襄陽源創(chuàng)電氣有限公司王工告訴我們:“無功”是相對于“有功”而言,人們對“有功”較容易理解,而要深刻認(rèn)識“無功”卻并不是輕而易舉之事,無功
功率對供電系統(tǒng)和負(fù)荷的運行十分重要,電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)元件阻抗呈感性,電感元件中,儲存能量W=1/2LI2,當(dāng)系統(tǒng)電流增大時,電能轉(zhuǎn)化為磁能,形成磁場,電感元件從電源取用能量,當(dāng)系統(tǒng)電流減小時,磁場能量減小,磁能轉(zhuǎn)化為電能,即向電源返還能量,隨交流電周期性地改變,電感元件與電源之間進(jìn)行能量交換,這種交換的部分功率,稱之為“
無功功率”,大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)元件消耗無功功率,大多數(shù)負(fù)載也需要消耗無功功率。
在工業(yè)和生活用電負(fù)載中,阻感負(fù)載占有很大的比例,如異步電動機(jī)、
變壓器、熒光燈等都是典型的阻感負(fù)載。他們必須吸收無攻功率才能正常工作,這是由其本身的性質(zhì)所決定的。電力電子裝置等非線性裝置也要消耗無攻功率,特別是各種機(jī)控裝置,不但消耗大量的無功功率,而且也會產(chǎn)生大量的
諧波電流,諧波源也要消耗無功功率。
綜上所述:阻感負(fù)載以及大量的諧波源要正常工作,必須消耗一定的無功功率。它們所需要的無功功率必須從網(wǎng)絡(luò)中某個地方獲得,顯然這些如果都要由發(fā)電機(jī)提供并經(jīng)過遠(yuǎn)距離傳遞是不合理的,通常也是不可能的,合理的方法應(yīng)是在需要消耗無功功率的地方產(chǎn)生無功功率,這就是所謂的
無功補(bǔ)償。
目前我國城市電網(wǎng)的電壓質(zhì)量不高,有相當(dāng)數(shù)量的城網(wǎng)電壓沒有達(dá)到部頒標(biāo)準(zhǔn),嚴(yán)重影響電器工作的安全。電壓質(zhì)量不高的原因是多方面的,因為電能在生產(chǎn)、傳輸、分配、消耗的過程中,要產(chǎn)生電壓降落△U=(PR+QX)/U,如果感性無功功率很大,故電壓降落大,所以末端電壓偏低,嚴(yán)重影響電能質(zhì)量,對社會和居民都將帶來經(jīng)濟(jì)損失,故進(jìn)行無功補(bǔ)償,減少電壓降落,提高電能質(zhì)量。
同理電能在傳輸過程中,要產(chǎn)生
有功功率和無功功率的損耗:
在電力負(fù)荷中,異步電動機(jī)和中小容量變壓器占有很大比重,它們消耗的無功功率約占全國無功負(fù)荷的80~90%,同時架空線路也消耗一定的無功電能。目前全國主要能耗指標(biāo)與發(fā)達(dá)國家相比還有一定差距,輸電線損率比國際先進(jìn)電力公司高2%到2.5%,全國電網(wǎng)綜合線損率還需要進(jìn)一步降低。2010年,全國電網(wǎng)綜合線損率6.53%,2011年實現(xiàn)6.52%,比“十一五”確定的7%的目標(biāo)值低0.48個百分點。2012年,
國家電網(wǎng)完成售電量32539億千瓦時,營業(yè)收入18855億元,利潤650.7億元。如果按2012年全國線損率6.62%估算,損失電能2154億度,按照最便宜的北京市第一檔階梯電價0.48元/度估算,線損的金額為1033.9億元。 由此可見線損率降低即使是0.1%,也是十億元人民幣的凈利潤,大量電能白白地消耗在全國各級電網(wǎng)中,不但不能創(chuàng)造財富,而且造成環(huán)境污染,故降低線損迫在眉睫,
總之,無功電源不足(過剩)和分配不合理是造成電壓質(zhì)量低和能量損耗大的根本原因。
2 無功補(bǔ)償?shù)男问?/div>
無功補(bǔ)償?shù)男问接校杭醒a(bǔ)償、分散補(bǔ)償、個別補(bǔ)償。目前效果最好最經(jīng)濟(jì)的補(bǔ)償方式是個別補(bǔ)償,即為就地補(bǔ)償。無功補(bǔ)償應(yīng)從低壓配電系統(tǒng)向中
高壓系統(tǒng)逐級進(jìn)行補(bǔ)償配置。低壓配電系統(tǒng)負(fù)荷較集中,負(fù)荷設(shè)備容量不同,線路短,分支多。對其中設(shè)備容量較大的采用就地補(bǔ)償,容量偏小的采用集中補(bǔ)償。因此補(bǔ)償方式一般應(yīng)采用集中補(bǔ)償、個別補(bǔ)償相結(jié)合的綜合補(bǔ)償方式最為合理,這不僅可取得較好的節(jié)電效果,而且投資合理,方便控制與維修。
低壓無功補(bǔ)償的目標(biāo)實際是無功的就地補(bǔ)償。通常采用的方法有隨機(jī)補(bǔ)償、 隨器補(bǔ)償、 跟蹤補(bǔ)償三種。
2.1 隨機(jī)補(bǔ)償
就是將低壓電容器與電動機(jī)并接,并通過控制,保護(hù)裝置與電動機(jī)同時投切。隨機(jī)補(bǔ)償不需頻繁調(diào)整補(bǔ)償容量,投資少,占位小,安置維護(hù)簡單,事故率低,推薦補(bǔ)償容量為Q=(0.95—0.98)UI,一般地,電動機(jī)年運行小時數(shù)大于1000,選用隨機(jī)補(bǔ)償較其它補(bǔ)償方式更經(jīng)濟(jì),線損率可減少20%,用戶的投資在1~2年內(nèi)全部收回,補(bǔ)償電動機(jī)無功負(fù)荷效果最佳。
2.2 隨器補(bǔ)償
就是將低壓電容器保險接在配電變壓器二次側(cè),補(bǔ)償配電變壓器空載無功,隨器補(bǔ)償只能補(bǔ)償配電變壓器空載無功功率Q,如果補(bǔ)償容量大于空載無功功率,就會造成過補(bǔ)償,因此推薦補(bǔ)償容量為(0.95—0.98)Q。
2.3 跟蹤補(bǔ)償
是指以無功補(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母線上。一般地,用戶負(fù)荷有一定的波動性,故推薦選用自動投切方式。跟蹤補(bǔ)償適用于100kVA以上專用配電變壓器。
要平衡輸電網(wǎng)的無功功率,可在變電站進(jìn)行集中補(bǔ)償,補(bǔ)償裝置一般連接在變電站的10kV母線上,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)償主變的無功損耗,具有管理容易、維護(hù)方便等優(yōu)點。但是這種方案對配電網(wǎng)的降損起不到什么作用,為了實現(xiàn)變電站的電壓控制,通常
無功補(bǔ)償裝置(一般是并聯(lián)電容器組)結(jié)合有載調(diào)壓抽頭來調(diào)節(jié)。通過兩者的協(xié)調(diào)來進(jìn)行電壓/無功控制在國內(nèi)已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗。
3.2 隨器補(bǔ)償
目前國內(nèi)較普遍采用的另外一種無功補(bǔ)償方式是在配電變壓器380V側(cè)進(jìn)行隨器補(bǔ)償,補(bǔ)償裝置通常采用微機(jī)控制的低壓并聯(lián)電容器柜,它是根據(jù)用戶負(fù)荷水平的波動投入相應(yīng)數(shù)量的電容器進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償。主要目的是提高專用變壓器用戶的功率因數(shù),實現(xiàn)無功功率的就地平衡,對配電網(wǎng)和配電變壓器的降損有一定作用,也保證該用戶的電壓水平。這種補(bǔ)償方式的投資及維護(hù)均由變壓器用戶承擔(dān)。目前國內(nèi)各廠家生產(chǎn)的自動補(bǔ)償裝置通常是根據(jù)功率因數(shù)來進(jìn)行電容器的自動投切的,也有為了保證用戶電壓水平而以電壓為判據(jù)進(jìn)行控制的。后者對電力系統(tǒng)并不可取,因為線路電壓的波動主要由無功量變化引起,而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,無功的投切量可能與實際需求相差甚遠(yuǎn),可能出現(xiàn)無功過補(bǔ)償或欠補(bǔ)償。
3.3 桿上無功補(bǔ)償
由于配電網(wǎng)中大量的公用變壓器沒有進(jìn)行低壓補(bǔ)償,由此造成很大的無功功率缺口需要由變電站或發(fā)電廠來填,大量的無功功率沿線傳輸使得配電網(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)行無功補(bǔ)償,以提高配電網(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題。
3.4 隨機(jī)補(bǔ)償
目前在我國城鎮(zhèn),低壓用戶的用電量大幅增長,企業(yè)、廠礦和小區(qū)等對無功功率需求都很大,直接對用戶末端進(jìn)行無功補(bǔ)償,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?!豆╇娤到y(tǒng)設(shè)計規(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)備無功負(fù)荷宜單獨就地補(bǔ)償及隨機(jī)補(bǔ)償。