大。所以，提高变压器的工作点可以减少变压器的无功损耗。

电力系统中的高压电气设备（如电力变压器、输电线路终端及其它电气设备）在运行过程中要消耗大量的无功功率，这些无功功率除了一部分来自本身消耗之外，还需要通过电容器等装置向外输送，所以应该在提高系统运行电压和功率因数的同时，减少或消除变压器的无功损耗。无功功率过大，将影响电网安全运行和降低设备利用率。因此应对系统进行调整和优化设计，减少网络中无功功率的流动。当系统中需要增加有功功率时，可向电网中注入一定数量的有功功率；当需要减少有功功率时，可向电网中注入一定数量的无功功。

7 提高电网的功率因数

功率因数是衡量用电设备与电网配合程度的重要指标，其值越高说明供电质量越好。通常我们把在一定负荷下，单位时间内有功功率与视在功率的比值叫做功率因数，以cosφ表示。它等于有功功率与视在功率的比值。无功功率与有功功率之比称为无功功率，也称无功功率因数。它是指用电设备在额定电压下，单位时间内消耗的有功能量。影响电网的无功负荷主要有两方面因素：一是电力系统及用户的自然原因，如电压、频率及负荷变化等；二是电网中电气设备本身的原因，如变压器、输电线路及电动机等。随着系统负荷的增大，系统有功消耗也增大；相反，随着系统电压的降低，系统有功消耗也降低。

8 结束语

电力系统的无功补偿是一项综合性工程，它涉及到电力系统的各个环节。随着科技的进步，在电力系统中采用了大量新技术、新设备，如：采用晶闸管控制的电力电容器、采用晶闸管投切电容器、采用同步调相机进行同步补偿等，提高了电网的功率因数。同时，随着无功功率和有功功率的平衡，电网中功率因素会得到较大程度的提高。这样既可以提高功率因数，又可以降低电网损耗，从而节约电费支出。

综上所述，在电力系统中采用无功补偿装置，不仅能够提高功率因数、降低网损、提高电能质量、降低损耗等，还能改善电网电压水平和改善电网稳定性等，从而更好地为国民经济服务。所以我们必须正确认识并利用无功补偿技术。

参考文献：

[1]田伟,方玥.浅谈电气自动化中无功补偿技术[J].科技风,2019(18):91.

[2]张生龙.浅谈电力系统中无功补偿的重要性和其主要方式[J].科技创新导报,2014,11(32):76-77.

[3]龙彪.电力系统中无功补偿的重要性及其主要方式分析[J].科技与企业,2013(24):358.