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【摘 要】 在供电系统中，无功功率的需要量很大，如果没有无功补偿，会使线路及变压器的压降增大、线损增大、设备容量增大，甚至会使电网电压剧烈波动，等等，产生很多不良影响，所以供电系统引入了无功补偿技术。无功补偿技术是一项很关键的技术，在供电系统中得到了广泛的应用。本文阐述了无功补偿技术的必要性，无功补偿技术的常见方式及特点以及无功补偿技术在供电系统中的应用。
【关键词】 无功功率;无功补偿;供电系统;应用
一、无功补偿技术应用的必要性
电网中的电力负荷如异步电动机、感应电炉、交流电焊机、变压器、照明灯具等，大部分属于感性负荷，在运行过程中需向这些设备提供相应的无功功率。电力輸电线路具有分布电容，在电压下将产生容性无功功率，也就是说线路要吸收感性无功。在电力系统中，发电机是唯一的有功电源，同时也是基本的无功电源。如果我们只依靠发电机来提供无功功率的话，电力系统中之间由于无功功率不断地来回地交换会引起发电、输电及供配电设备上的电压损耗及功率损失，况且发电机发出的视在功率等于有功功率与无功功率的矢量和，提供的无功功率多时，提供的有功功率就少了，这种运行方式也是很不经济的。假如系统用这种方式运行，由于各种感性无功负荷离发电机太远，无功功率不断地在这些点之间来回地流动，会导致线损增大。此时还会增加发电机、变压器等设备以及导线的容量，还会使测量仪表的选型规格加大，导致投资费用增大。何况上述运行方式下，提供的无功功率是很有限的，对于整个电力系统来说，对无功功率的需求是很大的。当无功功率不足时，会使线路及变压器的压降增大，如果是冲击性无功功率负载，会产生电压剧烈波动，使供电质量严重降低。当电压降落时，会对许多设备的运行产生不良影响。比如电压降落过多，电动机可能无法启动;当电压降低，电动机电流会显著增大，绕组温度升高，严重情况下会使电动机烧毁。所以供电系统中引入了无功补偿技术。
在电网中安装并联电容器等无功补偿设备以后，可以提供感性负载所消耗的无功功率，减少了电网电源向感性负荷提供的无功功率，由于减少了无功功率在电网中的流动，因此可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗，这就是无功补偿。所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。
二、无功补偿技术的常见方式及特点
在电力网的运行中，功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度。因此希望功率因数越大越好。这样电网中的无功功率可以降到最小，视在功率将大部分用来供给有功功率，从而提高电能输送的功率。无功补偿的方法主要有三种，它们是：低压个别补偿、低压集中补偿、高压集中补偿。
低压个别补偿就是根据个别用电设备对无功的需要量将单台或者多台低压电容器组分散地与用电设备并接，它与用电设备共用一套断路器。通过控制、保护装置与电动机同时投切。随机补偿适用于个别大容量而且连续运行的无功负荷，以补励磁无功为主。低压个别补偿的优点是：用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停止时，补偿设备退出，因此不会造成无功倒送。当电动机与无功补偿设备同事投切，电动机可作为放电设备，不需要再设其他放电设备。具有投资少、占位少、安装容易、配置灵活、维护简单、可靠性高等优点。低压个别补偿方式主要适用于长期连续运行，而且容量较大的电动机。
低压集中补偿是指将低压电容器通过低压开关接在配电变压器的低压母线侧，以无功补偿投切装置作为控制保护装置，根据低压母线上的无功负荷而直接控制电容器组的投切。电容器的投切是整组进行，做不到平滑的调节。低压补偿的优点：能方便的同电容器组的自动投切装置配套，自动追踪无功功率变化而改变用户的补偿容量，避免在总的补偿水平上产生过补偿或欠补偿，从而使用户功率因数始终保持在规定范围之内。在这种意义上讲，可使用户达到最优补偿。同时运行维护工作量小、使无功就地平衡，从而提高配变利用率，降低电网损耗，具有较高的经济性，是目前无功补偿中最常用的技术手段。缺点是这种方式只能减少装设点以上线路和变压器因输送无功功率所造成的损耗，而不能减少用户内部通过配电线路向用电设备输送无功功率所造成的损耗。其降损节电效益必然受到限制。
高压集中补偿是指将并联电容器组直接装在变电所的6～10V高压母线上的补偿方式。适用于用户远离变电所或在供电线路的末端，用户本身又有一定的高压负荷时，可以减少对电力系统无功的消耗并可以起到一定的补偿作用。补偿装置根据负荷的大小自动投切，从而合理地提高了用户的功率因数，避免功率因数减低导致电费的增加。同时便于运行维护，补偿效益高。
三、无功补偿技术在供电系统中的应用实例
某光纤生产企业二期负荷设备功率2053kW，计算负荷有功功率为1350kW，无功功率997kW，视在功率为1677kW，变压器负荷率72%。如果不采用无功补偿，功率因数为0.78，远远达不到供电局对电网功率因数的要求，满足不了设备所需的无功功率。因此引入低压集中无功补偿。补偿容量为600kVar，补偿后的功率因数为0.95，能够达到国家规定的标准要求。本案例中选用两台无功补偿柜，单柜补偿容量为300kVar，无功补偿电容器额定容量采用50kVar，每个无功补偿柜6组，供12组。在电力系统中，电气设备所产生的高次谐波电流将引起系统中电压波形的畸变，是对电网的一大公害，它将严重影响电容器组的正常工作。因此必须采取加装串联电抗器的办法对高次谐波加以抑制。加入电抗器以后，对基波不会有大的影响，但是对谐波来说却影响较大。这些非正弦波形可以用数学分析的方法分解成工频的基波和各次谐波。但对电容器来讲，一般不存在偶次谐波，因此只考虑3、5、7、9等高次谐波的影响。在这些谐波中以5次谐波的影响最大。所以为了消除5次谐波的影响，选择电容的电抗系数为7%。电容器的耐压等级的选择也是很重要的方面。电容器额定电压选取一般比电气设备额定运行电压高5%，本项目电容器额定电压取450V。为了给无功补偿柜中的电容器很好的散热，无功补偿柜采用两个风扇。
采用低压无功补偿装置后，提高了供配电设备的供电能力、降低了电能损耗、提高了电压质量。供配电设备的供电能力主要由线路输出能力和配电变压器的容量来决定的，对于一定容量的用电负载，当其有功功率为一定值时，功率因数越低，需要提供的电流越大。进行无功补偿后，负荷需要的无功部分由补偿电容器来提供，线路和变压器只需要提供有功功率即可，因此线路和变压器上的电流大大的降低，变压器与线路上的损耗与电流的平方成正比，因此电流减少，损耗也就大大减少了。供电线路上的电压损耗与通过的电流成正比，补偿后的线路上的电流明显减少，线路上的电压损耗也就大大降低，提高了供电末端电压，因此提高了供电末端的电压质量。由于安装了低压集中无功补偿装置后，供电线路和变压器的电流降低，降低了供电线路和变压器的有功功率损耗，提高了系统的功率因数。因此也减小了电费开支，为企业节约了运行成本。
四、结束语
综上所述，无功补偿技术是供电领域中一项非常关键的技术，它的使用可以降低输电线路以及变压器的电能损耗，提高了功率因数和供电效率、改善了供电末端电压质量。具体到设计和使用过程中，要根据用户的实际情况进行综合分析，合理选择补偿方式。确定补偿方式以后，根据负荷大小和负荷种类合理选择补偿容量和补偿设备，做出最优的设计方案，达到最佳的补偿效果。
参考文献：
[1]中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册.中国电力出版社，2013.
[2]郭媛，宋起超.工厂供电.哈尔滨工业大学出版社，2012.
[3]中国建筑东北设计研究院.民用建筑电气设计规范.中国建筑工业出版社，2008.
[4]赵刚.低压无功补偿装置应用经验.四川电力技术，2007.
作者简介：郭烨华（1978年1月），性别：女，籍贯：山东荣成中级职称，从事建筑设计行业。
【关键词】 无功功率;无功补偿;供电系统;应用
一、无功补偿技术应用的必要性
电网中的电力负荷如异步电动机、感应电炉、交流电焊机、变压器、照明灯具等，大部分属于感性负荷，在运行过程中需向这些设备提供相应的无功功率。电力輸电线路具有分布电容，在电压下将产生容性无功功率，也就是说线路要吸收感性无功。在电力系统中，发电机是唯一的有功电源，同时也是基本的无功电源。如果我们只依靠发电机来提供无功功率的话，电力系统中之间由于无功功率不断地来回地交换会引起发电、输电及供配电设备上的电压损耗及功率损失，况且发电机发出的视在功率等于有功功率与无功功率的矢量和，提供的无功功率多时，提供的有功功率就少了，这种运行方式也是很不经济的。假如系统用这种方式运行，由于各种感性无功负荷离发电机太远，无功功率不断地在这些点之间来回地流动，会导致线损增大。此时还会增加发电机、变压器等设备以及导线的容量，还会使测量仪表的选型规格加大，导致投资费用增大。何况上述运行方式下，提供的无功功率是很有限的，对于整个电力系统来说，对无功功率的需求是很大的。当无功功率不足时，会使线路及变压器的压降增大，如果是冲击性无功功率负载，会产生电压剧烈波动，使供电质量严重降低。当电压降落时，会对许多设备的运行产生不良影响。比如电压降落过多，电动机可能无法启动;当电压降低，电动机电流会显著增大，绕组温度升高，严重情况下会使电动机烧毁。所以供电系统中引入了无功补偿技术。
在电网中安装并联电容器等无功补偿设备以后，可以提供感性负载所消耗的无功功率，减少了电网电源向感性负荷提供的无功功率，由于减少了无功功率在电网中的流动，因此可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗，这就是无功补偿。所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。
二、无功补偿技术的常见方式及特点
在电力网的运行中，功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度。因此希望功率因数越大越好。这样电网中的无功功率可以降到最小，视在功率将大部分用来供给有功功率，从而提高电能输送的功率。无功补偿的方法主要有三种，它们是：低压个别补偿、低压集中补偿、高压集中补偿。
低压个别补偿就是根据个别用电设备对无功的需要量将单台或者多台低压电容器组分散地与用电设备并接，它与用电设备共用一套断路器。通过控制、保护装置与电动机同时投切。随机补偿适用于个别大容量而且连续运行的无功负荷，以补励磁无功为主。低压个别补偿的优点是：用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停止时，补偿设备退出，因此不会造成无功倒送。当电动机与无功补偿设备同事投切，电动机可作为放电设备，不需要再设其他放电设备。具有投资少、占位少、安装容易、配置灵活、维护简单、可靠性高等优点。低压个别补偿方式主要适用于长期连续运行，而且容量较大的电动机。
低压集中补偿是指将低压电容器通过低压开关接在配电变压器的低压母线侧，以无功补偿投切装置作为控制保护装置，根据低压母线上的无功负荷而直接控制电容器组的投切。电容器的投切是整组进行，做不到平滑的调节。低压补偿的优点：能方便的同电容器组的自动投切装置配套，自动追踪无功功率变化而改变用户的补偿容量，避免在总的补偿水平上产生过补偿或欠补偿，从而使用户功率因数始终保持在规定范围之内。在这种意义上讲，可使用户达到最优补偿。同时运行维护工作量小、使无功就地平衡，从而提高配变利用率，降低电网损耗，具有较高的经济性，是目前无功补偿中最常用的技术手段。缺点是这种方式只能减少装设点以上线路和变压器因输送无功功率所造成的损耗，而不能减少用户内部通过配电线路向用电设备输送无功功率所造成的损耗。其降损节电效益必然受到限制。
高压集中补偿是指将并联电容器组直接装在变电所的6～10V高压母线上的补偿方式。适用于用户远离变电所或在供电线路的末端，用户本身又有一定的高压负荷时，可以减少对电力系统无功的消耗并可以起到一定的补偿作用。补偿装置根据负荷的大小自动投切，从而合理地提高了用户的功率因数，避免功率因数减低导致电费的增加。同时便于运行维护，补偿效益高。
三、无功补偿技术在供电系统中的应用实例
某光纤生产企业二期负荷设备功率2053kW，计算负荷有功功率为1350kW，无功功率997kW，视在功率为1677kW，变压器负荷率72%。如果不采用无功补偿，功率因数为0.78，远远达不到供电局对电网功率因数的要求，满足不了设备所需的无功功率。因此引入低压集中无功补偿。补偿容量为600kVar，补偿后的功率因数为0.95，能够达到国家规定的标准要求。本案例中选用两台无功补偿柜，单柜补偿容量为300kVar，无功补偿电容器额定容量采用50kVar，每个无功补偿柜6组，供12组。在电力系统中，电气设备所产生的高次谐波电流将引起系统中电压波形的畸变，是对电网的一大公害，它将严重影响电容器组的正常工作。因此必须采取加装串联电抗器的办法对高次谐波加以抑制。加入电抗器以后，对基波不会有大的影响，但是对谐波来说却影响较大。这些非正弦波形可以用数学分析的方法分解成工频的基波和各次谐波。但对电容器来讲，一般不存在偶次谐波，因此只考虑3、5、7、9等高次谐波的影响。在这些谐波中以5次谐波的影响最大。所以为了消除5次谐波的影响，选择电容的电抗系数为7%。电容器的耐压等级的选择也是很重要的方面。电容器额定电压选取一般比电气设备额定运行电压高5%，本项目电容器额定电压取450V。为了给无功补偿柜中的电容器很好的散热，无功补偿柜采用两个风扇。
采用低压无功补偿装置后，提高了供配电设备的供电能力、降低了电能损耗、提高了电压质量。供配电设备的供电能力主要由线路输出能力和配电变压器的容量来决定的，对于一定容量的用电负载，当其有功功率为一定值时，功率因数越低，需要提供的电流越大。进行无功补偿后，负荷需要的无功部分由补偿电容器来提供，线路和变压器只需要提供有功功率即可，因此线路和变压器上的电流大大的降低，变压器与线路上的损耗与电流的平方成正比，因此电流减少，损耗也就大大减少了。供电线路上的电压损耗与通过的电流成正比，补偿后的线路上的电流明显减少，线路上的电压损耗也就大大降低，提高了供电末端电压，因此提高了供电末端的电压质量。由于安装了低压集中无功补偿装置后，供电线路和变压器的电流降低，降低了供电线路和变压器的有功功率损耗，提高了系统的功率因数。因此也减小了电费开支，为企业节约了运行成本。
四、结束语
综上所述，无功补偿技术是供电领域中一项非常关键的技术，它的使用可以降低输电线路以及变压器的电能损耗，提高了功率因数和供电效率、改善了供电末端电压质量。具体到设计和使用过程中，要根据用户的实际情况进行综合分析，合理选择补偿方式。确定补偿方式以后，根据负荷大小和负荷种类合理选择补偿容量和补偿设备，做出最优的设计方案，达到最佳的补偿效果。
参考文献：
[1]中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册.中国电力出版社，2013.
[2]郭媛，宋起超.工厂供电.哈尔滨工业大学出版社，2012.
[3]中国建筑东北设计研究院.民用建筑电气设计规范.中国建筑工业出版社，2008.
[4]赵刚.低压无功补偿装置应用经验.四川电力技术，2007.
作者简介：郭烨华（1978年1月），性别：女，籍贯：山东荣成中级职称，从事建筑设计行业。