電力系統(tǒng)電壓與無(wú)功補(bǔ)償

文章摘要：現(xiàn)代生產(chǎn)和現(xiàn)代生活離不開(kāi)電力。電力部門(mén)不僅要滿足用戶(hù)對(duì)電力數(shù)量不斷增長(zhǎng)的需要，而且也要滿足對(duì)電能質(zhì)量上的要求。所謂電能質(zhì)量，主要是指所提供電能的電壓、頻率和波形是否合格，在合格的電能下工作，用電設(shè)備性能最好、效率最高，電壓質(zhì)量是電能質(zhì)量的一

現(xiàn)代生產(chǎn)和現(xiàn)代生活離不開(kāi)電力。電力部門(mén)不僅要滿足用戶(hù)對(duì)電力數(shù)量不斷增長(zhǎng)的需要，而且也要滿足對(duì)電能質(zhì)量上的要求。所謂電能質(zhì)量，主要是指所提供電能的電壓、頻率和波形是否合格，在合格的電能下工作，用電設(shè)備性能最好、效率最高，電壓質(zhì)量是電能質(zhì)量的一個(gè)重要方面，同時(shí)，電壓質(zhì)量的高低對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行也起著至關(guān)重要的作用。  
1. 電壓與無(wú)功補(bǔ)償  
電壓顧名思義就是電(力)的壓力。在電壓的作用下電能從電源端傳輸?shù)接脩?hù)端，驅(qū)動(dòng)用電設(shè)備工作。  
交流電力系統(tǒng)需要電源供給兩部分能量，一部分將用于作功而被消耗掉，這部分電能將轉(zhuǎn)換為機(jī)械能、光能、熱能或化學(xué)能，我們稱(chēng)為“有功功率”。另一部分能量是用來(lái)建立磁場(chǎng)，用于交換能量使用的，對(duì)于外部電路它并沒(méi)有作功，由電能轉(zhuǎn)換為磁能，再由磁能轉(zhuǎn)換為電能，周而復(fù)始，并沒(méi)有消耗，這部分能量我們稱(chēng)為“無(wú)功功率”，無(wú)功是相對(duì)于有功而言，不能說(shuō)無(wú)功是無(wú)用之功，沒(méi)有這部分功率，就不能建立感應(yīng)磁場(chǎng)，電動(dòng)機(jī)、變壓器等設(shè)備就不能運(yùn)轉(zhuǎn)。在電力系統(tǒng)中，除了負(fù)荷無(wú)功功率外，變壓器和線路的電抗上也需要大量無(wú)功功率。  
國(guó)際電工委員會(huì)給出的無(wú)功功率的定義是：電壓與無(wú)功電流的乘積為無(wú)功功率。其物理意義是：電路中電感元件與電容元件活動(dòng)所需要的功率交換稱(chēng)為無(wú)功功率。  
電容和電感并聯(lián)接在同一電路時(shí)，當(dāng)電感吸收能量時(shí)，正好電容釋放能量；電感放出能量時(shí)，電容正好吸收能量。能量就在它們中間互相交換。即電感性負(fù)荷所需的無(wú)功功率，可以由電容器的無(wú)功輸出得到補(bǔ)償，因此我們把具有電容性的裝置稱(chēng)為“無(wú)功補(bǔ)償裝置”。  
電力系統(tǒng)常用的無(wú)功補(bǔ)償裝置主要是電力電容器和同步調(diào)相機(jī)。  
若電力負(fù)荷的視在功率為S，有功功率為P，無(wú)功功率為Q，有功功率、無(wú)功功率和視在功率之間的關(guān)系可以用一個(gè)直角三角形來(lái)表示，以有功功率和無(wú)功功率各為直角邊，以視在功率為斜邊構(gòu)成直角三角形，有功功率與視在功率的夾角稱(chēng)為功率因數(shù)角。有功功率與視在功率的比值，我們稱(chēng)為功率因數(shù)，用cosf表示，cosf = P/S。它表明了電力負(fù)荷的性質(zhì)。  
  
一般說(shuō)來(lái)，在超高壓電網(wǎng)的線路、變壓器的等值電路中，電抗的數(shù)值比電阻大得多。所以無(wú)功功率對(duì)電壓損耗的影響很大，而有功功率對(duì)電壓損耗的影響則要小得多。因此，可以得出結(jié)論，在電力系統(tǒng)中，無(wú)功功率是造成電壓損耗的主要因素。  
從前面的分析我們知道，當(dāng)線路、變壓器傳輸功率時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電壓損耗，因而影響了電網(wǎng)各處電壓的高低。如果能改變線路、變壓器等電網(wǎng)元件上的電壓損耗，也就改變了電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的電壓狀況。  
由電壓損耗表達(dá)式DU = (PR + QX)/U可知，要改變電壓損耗有兩種辦法。  
（1）改變?cè)�件的電阻；�?）改變?cè)�件的電抗，都能起到改變電壓損耗的作用。  
可采取的一種辦法是增大導(dǎo)線截面減小電阻以減小電壓損耗，這種辦法在負(fù)荷功率因數(shù)較高、原有導(dǎo)線截面偏小的配電線路中比較有效。適宜負(fù)荷不斷增加的農(nóng)村地區(qū)采用。  
而電網(wǎng)中用的最多的辦法是減少線路中的電抗，在超高壓輸電線路中廣泛采用的分裂導(dǎo)線就可以明顯降低線路的電抗。在我國(guó)，220kV線路一般采用二分裂、500kV線路采用四分裂導(dǎo)線。采用分裂導(dǎo)線，降低線路電抗，不僅僅減少了電壓損耗，而且有利于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，能提高線路的輸電能力。現(xiàn)在已逐步采用的緊湊型結(jié)構(gòu)輸電線路，還可以進(jìn)一步降低輸電線路的電抗，不僅提高了電網(wǎng)的穩(wěn)定性，同時(shí)，也降低了線路的電壓損耗。  
減小線路電抗的另一種辦法是采用串聯(lián)電容補(bǔ)償，就是在線路中串聯(lián)一定數(shù)值的電容器，大家知道，同一電流流過(guò)串聯(lián)的電感、電容時(shí)，電感電壓與電容電壓在相位上正好差180度.�詹捎么�聯(lián)電容補(bǔ)償其主要目的也是增加線路的輸電能力，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性，同時(shí)，也降低了線路電壓損耗。  
串聯(lián)電容器補(bǔ)償，現(xiàn)在主要應(yīng)用于超高壓、大容量的輸電線路上，山西大同到北京的500kV輸電線路全長(zhǎng)300多km，在加裝了串聯(lián)電容補(bǔ)償后電網(wǎng)線損降低，電壓質(zhì)量改善，電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性得到加強(qiáng)，而且輸電能力提高了30%以上。  
為了更直觀的說(shuō)明改變電抗對(duì)降低電路電壓損耗的作用，我們舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子：  
有一110kV線路，輸送有功功率15MW，無(wú)功功率20Mvar，線路電阻R為2W，線路電抗XL為6W(這里只是假設(shè)的數(shù)值，因線路的電抗和線路的長(zhǎng)度、截面、材料，結(jié)構(gòu)等諸多因素有關(guān)，計(jì)算比較復(fù)雜)  
求：在電抗XL = 6W和經(jīng)補(bǔ)償后電抗XL = 2W時(shí)的壓降。  
解：XL = 6W時(shí)電壓損耗：  
DU = （PR + QXL）/U = （15×106×2 + 20×106×6）/（110×103×31/2） = 788（V）  
XL = 2W時(shí)電壓損耗：  
DU = （PR + QXL）/U = （15×106×2 + 20×106×2）/（110×103×31/2） = 368（V）  
減少電壓損耗 = 788V - 368V = 420V。  
降低電抗后對(duì)提高電壓的作用顯而易見(jiàn)。 
除了用改變電力網(wǎng)參數(shù)來(lái)減少電壓損耗以外，改變電壓損耗的另一個(gè)重要方面是改變電網(wǎng)元件中傳輸?shù)墓β省＜锤淖儽磉_(dá)式中的P和Q的大小，在滿足負(fù)荷有功功率的前提下，要改變供電線路、變壓器傳輸?shù)挠泄�功率，是比較困難的，常常是不可能的。因此，改變線路、變壓器傳輸功率都是改變其無(wú)功功率，使表達(dá)式中的Q減少。由此我們引出無(wú)功功率的幾個(gè)非常重要的關(guān)鍵的概念。


無(wú)功功率補(bǔ)償概念:當(dāng)今電廠受水、環(huán)保等多方面的制約，它的位置越來(lái)越遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，即使建在靠近負(fù)荷點(diǎn)，由于單機(jī)容量越來(lái)越大，發(fā)電機(jī)的額定功率因數(shù)也越來(lái)越高，這樣，電網(wǎng)實(shí)際接受的無(wú)功功率就越來(lái)越少，單靠發(fā)電機(jī)發(fā)出的無(wú)功功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足電網(wǎng)對(duì)無(wú)功功率的需要，必須配

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