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交流電在通過純電阻的時(shí)候,電能都轉(zhuǎn)成了熱能,而在通過純?nèi)菪曰蛘呒兏行载?fù)載的時(shí)候,并不做功。也就是說沒有消耗電能,即為無功功率。當(dāng)然實(shí)際負(fù)載,不可能為純?nèi)菪载?fù)載或者純感性負(fù)載,一般都是混合性負(fù)載,這樣電流在通過它們的時(shí)候,就有部分電能不做功,就是無功功率,此時(shí)的功率因數(shù)小于1,為了提高電能的利用率,就要進(jìn)行無功補(bǔ)償 。

這種功率在電網(wǎng)中會造成電壓降落(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。因而需要對無功功率進(jìn)行補(bǔ)償。合理配置無功補(bǔ)償(包括在什么地點(diǎn)、用多大容量和采用何種型式)是電力系統(tǒng)規(guī)劃和設(shè)計(jì)工作中一項(xiàng)重要內(nèi)容。在運(yùn)行中,合理使用無功補(bǔ)償容量,控制無功功率的流動是電力系統(tǒng)調(diào)度的主要工作之一 。

在交流電力系統(tǒng)中,發(fā)電機(jī)在發(fā)有功功率的同時(shí)也發(fā)無功功率,它是主要的無功功率電源;運(yùn)行中的輸電線路,由于線間和線對地間的電容效應(yīng)也產(chǎn)生部分無功功率,稱為線路的充電功率,它和電壓的高低、線路的長短以及線路的結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。電能的用戶(負(fù)荷)在需要有功功率 (P)的同時(shí)還需要無功功率(Q),其大小和負(fù)荷的功率因數(shù)有關(guān);有功功率和無功功率在電力系統(tǒng)的輸電線路和變壓器中流動會產(chǎn)生有功功率損耗(ΔP)和無功功率損耗(ΔQ),也會產(chǎn)生電壓降落(ΔU)。 它們之間有如下關(guān)系:

△U=(ΡR+QX)/U

式中P、Q分別為流入輸電線(或變壓器)的有功功率和無功功率,U 是輸電線(或變壓器)與P、Q同一點(diǎn)測得的電壓,R、X 則分別是輸電線(或變壓器)的電阻和電抗。

由此可見,無功功率在輸電線、變壓器中的流動會增加有功功率損耗和無功功率損耗以及電壓降落;由于變壓器、高壓架空線路中電抗值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電阻值,所以無功功率的損耗比有功功率的損耗大,并且引起電壓降落的主要因素是無功功率的流動。

一般情況下,電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)所發(fā)的無功功率和輸電線的充電功率不足以滿足負(fù)荷的無功需求和系統(tǒng)中無功的損耗,并且為了減少有功損失和電壓降落,不希望大量的無功功率在網(wǎng)絡(luò)中流動,所以在負(fù)荷中心需要加裝無功功率電源,以實(shí)現(xiàn)無功功率的就地供應(yīng)、分區(qū)平衡的原則。

在電子供電系統(tǒng)中起提高電網(wǎng)的功率因數(shù)的作用,降低供電變壓器及輸送線路的損耗,提高供電效率,改善供電環(huán)境。所以無功功率補(bǔ)償裝置在電力供電系統(tǒng)中處在一個(gè)不可缺少的非常重要的位置。合理的選擇補(bǔ)償裝置,可以做到最大限度的減少網(wǎng)絡(luò)的損耗,使電網(wǎng)質(zhì)量提高。反之,如選擇或使用不當(dāng),可能造成供電系統(tǒng),電壓波動,諧波增大等諸多因素。無功補(bǔ)償可以收到下列的效益:

1、提高用戶的功率因數(shù),從而提高供電設(shè)備的利用率;

2、減少電力網(wǎng)絡(luò)的有功損耗;

3、合理地控制電力系統(tǒng)的無功功率流動,從而提高電力系統(tǒng)的電壓水平,改善電能質(zhì)量,提高了電力系統(tǒng)的抗干擾能力;

4、在動態(tài)的無功補(bǔ)償裝置上,配置適當(dāng)?shù)?a href="/baike/list_4362.html">調(diào)節(jié)器,可以改善電力系統(tǒng)的動態(tài)性能,提高輸電線的輸送能力和穩(wěn)定性;

5、裝設(shè)靜止無功補(bǔ)償器(SVC)還能改善電網(wǎng)的電壓波形,減小諧波分量和解決負(fù)序電流問題。對電容器、電纜、電機(jī)、變壓器等,還能避免高次諧波引起的附加電能損失和局部過熱。

除發(fā)電機(jī)和輸電線外的無功電源主要有:

1、并聯(lián)電容器組是一種靜態(tài)的無功補(bǔ)償裝置。用它進(jìn)行的補(bǔ)償稱為并聯(lián)電容補(bǔ)償。

2、同步調(diào)相機(jī);

3、靜止無功補(bǔ)償器。

后兩者屬于動態(tài)的無功補(bǔ)償裝置。3種無功補(bǔ)償裝置的性能比較見表。

另外,在遠(yuǎn)方水電站和坑口火電廠等的出線母線上,長距離輸電線的兩側(cè)線路上,以及長距離輸電線的開關(guān)站等地方接有并聯(lián)電抗器,也是一種無功補(bǔ)償裝置。用其進(jìn)行的補(bǔ)償稱為并聯(lián)電抗補(bǔ)償。遠(yuǎn)方電站出口母線上的并聯(lián)電抗器主要是吸收發(fā)電機(jī)所發(fā)的無功功率,以使發(fā)電機(jī)能運(yùn)行在合理的功率因數(shù)下而又避免無功的長距離輸送。長距輸電級上配置的并聯(lián)電抗器,主要是吸收線路空載和輕載時(shí)的充電功率,使沿線電壓分布合理并降低工頻穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)過電壓。

智能電容器集成智能控制模塊、快速投切開關(guān)和電容器保護(hù),設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)精巧,可以靈活配置以滿足用戶對無功補(bǔ)償?shù)男枨�。智能電容器�?gòu)成的無功補(bǔ)償系統(tǒng)與常規(guī)電容器產(chǎn)品構(gòu)成的無功補(bǔ)償系統(tǒng)比較見下表。

無功功率補(bǔ)償控制器有三種采樣方式,功率因數(shù)型、無功功率型、無功電流型。

選擇那一種物理控制方式實(shí)際上就是對無功功率補(bǔ)償控制器的選擇�？刂破魇菬o功補(bǔ)償裝置的指揮系統(tǒng),采樣、運(yùn)算、發(fā)出投切信號,參數(shù)設(shè)定、測量、元件保護(hù)等功能均由補(bǔ)償控制器完成。十幾年來經(jīng)歷了由分立元件——集成線路——單片機(jī)——DSP芯片一個(gè)快速發(fā)展的過程,其功能也愈加完善。就國內(nèi)的總體狀況,由于市場的需求量很大,生產(chǎn)廠家也愈來愈多,其性能及內(nèi)在質(zhì)量差異很大,很多產(chǎn)品名不符實(shí),在選用時(shí)需認(rèn)真對待。在選用時(shí)需要注意的另一個(gè)問題就是國內(nèi)生產(chǎn)的控制器其名稱均為"XXX無功功率補(bǔ)償控制器",名稱里出現(xiàn)的"無功功率"的含義不是這臺控制器的采樣物理量。采樣物理量取決于產(chǎn)品的型號,而不是產(chǎn)品的名稱。

功率因數(shù)型

功率因數(shù)用cosΦ表示,它表示有功功率在線路中所占的比例。當(dāng)cosΦ=1時(shí),線路中沒有無功損耗。提高功率因數(shù)以減少無功損耗是這類控制器的最終目標(biāo)。這種控制方式也是很傳統(tǒng)的方式,采樣、控制也都較容易實(shí)現(xiàn)。

"延時(shí)"整定,投切的延時(shí)時(shí)間,應(yīng)在10s-120s范圍內(nèi)調(diào)節(jié) "靈敏度"整定,電流靈敏度,不大于0-2A 。

投入及切除門限整定,其功率因數(shù)應(yīng)能在0.85(滯后)-0.95(超前)范圍內(nèi)整定。

過壓保護(hù)設(shè)量

顯示設(shè)置、循環(huán)投切等功能

這種采樣方式在運(yùn)行中既要保證線路系統(tǒng)穩(wěn)定、無振蕩現(xiàn)象出現(xiàn),又要兼顧補(bǔ)償效果,這是一對矛盾,只能在現(xiàn)場視具體情況將參數(shù)整定在較好的狀態(tài)下工作。即使調(diào)整的較好,也無法禰補(bǔ)這種方式本身的缺陷,尤其是在線路重負(fù)荷時(shí)。舉例說明:設(shè)定投入門限;cosΦ=0.95(滯后)此時(shí)線路重載荷,即使此時(shí)的無功損耗已很大,再投電容器組也不會出現(xiàn)過補(bǔ)償,但cosΦ只要不小于0.95,控制器就不會再有補(bǔ)償指令,也就不會有電容器組投入,所以這種控制方式建議不做為推薦的方式。

無功功率型

無功功率(無功電流)型的控制器較完善的解決了功率因數(shù)型的缺陷。一個(gè)設(shè)計(jì)良好的無功型控制器是智能化的,有很強(qiáng)的適應(yīng)能力,能兼顧線路的穩(wěn)定性及檢測及補(bǔ)償效果,并能對補(bǔ)償裝置進(jìn)行完善的保護(hù)及檢測,這類控制器一般都具有以下功能:

* 四象限操作、自動、手動切換、自識別各路電容器組的功率、根據(jù)負(fù)載自動調(diào)節(jié)切換時(shí)間、諧波過壓報(bào)警及保護(hù)、線路諧振報(bào)警、過電壓保護(hù)、線路低電流報(bào)警、電壓、電流畸變率測量、顯示電容器功率、顯示cosΦ、U、I、S、P、Q及F。

由以上功能就可以看出其控制功能的完備,由于是無功型的控制器,也就將補(bǔ)償裝置的效果發(fā)揮得淋漓盡致。如線路在重負(fù)荷時(shí),那怕cosΦ已達(dá)到0.99(滯后),只要再投一組電容器不發(fā)生過補(bǔ),也還會再投入一組電容器,使補(bǔ)償效果達(dá)到最佳的狀態(tài)。采用DSP芯片的控制器,運(yùn)算速度大幅度提高,使得傅里葉變換得到實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然,不是所有的無功型控制器都有這么完備的功能。國內(nèi)的產(chǎn)品相對于國外的產(chǎn)品還存在一定的差距。

動態(tài)補(bǔ)償型

對于這種控制器要求就更高了,一般是與觸發(fā)脈沖形成電路一并考慮的,要求控制器抗干擾能力強(qiáng),運(yùn)算速度快,更重要的是有很好的完成動態(tài)補(bǔ)償功能。由于這類控制器也都基于無功型,所以它具備靜態(tài)無功型的特點(diǎn)。

國內(nèi)用于動態(tài)補(bǔ)償?shù)目刂破?與國外同類產(chǎn)品相比有較大的差距,一是在動態(tài)響應(yīng)時(shí)間上較慢,動態(tài)響應(yīng)時(shí)間重復(fù)性不好;二是補(bǔ)償功率不能一步到位,沖擊電流過大,系統(tǒng)特性容易漂移,維護(hù)成本高、造成設(shè)備整體投資費(fèi)用高。另外,相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)也尚未見到,這方面落后于發(fā)展 。