第二章 無(wú)功補(bǔ)償規(guī)劃和無(wú)功補(bǔ)償優(yōu)化

第一節(jié) 無(wú)功補(bǔ)償規(guī)劃和無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備

一、無(wú)功補(bǔ)償規(guī)劃1.規(guī)劃的目的和要求

在電力系統(tǒng)中先天性地存在著大量的無(wú)功負(fù)荷，這些無(wú)功負(fù)荷來(lái)自電力線路、電力變壓器及用戶的用電設(shè)備。系統(tǒng)運(yùn)行中大量的無(wú)功功率，將降低系統(tǒng)的功率因數(shù)，增大線路電壓損失和電能損失，嚴(yán)重地影響著電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。解決這些問(wèn)題的一個(gè)有效方法就是進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，同時(shí)，在現(xiàn)代電力企業(yè)中，功率因數(shù)是考核配電網(wǎng)運(yùn)行的重要指標(biāo)，為達(dá)到考核指標(biāo)，必須結(jié)合本地區(qū)的具體情況，進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)囊?guī)劃，其規(guī)劃的目的如下：

（1）保證規(guī)劃地區(qū)的無(wú)功平衡，維持電力系統(tǒng)的無(wú)功穩(wěn)定。

（2）提高地區(qū)電網(wǎng)電壓的質(zhì)量，使地區(qū)電網(wǎng)無(wú)功、電壓優(yōu)化運(yùn)行。

（3）提高功率因數(shù)，改善地區(qū)電網(wǎng)的電能質(zhì)量和提高電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

（4）合理地確定無(wú)功補(bǔ)償方式、無(wú)功補(bǔ)償容量、無(wú)功補(bǔ)償?shù)陌惭b地點(diǎn)，使補(bǔ)償效果達(dá)最佳。

（5）防止過(guò)補(bǔ)償引起發(fā)電機(jī)自勵(lì)磁。2.無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備規(guī)劃配置要求

（1）無(wú)功補(bǔ)償應(yīng)按照分層分區(qū)和就地平衡的原則，采用分散和集中相結(jié)合的方式，并能隨負(fù)荷或電壓進(jìn)行調(diào)整，保證配電網(wǎng)樞紐點(diǎn)電壓符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量供電電

壓偏差》（GB/T12325）和《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50227）的有關(guān)規(guī)定。

（2）配電網(wǎng)中無(wú)功補(bǔ)償應(yīng)以容性補(bǔ)償為主，在變、配電站裝設(shè)集中補(bǔ)償電容器；在用電端裝設(shè)分散補(bǔ)償電容器；在接地電容電流較大的電纜網(wǎng)中，經(jīng)計(jì)算可裝設(shè)并聯(lián)電抗器。

（3）并聯(lián)電容補(bǔ)償應(yīng)優(yōu)化配置，宜自動(dòng)投切。變電站內(nèi)電容器的投切應(yīng)與變壓器分接頭調(diào)整協(xié)調(diào)配合，使母線電壓水平控制在規(guī)定范圍之內(nèi)。高壓變電站和中壓配電站內(nèi)電容器應(yīng)保證高峰負(fù)荷時(shí)變壓器高壓側(cè)功率因數(shù)達(dá)到0.95及以上。

（4）在配置電容補(bǔ)償裝置時(shí)，應(yīng)采取措施合理配置串聯(lián)電抗器的容量。由電容器投切引起的過(guò)電壓和諧波電流不應(yīng)超過(guò)規(guī)定限值。

二、無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備

（1）同步發(fā)電機(jī)。同步發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)中唯一的有功電源，同時(shí)也是無(wú)功的基本源。

（2）同步電動(dòng)機(jī)。同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)可以超前運(yùn)行，在工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，凡是不要求調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械，諸如鼓風(fēng)機(jī)、水泵等，在經(jīng)濟(jì)條件合適的情況下，應(yīng)該盡量選用同步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。

（3）異步電動(dòng)機(jī)同步化。異步電動(dòng)機(jī)同步化是指線繞式異步電動(dòng)機(jī)，在啟動(dòng)至額定轉(zhuǎn)速后，將轉(zhuǎn)子用直流勵(lì)磁，使其作為同步電動(dòng)機(jī)使用，在這種運(yùn)行方式下，異步電動(dòng)機(jī)如同電容器一樣，從電網(wǎng)吸收容性無(wú)功功率。

（4）電力電容器。在配電網(wǎng)中電力電容器是應(yīng)用最為廣泛的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，其原因是電力電容器是靜止的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，因此其安裝、運(yùn)行、維護(hù)都比上述設(shè)備簡(jiǎn)單。

（5）電抗器補(bǔ)償。其是高壓長(zhǎng)距離輸電線常用的補(bǔ)償設(shè)備，用以補(bǔ)償輸電線路對(duì)地電容所產(chǎn)生的充電功率以抑制工頻過(guò)電壓。電抗器的容量根據(jù)線路的長(zhǎng)度和過(guò)電壓限制水平選擇，其補(bǔ)償度（電抗器容量與線路充電功率之比）國(guó)外統(tǒng)計(jì)大多為70%～85%，個(gè)別的為65%，一般不低于60%。電抗器一般設(shè)置在線路兩端，且不設(shè)斷路器。

（6）串聯(lián)電容補(bǔ)償。串聯(lián)電容用來(lái)補(bǔ)償輸電線路的感抗，起到縮短電氣距離、提高穩(wěn)定性水平和線路的輸電容量的作用。串聯(lián)電容器組多為串、并聯(lián)組合而成，并聯(lián)支數(shù)由線路輸送容量而定，串聯(lián)個(gè)數(shù)則由所需的串聯(lián)電容補(bǔ)償度（串聯(lián)電容的容抗與所補(bǔ)償?shù)木€路感抗之比）而定。串聯(lián)電容補(bǔ)償一般在50%以下，不宜過(guò)高，以免引起系統(tǒng)的次同步諧振。輸電網(wǎng)中因阻抗不均而造成環(huán)流時(shí)，也可用串聯(lián)電容來(lái)補(bǔ)償。日本在110kV環(huán)網(wǎng)中就使用了串聯(lián)電容補(bǔ)償。

（7）晶閘管動(dòng)態(tài)補(bǔ)償器。晶閘管動(dòng)態(tài)補(bǔ)償器是近年來(lái)才發(fā)展起來(lái)的無(wú)功補(bǔ)償裝置，它以晶閘管為主要工作部件，由于其具有開(kāi)關(guān)速度快、連續(xù)調(diào)節(jié)無(wú)功功率等優(yōu)點(diǎn)，在配電網(wǎng)中，尤其是在低壓配電網(wǎng)中應(yīng)用得比較廣泛。

三、無(wú)功補(bǔ)償?shù)娜萘?、地點(diǎn)及補(bǔ)償方式

在應(yīng)用電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償時(shí)，在電網(wǎng)中要安裝并聯(lián)電容器。這些設(shè)備可抵償感性負(fù)荷所消耗的部分無(wú)功功率，從而降低線路的電能損耗并提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，改善電網(wǎng)的運(yùn)行條件和電能質(zhì)量。

在進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償配置時(shí)，實(shí)際上包含兩個(gè)方面的內(nèi)容：補(bǔ)償安裝地點(diǎn)及補(bǔ)償方式的確定；補(bǔ)償容量的配置。

（1）集中補(bǔ)償通常指裝設(shè)于地區(qū)變電所或高壓供電用戶降壓變電所母線上的高壓電容器組，也包括集中裝設(shè)于電力用戶總配電室低壓母線上的電容器組。其優(yōu)點(diǎn)是易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)投切，利用率高，維護(hù)方便且事故少；減少配電網(wǎng)、用戶變壓器及專供線路的無(wú)功負(fù)荷和電能損耗。

（2）分組補(bǔ)償一般裝設(shè)于線路上的配變低壓側(cè)。

（3）隨機(jī)補(bǔ)償是將低壓電容器組與電動(dòng)機(jī)并接，通過(guò)控制、保護(hù)裝置與電機(jī)同時(shí)投切。

（4）隨器補(bǔ)償是將電容器接在變壓器二次側(cè)，以補(bǔ)償配電變壓器空載無(wú)功。

（5）跟蹤補(bǔ)償是指將低壓電容器組補(bǔ)償在大用戶0.4kV母線上的補(bǔ)償方式。補(bǔ)償電容器的固定連接組可起到相當(dāng)于隨器補(bǔ)償?shù)淖饔茫a(bǔ)償用戶自身的無(wú)功基荷；可投切連接組，用于補(bǔ)償無(wú)功峰荷部分。投切方式分為自動(dòng)和手動(dòng)兩種。一般地，用戶負(fù)荷有一定的波動(dòng)性，故推薦選用自動(dòng)投切方式，采用無(wú)功補(bǔ)償自動(dòng)投切裝置。此種裝置可較好地跟蹤無(wú)功負(fù)荷變化，運(yùn)行方式靈活，運(yùn)行維護(hù)工作量小。

考慮到電機(jī)投運(yùn)的不同時(shí)率和單臺(tái)電機(jī)補(bǔ)償容量的限制等因素，對(duì)于較大的工業(yè)企業(yè)

用戶，采用跟蹤補(bǔ)償比隨機(jī)、隨器補(bǔ)償能獲得更好的補(bǔ)償效果，而且不需要提高補(bǔ)償度，并可適當(dāng)調(diào)整各組電容器的運(yùn)行時(shí)間，使其壽命相對(duì)延長(zhǎng)，從而降低電器的購(gòu)置更新費(fèi)用。但是，跟蹤補(bǔ)償所需的自動(dòng)投切裝置較隨器、隨機(jī)補(bǔ)償?shù)目刂票Ｗo(hù)裝置復(fù)雜，功能更完善，初投資也大一些。

四、自動(dòng)投切裝置的選擇

自動(dòng)投切裝置的選擇應(yīng)特別注意其性能和質(zhì)量。必須滿足以下五個(gè)條件：

（1）能根據(jù)無(wú)功負(fù)荷的變化自動(dòng)投切電容器組，使功率因數(shù)保持在0.95以上且不過(guò)補(bǔ)償。

（2）能實(shí)現(xiàn)電容器組自動(dòng)循環(huán)投切，使電容器、接觸器使用概率接近，延長(zhǎng)使用壽命。

（3）元器件性能穩(wěn)定可靠，受環(huán)境影響小，便于維護(hù)。（4）具有過(guò)電壓保護(hù)功能。

（5）在輕負(fù)荷時(shí)，不會(huì)引起電容器組投切振蕩現(xiàn)象。

投切振蕩現(xiàn)象是指在分組自動(dòng)投切電容器時(shí)，未投入某一組電容器，其功率因數(shù)低于給定的下限，而投入后又高于其上限，于是在自控器的作用下反復(fù)進(jìn)行投切。