在電力系統(tǒng)中的變電所或直接在電能用戶(hù)變電所裝設(shè)無(wú)功功率電源,以改變電力系統(tǒng)中無(wú)功功率的流動(dòng),從而提高電力系統(tǒng)的電壓水平,減小網(wǎng)絡(luò)損耗和改善電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能,這種技術(shù)措施稱(chēng)為無(wú)功功率補(bǔ)償。無(wú)功功率指的是交流電路中,電壓U與電流I存在一相角差時(shí),電流流過(guò)容性電抗(XC)或感性電抗(XL)時(shí)所形成的功率分量(分別為)。這種功率在電網(wǎng)中會(huì)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(duì)無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償。合理配置無(wú)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(wú)功補(bǔ)償容量,控制無(wú)功功率的流動(dòng)是電力系統(tǒng)調(diào)度的主要工作之一。
無(wú)功功率的產(chǎn)生和影響 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(wú)功功率,它是主要的無(wú)功功率電源;運(yùn)行中的輸電線(xiàn)路,由于線(xiàn)間和線(xiàn)對(duì)地間的電容效應(yīng)也產(chǎn)生部分無(wú)功功率,稱(chēng)為線(xiàn)路的充電功率,它和電壓的高低、線(xiàn)路的長(zhǎng)短以及線(xiàn)路的結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。電能的用戶(hù)(負(fù)荷)在需要有功功率 (P)的同時(shí)還需要無(wú)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(wú)功功率在電力系統(tǒng)的輸電線(xiàn)路和變壓器中流動(dòng)會(huì)產(chǎn)生有功功率損耗(ΔP)和無(wú)功功率損耗(ΔQ),也會(huì)產(chǎn)生電壓降落(ΔU)。 它們之間有如下關(guān)系:
式中P、Q分別為流入輸電線(xiàn)(或變壓器)的有功功率和無(wú)功功率,U 是輸電線(xiàn)(或變壓器)與P、Q同一點(diǎn)測(cè)得的電壓,R、X 則分別是輸電線(xiàn)(或變壓器)的電阻和電抗。
由此可見(jiàn),無(wú)功功率在輸電線(xiàn)、變壓器中的流動(dòng)會(huì)增加有功功率損耗和無(wú)功功率損耗以及電壓降落;由于變壓器、高壓架空線(xiàn)路中電抗值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電阻值,所以無(wú)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(wú)功功率的流動(dòng)。
一般情況下,電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)所發(fā)的無(wú)功功率和輸電線(xiàn)的充電功率不足以滿(mǎn)足負(fù)荷的無(wú)功需求和系統(tǒng)中無(wú)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(wú)功功率在網(wǎng)絡(luò)中流動(dòng),所以在負(fù)荷中心需要加裝無(wú)功功率電源,以實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率的就地供應(yīng)、分區(qū)平衡的原則。
無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔?nbsp; 無(wú)功補(bǔ)償可以收到下列的效益:①提高用戶(hù)的功率因數(shù),從而提高電工設(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(wú)功功率流動(dòng),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(dòng)態(tài)的無(wú)功補(bǔ)償裝置上,配置適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)器,可以改善電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能,提高輸電線(xiàn)的輸送能力和穩(wěn)定性;⑤裝設(shè)靜止無(wú)功補(bǔ)償器(SVS)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(wèn)題。對(duì)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(guò)熱。
無(wú)功補(bǔ)償裝置 除發(fā)電機(jī)和輸電線(xiàn)外的無(wú)功電源主要有:①并聯(lián)電容器組是一種靜態(tài)的無(wú)功補(bǔ)償裝置。用它進(jìn)行的補(bǔ)償稱(chēng)為并聯(lián)電容補(bǔ)償。②同步調(diào)相機(jī);③靜止無(wú)功補(bǔ)償器。后兩者屬于動(dòng)態(tài)的無(wú)功補(bǔ)償裝置。3種無(wú)功補(bǔ)償裝置的性能比較見(jiàn)表。
另外,在遠(yuǎn)方水電站和坑口火電廠等的出線(xiàn)母線(xiàn)上,長(zhǎng)距離輸電線(xiàn)的兩側(cè)線(xiàn)路上,以及長(zhǎng)距離輸電線(xiàn)的開(kāi)關(guān)站等地方接有并聯(lián)電抗器,也是一種無(wú)功補(bǔ)償裝置。用其進(jìn)行的補(bǔ)償稱(chēng)為并聯(lián)電抗補(bǔ)償。遠(yuǎn)方電站出口母線(xiàn)上的并聯(lián)電抗器主要是吸收發(fā)電機(jī)所發(fā)的無(wú)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(wú)功的長(zhǎng)距離輸送。長(zhǎng)距輸電級(jí)上配置的并聯(lián)電抗器,主要是吸收線(xiàn)路空載和輕載時(shí)的充電功率,使沿線(xiàn)電壓分布合理并降低工頻穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)過(guò)電壓。