電網無功補償的原理和方法

前言《國家電網公司農網“十一五電壓質量和無功電力規劃綱要》提出，綱要指導思想為：以公司“新農村、新電力、新服務農電發展戰略為指導，以**、質量、效益為核心，堅持科技進步，**提高農網電壓無功綜合管理水平，持續改善供電質量，降低電能損耗，為社會主義新農村建設提供上等、經濟、可靠的電力供應。切實達到《國家電網公司電力係統電壓質量和無功電力管理規定》的“無功補償配製應按照分散就地補償與變電站集中補償相結合，以分散為主；高壓補償與低壓補償相結合，以低壓為主；調壓與降損相結合，以降損為主”的要求。

無功補償的原理在交流電路中，由電源供給負載的電功率有兩種；一種是有功功率，一種是無功功率。有功功率是保持用電設備正常運行所需的電功率，是將電能轉換為其他形式能量（機械能、光能、熱能）的電功率。

無功功率比較抽象，它是電路內電場與磁場的交換，在電氣設備中建立和維持磁場的電功率。它不對外作功，而是轉變為其他形式的能量。凡是有電磁線圈的電氣設備，要建立磁場，就要消耗無功功率。

無功功率決不是無用功率，它的用處很大。電動機需要建立和維持旋轉磁場，使轉子轉動，從而帶動機械運動，電動機的轉子磁場就是靠從電源取得無功功率建立的。變壓器也同樣需要無功功率，才能使變壓器的一次線圈產生磁場，在二次線圈感應出電壓。因此，冇有無功功率，電動機就不會轉動，變壓器也不能變壓，交流接觸器不會吸合。

（打個比方，農村修水利需要開挖土方運土，運土時用竹筐裝滿土，挑走的土好比是有功功率，挑空竹筐就好比是無功功率，竹筐並不是冇用，冇有竹筐泥土怎麼能運到堤上？）

在正常情況下，用電設備不但要從電源取得有功功率，同時還需要從電源取得無功功率。如果電網中的無功功率供不應求，用電設備就冇有足夠的無功功率來建立正常的電磁場，這些用電設備就不能維持在額定情況下工作，用電設備的端電壓就要下降，從而影響用電設備的正常運行。

但是從發電機和高壓輸電線供給的無功功率遠遠滿足不了負荷的需要，所以在電網中要設置一些無功補償裝置來補充無功功率，以保證用戶對無功功率的需要，這樣用電設備才能在額定電壓下工作。

無功補償是把具有容性功率負荷的裝置與感性功率負荷並聯接在同一電路，能量在兩種負荷之間相互交換。這樣，感性負荷所需要的無功功率可由容性負荷輸出的無功功率補償。

采用無功補償可以收到以下效果：

1）根據用電設備的功率因數，可測算輸電線路的電能損失。通過現場技術改造，可使低於標準要求的功率因數達標，實現節電目的。

2）采用無功補償技術，提高低壓電網和用電設備的功率因數，已成為節電工作的一項重要措施。

3）無功補償，它就是借助於無功補償設備提供必要的無功功率，以提高係統的功率因數，降低能耗，改善電網電壓質量，穩定設備運行。

4）減少電力損失，一般工廠動力配線依據不同的線路及負載情況，其電力損耗約2％－－3％左右，使用電容提高功率因數後，總電流降低，可降低供電端與用電端的電力損失。

5）改善供電品質，提高功率因數，減少負載總電流及電壓降。於變壓器二次側加裝電容可改善功率因數提高二次側電壓。

6）延長設備壽命。改善功率因數後線路總電流減少，使接近或已經飽和的變壓器、開關等機器設備和線路容量負荷降低，因此可以降低溫升增加壽命（溫度每降低10°C，壽命可延長1倍）

7）*終滿足電力係統對無功補償的監測要求，消除因為功率因數過低而產生的罰款。

8）無功補償可以改善電能質量、降低電能損耗、挖掘發供電設備潛力、無功補償減少用戶電費支出，是一項投資少，收效快的節能措施。

9）無功補償技術對用電單位的低壓配電網的影響以及提高功率因數所帶來的經濟效益和社會效益，確定無功功率的補償容量，確保補償技術經濟、合理、**可靠，達到節約電能的目的

無功補償的合理配置原則從電力網無功功率消耗的基本狀況可以看出，各級網絡和輸配電設備都要消耗一定數量的無功功率，尤以低壓配電網所占比重*大。為了*大限度地減少無功功率的傳輸損耗，提

高輸配電設備的效率，無功補償設備的配置，應按照“分級補償，就地平衡”的原則，合理布局。

1）總體平衡與局部平衡相結合，以局部為主。

2）電力部門補償與用戶補償相結合。

在配電網絡中，用戶消耗的無功功率占50％～60％，其餘的無功功率消耗在配電網中。為了減少無功功率在網絡中的輸送，要儘可能地實現就地補償，就地平衡，所以必須由電力部門和用戶共同進行補償。

3）分散補償與集中補償相結合，以分散為主。

集中補償，是在變電所集中裝設較大容量的補償電容器。分散補償，指在配電網絡中分散的負荷區，如配電線路，配電變壓器和用戶的用電設備等進行的無功補償。集中補償，主要是補償主變壓器本身的無功損耗，以及減少變電所以上輸電線路的無功電力，從而降低供電網絡的無功損耗。但不能降低配電網絡的無功損耗。因為用戶需要的無功通過變電所以下的配電線路向負荷端輸送。所以為了有效地降低線損，必須做到無功功率在哪裡發生，就應在哪裡補償。所以，中、低壓配電網應以分散補償為主。

4）功補償的原則。

提高用電單位的自然功率因數，應該遵循：**規劃，合理布局，分級補償，就地平衡；集中補償與分散補償相結合，以分散補償主；高壓補償與低壓補償相結合，以低壓補償為主；調壓與降損相結合，以降損為主的原則。

影響功率因數的主要因素功率因數的產生主要是因為交流用電設備在其工作過程中，除消耗有功功率外，還需要無功功率。當有功功率P一定時，如減少無功功率Q，則功率因數便能夠提高。在極端情況下，當Q＝0時，則其力率＝1。因此提高功率因數問題的實質就是減少用電設備的無功功率需要量。

1。異步電動機和電力變壓器是耗用無功功率的主要設備

異步電動機的定子與轉子間的氣隙是決定異步電動機需要較多無功的主要因素。而異步電動機所耗用的無功功率是由其空載時的無功功率和一定負載下無功功率增加值兩部分所組成。所以要改善異步電動機的功率因數就要防止電動機的空載運行並儘可能提高負載率。變壓器消耗無功的主要成份是它的空載無功功率，它和負載率的大小無關。因而，為了改善電力係統和企業的功率因數，變壓器不應空載運行或長其處於低負載運行狀態。

2。供電電壓超出規定範圍也會對功率因數造成很大的影響

當供電電壓高於額定值的10％時，由於磁路飽和的影響，無功功率將增長得很快，據有關資料統計，當供電電壓為額定值的110％時，一般工廠的無功將增加35％左右。當供電電壓低於額定值時，無功功率也相應減少而使它們的功率因數有所提高。但供電電壓降低會影響電氣設備的正常工作。所以，應當采取措施使電力係統的供電電壓儘可能保持穩定。

3。電網頻率的波動也會對異步電機和變壓器的磁化無功功率造成一定的影響

4。以上影響電力係統功率因數的一些主要因素，因此必須要尋求一些行之有效的、能夠使低壓電力網功率因數提高的一些實用方法，使低壓網能夠實現無功的就地平衡，達到降損節能的效果。

低壓配電網無功補償的方法提高功率因數的主要方法是采用低壓無功補償技術，我們通常采用的方法主要有三種：隨機補償、隨器補償、跟蹤補償。

1。隨機補償

隨機補償就是將低壓電容器組與電動機並接，通過控製、保護裝置與電機，同時投切。隨機補償適用於補償電動機的無功消耗，以補勵磁無功為主，此種方式可較好地限製用電單位無功負荷。

隨機補償的優點：用電設備運行時，無功補償投入，用電設備停運時，補償設備也退出，而且不需頻繁調整補償容量。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活，維護簡單、事故率低等。

2。隨器補償

隨器補償是指將低壓電容器通過低壓保險接在配電變壓器二次側，以補償配電變壓器空載無功的補償方式。配變在輕載或空載時的無功負荷主要是變壓器的空載勵磁無功，配變空載無功是用電單位無功負荷的主要部分，對於輕負載的配變而言，這部分損耗占供電量的比例很大，從而導致電費單價的增加。

隨器補償的優點：接線簡單、維護管理方便、能有效地補償配變空載無功，限製農網無功基荷，使該部分無功就地平衡，從而提高配變利用率，降低無功網損，具有較高的經濟性，是目前補償無功*有效的手段之一。

3。跟蹤補償

跟蹤補償是指以無功補償投切裝置作為控製保護裝置，將低壓電容器組補償在大用戶0.4KV母線上的補償方式。適用於100KVA以上的專用配變用戶，可以替代隨機、隨器兩種補償方式，補償效果好。

跟蹤補償的優點是運行方式靈活，運行維護工作量小，比前兩種補償方式壽命相對延長、運行更可靠。應優先選用跟蹤補償方式。