無(wú)功功率平衡的概念

文章摘要：如同有功功率平衡一樣，電力系統(tǒng)的無(wú)功功率在每一刻也必須保持平衡。 在電力系統(tǒng)中，頻率與有功功率是一對(duì)統(tǒng)一體，當(dāng)有功負(fù)荷與有功電源出力相平衡時(shí)，頻率就正常，達(dá)到額定值50Hz，而當(dāng)有功負(fù)荷大于有功出力時(shí)，頻率就下降，反之，頻率就會(huì)上升。電壓與無(wú)功

如同有功功率平衡一樣，電力系統(tǒng)的無(wú)功功率在每一刻也必須保持平衡。  
在電力系統(tǒng)中，頻率與有功功率是一對(duì)統(tǒng)一體，當(dāng)有功負(fù)荷與有功電源出力相平衡時(shí)，頻率就正常，達(dá)到額定值50Hz，而當(dāng)有功負(fù)荷大于有功出力時(shí)，頻率就下降，反之，頻率就會(huì)上升。電壓與無(wú)功功率也和頻率與有功功率一樣，是一對(duì)對(duì)立的統(tǒng)一體。當(dāng)無(wú)功負(fù)荷與無(wú)功出力相平衡時(shí)，電壓就正常，達(dá)到額定值，而當(dāng)無(wú)功負(fù)荷大于無(wú)功出力時(shí)，電壓就下降，反之，電壓就會(huì)上升。  
但是，需要說(shuō)明的是電壓與無(wú)功功率之間的關(guān)系要比頻率與有功功率之間的關(guān)系復(fù)雜得多，大體上有以下幾點(diǎn)：  
①              在一個(gè)并列運(yùn)行的電力系統(tǒng)中，任何一點(diǎn)的頻率都是一樣的，而電壓與無(wú)功電力卻不是這樣
的。 
當(dāng)無(wú)功功率平衡時(shí)，整個(gè)電力系統(tǒng)的電壓從整體上看是會(huì)正常的，是可以達(dá)到額定值的，即便是如此，也是指整體上而已，實(shí)際上有些節(jié)點(diǎn)處的電壓并不一定合格，如果無(wú)功不是處于平衡狀態(tài)時(shí)，那么情況就更復(fù)雜了，當(dāng)無(wú)功出力大于無(wú)功負(fù)荷時(shí)，電壓普遍會(huì)高一些，但也會(huì)有個(gè)別地方可能低一些，反之，也是如此。  
②系統(tǒng)需要的無(wú)功功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于發(fā)電機(jī)所能提供的無(wú)功出力，這是由于現(xiàn)代超高壓電網(wǎng)包括各級(jí)變壓器和架空線路在傳送電能時(shí)需要消耗大量的無(wú)功，稱為"無(wú)功損耗"，一般來(lái)說(shuō)，這些無(wú)功損耗與整個(gè)電網(wǎng)中的無(wú)功負(fù)荷的大小是差不多的，我們以一臺(tái)50MVA的110kV變壓器為例來(lái)了解變壓器在運(yùn)行中的無(wú)功損耗情況。  
變壓器的參數(shù)為：Ue = 110kV，Se=50MVA，Uk%=17%，變壓器在傳送電能時(shí)的無(wú)功損耗的計(jì)算式為：  
Q = SeUk%(I/Ie)2
  
式中 I--變壓器的負(fù)荷電流；  
   Ie--變壓器的額定電流，與變壓器的無(wú)功損耗與變壓器的負(fù)載率、變壓器的額定容量及短路阻抗有關(guān)。  
如果這臺(tái)變壓器滿負(fù)荷運(yùn)行，那么它的無(wú)功損耗就是：Q = 50MVA×17%=8.5Mvar  
此時(shí)變壓器的無(wú)功損耗相當(dāng)大，其低壓側(cè)安裝的并聯(lián)電容器組的容量甚至不夠補(bǔ)償變壓器滿負(fù)荷時(shí)的無(wú)功損耗。  
③無(wú)功功率不宜遠(yuǎn)距離輸送，當(dāng)輸送功率與傳送距離達(dá)到一定極限時(shí)，其傳送功率成為不可能，這是由于超高壓等級(jí)的變壓器、線路電抗較大，其無(wú)功損耗Q = I2
X相應(yīng)也很大，所輸送的無(wú)功功率均損耗在變壓器及線路上了。另外，傳送大量的無(wú)功功率時(shí)，線路電壓損失也相當(dāng)大，同樣會(huì)造成無(wú)法傳送的結(jié)果。  
合理的就地?zé)o功補(bǔ)償對(duì)調(diào)整系統(tǒng)電壓、降低線損有十分重要的作用。  
設(shè)有一條110kV線路選用LG-300型導(dǎo)線(導(dǎo)線電阻0.095W/km)線路全長(zhǎng)20km，輸送有功功率30MW，無(wú)功功率40Mvar，下面分別計(jì)算在功率因數(shù)cosf = 0.6和0.9時(shí)線路的功率損耗和應(yīng)補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率。本題只計(jì)算導(dǎo)線電阻的功率損耗，不考慮其它因素。  
1)在cosf = 0.6時(shí)，此時(shí)有功P = 30MW，無(wú)功Q = 40Mvar，視在功率S = 50MVA，電流I = S/U = 50MVA/(110kV×31/2
) = 263A，功率損耗P = I2
·R = 2632
×0.095×20×3 = 394kW。  
2) 在cosf = 0.9時(shí)，此時(shí)有功功率P = 30MW，視在功率S = 33.333MVA，無(wú)功功率Q = 14.528Mvar，I = S/U = 33.333MVA/(110kV×31/2
) = 175A，功率損耗 P = I2
·R = 1752
×0.095×20×3 = 175kW。應(yīng)補(bǔ)償無(wú)功容量 = 40 - 14.528 = 25.472Mvar。  
補(bǔ)償前后有功損耗相差219kW。由計(jì)算結(jié)果可知補(bǔ)償無(wú)功功率25.472Mvar后每小時(shí)可降低線損219kWh。  
無(wú)功補(bǔ)償對(duì)電力系統(tǒng)的重要性越來(lái)越受到重視，合理地投停使用無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，對(duì)調(diào)整電網(wǎng)電壓、提高供電質(zhì)量、抑制諧波干擾、保證電網(wǎng)安全運(yùn)行都有著十分重要的作用。  
無(wú)功補(bǔ)償裝置的合理使用可以給供電企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于像北京電力公司這樣的大企業(yè)來(lái)說(shuō)，線損每降低0.1個(gè)百分點(diǎn)，就可以增加上千萬(wàn)元收入。  
從根本上說(shuō)，要維持整個(gè)系統(tǒng)的電壓水平，就必須有足夠的無(wú)功電源來(lái)滿足系統(tǒng)負(fù)荷對(duì)無(wú)功功率的需求和補(bǔ)償線路和變壓器中的無(wú)功功率損耗。  
如果系統(tǒng)無(wú)功電源不足，則會(huì)使電網(wǎng)處于低電壓水平上的無(wú)功功率平衡，即靠電壓降低、負(fù)荷吸收無(wú)功功率的減少來(lái)彌補(bǔ)無(wú)功電源的不足。同樣，如果由于電網(wǎng)缺乏調(diào)節(jié)手段或無(wú)功補(bǔ)償元件的不合理運(yùn)行使某段時(shí)間無(wú)功功率過(guò)剩，也會(huì)造成整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行電壓過(guò)高。  
我國(guó)電網(wǎng)曾在20世紀(jì)70年代由于缺乏無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)備而長(zhǎng)期處于低電壓運(yùn)行狀態(tài)。有些地方想用調(diào)節(jié)變壓器分接頭的辦法來(lái)解決本地區(qū)電壓低的問(wèn)題。開(kāi)始，這種辦法也有一些效果，某些供電點(diǎn)電壓升高了，但這是以降低別處電壓為代價(jià)的，因?yàn)榭偟臒o(wú)功電源不足，局部地區(qū)電壓升高無(wú)功負(fù)荷增大，必然使別處無(wú)功功率更少、電壓更低。各處普遍采用調(diào)節(jié)變壓器分接頭的結(jié)果，不僅沒(méi)能提高負(fù)荷的供電電壓，而是使得無(wú)功損耗加大，整個(gè)系統(tǒng)低電壓?jiǎn)栴}更加嚴(yán)重。在這種情況下，首要的問(wèn)題應(yīng)該是增加無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)備。  
低壓運(yùn)行同時(shí)對(duì)電網(wǎng)安全帶來(lái)巨大危害，系統(tǒng)穩(wěn)定性差，十分脆弱，經(jīng)受不起事故異常及負(fù)荷強(qiáng)烈變化對(duì)系統(tǒng)的沖擊、十分容易造成大面積的停電和系統(tǒng)瓦解的后果，國(guó)內(nèi)外均有此先例。 


各種無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備及補(bǔ)償方式:下面我們介紹各種無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)備及補(bǔ)償方式。 3.1同步調(diào)相機(jī) 同步調(diào)相機(jī)實(shí)質(zhì)上是一種不帶機(jī)械負(fù)載的同步電動(dòng)機(jī)，它是最早采用的一種無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，在并聯(lián)電容器得到大量采用后，它退居次要地位。其主要缺點(diǎn)是投資大，運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜。因此，許多國(guó)家不再新增

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