电力系统科技论文(2)
电力系统科技论文篇二
电力系统无功分析
摘 要：电力系统无功在电能传输、维持电网电压起着至关重要的作用，但同时系统传输较多的无功会较低变压器的利用率，也会减小电网的传输能力，因此电力系统无功的平衡就显得尤为突出，对无功需求较大的地区进行合理的无功补偿也是在电网和经济发展应该合理考虑的重要问题。
关键词：电力系统 无功 功率因素 无功补偿
中图分类号：TM743 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2014)04(c)-0087-01
在电网中，由电源供给负载的电功率有两种：一种是有功功率，另一种是无功功率。有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量如：机械能、光能、热能等，这些能量我们能够以视觉或触觉感觉到。无功功率比较抽象，是我们无法凭视觉或触觉发觉得，电网中电力设备大多是根据电磁感应原理工作的，他们在能量转换过程中建立交变的磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等。电源能量在通过纯电感或纯电容电路时并没有能量消耗，仅在负荷与电源之间往复交换，在三相之间流动，由于这种交换功率不对外做功，因此称为无功功率。
无功功率决不是无用功率，它的用处很大。电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动，从而带动机械运动，电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。因此，没有无功功率，变压器也不能变压，电动机就不会转动，交流接触器不会吸合。由此可见无功并不是无用之功。为了保证电力系统的正常运行，无功必不可少，在电网的能量传输中，必须考虑无功的传输。但是系统中过多的考虑无功的输送，必定会减少有功的传输，这就制约负荷端对有功的需求，降低了对电网、变压器的利用率这也不是电网发展追求的目的。输送过多无功功率对供、用电产生的不良影响，主要表现在：
(1)视在功率一定时，增加无功功率就要降低输、变电设备的供电能力。
(2)降低发电机有功功率的输出。
(3)电网内过多无功功率的流动会造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。
(4)当无功缺额情况严重时，用户将竭力调用大容量用电设备，使功率因数进一步降低，系统无功负荷愈加愈大，电压水平更低，形成恶性循环，最后造成电压崩溃，系统瓦解而大面积停电。
由上可见电力系统发送过多的无功而带来的不足。如果电力系统只发送有功，那么系统中的变压器由于缺少无功就无法正常进行变配电。所以发电机必须保证线路的无功损耗和变压器的最小无功需要。那么负荷所需要的无功从哪里来，考虑到上面讲述的内容，我们在输电的过程中要尽可能的减少无功输送，从发电机和高压输电线供给的无功功率，一般满足不了负荷的需要，对于负荷侧无功需求我们可以考虑通过无功补偿进行实现。
无功补偿的主要作用就是提高功率因数以减少设备容量和功率损耗、稳定电压和提高供电质量，在长距离输电中提高输电稳定性和输电能力以及平衡三相负载的有功和无功功率。进行无功补偿的具体作用表现如下：
(1)提高电压质量
把线路中电流分为有功电流Ia和无功电流Ir，则线路中的电压损失：
式中： P―有功功率，kW Q―无功功率，kvar
U―额定电压，kV R―线路总电阻，Ω
Xl―线路感抗，Ω
因此，提高功率因数后可减少线路上传输的无功功率Q，若保持有功功率不变，而R、Xl均为定值，无功功率Q越小，电压损失越小，从而提高了电压质量。
(2)提高变压器的利用率，减少投资
功率因数由cosφ1提高到cosφ2提高变压器利用率为：
由此可见，补偿后变压器的利用率比补偿前提高ΔS%，可以带更多的负荷，减少了输变电设备的投资。
(3)减少用户电费支出
①可避免因功率因数低于规定值而受罚。
②可减少用户内部因传输和分配无功功率造成的有功功率损耗，电费可相应降低。
(4)提高电力网传输能力
有功功率与视在功率的关系式为：P=Scosφ。可见，在传输一定有功功率的条件下，功率因数越高，需要电网传输的功率越小。
在电网中影响功率因素变化的因素如此之多，所以要想维持电网中功率因素的稳定绝非易事，这就需要在电网中无功消耗多的用电设备加上无功补偿装置，无功补偿通常采用的方法主要有3种：低压集中补偿、低压个别补偿、高压集中补偿。下面简单介绍这3种补偿方式的适用范围及使用该种补偿方式的优缺点：
(1)低压集中补偿，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的投切。低压集中补偿的优点：接线简单、运行维护工作量小，使无功就地平衡，从而提高配变利用率，降低网损，具有较高的经济性，是目前无功补偿中常用的手段之一。
(2)低压个别补偿：，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、保护装置与电机同时投切。随机补偿适用于补偿个别大容量且连续运行(如大中型异步电动机)的无功消耗，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，用电设备停运时，补偿设备也退出，因此不会造成无功倒送。具有投资少、安装容易、占位小、配置方便灵活、维护简单、事故率低等优点。
(3)高压集中补偿，高压集中补偿是指将并联电容器组直接装在变电所的6～10 kV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，避免功率因数降低导致电费的增加。同时便于运行维护，补偿效益高。
电力系统中无功平衡是衡量电能质量的重要指标，无功过低或过高都会对电力系统造成影响，因此，无功深入分析是一项很重要的工作，也是这篇文章意义所在。
参考文献
[1] 李梅兰，卢文鹏.电力系统分析[M].中国电力出版社，2010.
[2] 李宏仲.地区电网无功补偿与电压无功控制[M].机械工业出版社，2012.
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