DQZHAN訊：無功功率補(bǔ)償基礎(chǔ)知識*易懂版本
1.什么是無功功率
電網(wǎng)中電力設(shè)備大多是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的，他們在能量轉(zhuǎn)換過程中建立交變的磁場，在一個(gè)周期內(nèi)吸收的功率和釋放的功率相等。電源能量在通過純電感或純電容電路時(shí)并沒有能量損耗，僅在負(fù)荷與電源之間往復(fù)交換，在三相之間流動(dòng)，由于這種交換功率不對外做功，因此稱為無功功率。
無功功率分為：
感性無功：電流矢量滯后于電壓矢量90度，如電動(dòng)機(jī)、變壓器、晶閘管變流設(shè)備等；
容性無功：電流矢量超前于電壓矢量90度，如電容器、電纜輸配電線路等；
基波無功：與電源頻率相等的無功（50Hz）；
諧波無功：與電源頻率不相等的無功。
從物理概念來解釋感性無功功率：由于電感線圈是貯藏磁場能量的元件，當(dāng)線圈加上交流電壓后，電壓交變時(shí)，相應(yīng)的磁場能量也隨著變化。當(dāng)電壓增大，電流及磁場能量也就相應(yīng)加強(qiáng)，此時(shí)線圈的磁場能量就將外電源供給的能量以磁場能量形式貯藏起來；當(dāng)電流減小和磁場能量減弱時(shí)，線圈把磁場能量釋放并輸回到外面電路中。交流電感電路不消耗功率，電路中僅是電源能量與磁場能量之間的往復(fù)轉(zhuǎn)換。
從物理概念來解釋容性無功功率：由于電容器是貯藏電場能量的元件，當(dāng)電容器加上交流電壓后，電壓交變時(shí)，相應(yīng)的電場能量也隨著變化。當(dāng)電壓增大，電流及電場能量也就相應(yīng)加強(qiáng)，此時(shí)電容器的電場能量就將外電源供給的能量以電場能量形式貯藏起來；當(dāng)電壓減小和電場能量減弱時(shí)，電容器把電場能量釋放并輸回到外面電路中。交流電容電路不消耗功率，電路中僅是電源能量與電場能量之間的往復(fù)轉(zhuǎn)換。
2.功率因數(shù)
實(shí)際供用電系統(tǒng)中的電力負(fù)荷并不是純感性或純?nèi)菪缘?，是既有電感或電容，又有電阻的?fù)載。這種負(fù)載的電壓和電流的相量之間存在著一定的相位差，相位角的余弦稱為功率因數(shù)，又稱力率，它是有功功率與視在功率之比。
三相功率因數(shù)的計(jì)算公式為：
式中：cosΦ——功率因數(shù)；P——有功功率，kW；Q——無功功率，kvar；S——視在功率，kVA
功率因數(shù)通常分為自然功率因數(shù)、瞬時(shí)功率因數(shù)和加權(quán)平均功率因數(shù)三種。在三相對稱電路中，各相電壓、電流為對稱，功率因數(shù)也相同。那么三相電路總的功率因數(shù)就等于各相的功率因數(shù)。
我國對功率因數(shù)有一定要求，對供電公司的要**110kV站，功率因數(shù)在0.95~0.98之間；220kV站，功率因數(shù)在0.95以上。對用戶的要**100kVA以上的變壓器，功率因數(shù)大于0.9。對農(nóng)灌的要**100kVA以上的變壓器，功率因數(shù)大于0.8。
3.無功補(bǔ)償
電力系統(tǒng)中，不但有功功率要平衡，無功功率也要平衡。有功功率、無功功率、視在功率之間的相量關(guān)系如圖所示。
由式cosΦ=P/S可知，在一定的有功功率下，功率因數(shù)cosΦ越小，所需的無功功率越大。為滿足用電的需求，供電線路和變壓器的容量就需要增加，這樣不僅要增加供電投資、降低設(shè)備利用率，也將增加線路損耗。為了提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效率，根據(jù)電網(wǎng)中的無功類型，人為的補(bǔ)償容性無功或感性無功來抵消線路的無功功率。
無功補(bǔ)償?shù)闹饕饔镁褪翘岣吖β室驍?shù)以減少設(shè)備容量和功率損耗、穩(wěn)定電壓和提高供電質(zhì)量，在長距離輸電中提高輸電穩(wěn)定性和輸電能力以及平衡三相負(fù)載的有功和無功功率。安裝并聯(lián)電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償，可限制無功功率在電網(wǎng)中的傳輸，相應(yīng)減少了線路的電壓損耗，提高了配電網(wǎng)的電壓質(zhì)量。無功補(bǔ)償主要有以下幾方面的作用。
1）提高電壓質(zhì)量
把線路中電流分為有功電流Ia和無功電流Ir，則線路中的電壓損失：
式中：P——有功功率，kW；Q——無功功率，kvar；U——額定電壓，kV；R——線路總電阻，Ω；XI——線路感抗，Ω
因此，提高功率因數(shù)后可減少線路上傳輸?shù)臒o功功率Q，若保持有功功率不變，而R、XI均為定值，無功功率Q越小，電壓損失越小，從而提高了電壓質(zhì)量。
2）提高變壓器的利用率，減少投資
功率因數(shù)由cosΦ1提高到cosΦ2提高變壓器利用率為：
由此可見，補(bǔ)償后變壓器的利用率比補(bǔ)償前提高ΔS%，可以帶更多的負(fù)荷，減少了輸變電設(shè)備的投資。
3）減少用戶電費(fèi)支出
a．可避免因功率因數(shù)低于規(guī)定值而受罰；
b．可減少用戶內(nèi)部因傳輸和分配無功功率造成的有功功率損耗，電費(fèi)可相應(yīng)降低。
4）提高電力網(wǎng)傳輸能力
有功功率與視在功率的關(guān)系式為：P=ScosΦ，可見在傳輸一定有功功率的條件下，功率因數(shù)越高，需要電網(wǎng)傳輸?shù)墓β试叫 ?
4.無功補(bǔ)償?shù)陌才欧绞?
集中補(bǔ)償：裝設(shè)在企業(yè)或地方總變電所6~35kV母線上，可減少高壓線路的無功損耗，而且能提高本變電所的供電電壓質(zhì)量。
分散補(bǔ)償：裝設(shè)在功率因數(shù)較低的車間或村鎮(zhèn)終端變、配電所的高壓或低壓母線上。這種方式與集中補(bǔ)償有相同的優(yōu)點(diǎn)，但無功容量較小，效果較明顯。
就地補(bǔ)償：裝設(shè)在異步電動(dòng)機(jī)或電感性用電設(shè)備附近，就地進(jìn)行補(bǔ)償。這種方式既能提高用電設(shè)備供電回路的功率因數(shù)，又能改變用電設(shè)備的電壓質(zhì)量。
無功補(bǔ)償?shù)墓?jié)能只是降低了補(bǔ)償點(diǎn)至發(fā)電機(jī)之間的供電損耗，所以高壓側(cè)的無功補(bǔ)償不能減少低壓網(wǎng)側(cè)的損耗，也不能使低壓供電變壓器的利用率提高。根據(jù)*佳補(bǔ)償理論，就地補(bǔ)償?shù)墓?jié)能效果*為顯著。集中補(bǔ)償與分散補(bǔ)償相結(jié)合，以分散補(bǔ)償為主；調(diào)節(jié)補(bǔ)償與固定補(bǔ)償相結(jié)合，以固定補(bǔ)償為主；高壓補(bǔ)償與低壓補(bǔ)償相結(jié)合，以低壓補(bǔ)償為主。
