在電力系統中的變電所或直接在電能(néng)用戶變電所裝設無功功率電源,以改變電力系統中無功功率的流動,從而提高電力系統的電壓水平,減小網絡損耗和改善電力系統的動态性能(néng),這(zhè)種(zhǒng)技術措施稱爲無功功率補償。無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(chéng)的功率分量(分别爲)。這(zhè)種(zhǒng)功率在電網中會(huì)造成(chéng)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(néng)做出有效的功。因而需要對(duì)無功功率進(jìn)行補償。合理配置無功補償(包括在什麼(me)地點、用多大容量和采用何種(zhǒng)型式)是電力系統規劃和設計工作中一項重要内容。在運行中,合理使用無功補償容量,控制無功功率的流動是電力系統調度的主要工作之一。
無功功率的産生和影響 在交流電力系統中,發(fā)電機在發(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;運行中的輸電線路,由于線間和線對(duì)地間的電容效應也産生部分無功功率,稱爲線路的充電功率,它和電壓的高低、線路的長(cháng)短以及線路的結構等因素有關。電能(néng)的用戶(負荷)在需要有功功率 (P)的同時(shí)還(hái)需要無功功率(Q),其大小和負荷的功率因數有關;有功功率和無功功率在電力系統的輸電線路和變壓器中流動會(huì)産生有功功率損耗(ΔP)和無功功率損耗(ΔQ),也會(huì)産生電壓降落(ΔU)。 它們之間有如下關系:
式中P、Q分别爲流入輸電線(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同一點測得的電壓,R、X 則分别是輸電線(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(huì)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遠大于電阻值,所以無功功率的損耗比有功功率的損耗大,并且引起(qǐ)電壓降落的主要因素是無功功率的流動。
一般情況下,電力系統中發(fā)電機所發(fā)的無功功率和輸電線的充電功率不足以滿足負荷的無功需求和系統中無功的損耗,并且爲了減少有功損失和電壓降落,不希望大量的無功功率在網絡中流動,所以在負荷中心需要加裝無功功率電源,以實現無功功率的就(jiù)地供應、分區平衡的原則。
無功補償的作用 無功補償可以收到下列的效益:①提高用戶的功率因數,從而提高電工設備的利用率;②減少電力網絡的有功損耗;③合理地控制電力系統的無功功率流動,從而提高電力系統的電壓水平,改善電能(néng)質量,提高了電力系統的抗幹擾能(néng)力;④在動态的無功補償裝置上,配置适當的調節器,可以改善電力系統的動态性能(néng),提高輸電線的輸送能(néng)力和穩定性;⑤裝設靜止無功補償器(SVS)還(hái)能(néng)改善電網的電壓波形,減小諧波分量和解決負序電流問題。對(duì)電容器、電纜、電機、變壓器等,還(hái)能(néng)避免高次諧波引起(qǐ)的附加電能(néng)損失和局部過(guò)熱。
無功補償裝置 除發(fā)電機和輸電線外的無功電源主要有:①并聯電容器組是一種(zhǒng)靜态的無功補償裝置。用它進(jìn)行的補償稱爲并聯電容補償。②同步調相機;③靜止無功補償器。後(hòu)兩(liǎng)者屬于動态的無功補償裝置。3種(zhǒng)無功補償裝置的性能(néng)比較見表。
另外,在遠方水電站和坑口火電廠等的出線母線上,長(cháng)距離輸電線的兩(liǎng)側線路上,以及長(cháng)距離輸電線的開(kāi)關站等地方接有并聯電抗器,也是一種(zhǒng)無功補償裝置。用其進(jìn)行的補償稱爲并聯電抗補償。遠方電站出口母線上的并聯電抗器主要是吸收發(fā)電機所發(fā)的無功功率,以使發(fā)電機能(néng)運行在合理的功率因數下而又避免無功的長(cháng)距離輸送。長(cháng)距輸電級上配置的并聯電抗器,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态和暫态過(guò)電壓。