引言

無功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用于電氣自動(dòng)化系統(tǒng)不僅降低了無功功率，節(jié)約了電能損耗，也是一個(gè)必然的趨勢。供電企業(yè)對(duì)用戶輸送的三相交流功率中兩種功率，指的是有功功率和無功功率。一般供電企業(yè)可以對(duì)用戶收取有功電度的電費(fèi)，而不能向用戶收取無功電度的電費(fèi)。但是隨著負(fù)荷電量使用量急劇增長，無功電也成為不忽視的一部分用電。所以必須針對(duì)在電力系統(tǒng)中產(chǎn)生的無功電進(jìn)行無功補(bǔ)償，電能計(jì)量才能更好準(zhǔn)確地為供電企業(yè)和用戶。

1.影響電能計(jì)量偏差的因數(shù)

由于無功負(fù)荷急劇增長，不只在大型工業(yè)企業(yè)還有居民生活和樓宇用電電量的增大，無功電也越大。由于大型工業(yè)企業(yè)的無功電沒有得到重視，沒有對(duì)功率因數(shù)考核，透漏無功電也查處，致使功率因數(shù)偏低，設(shè)備利用不充分，線路損耗增大。近年來居民生活和樓宇用電大量使用大功率電器，用電比重急劇上升，無功用電量比重也在上升，三相表計(jì)基本上都具有無功計(jì)量功能，所以必須考慮重視這部分無功用電的問題。

1.1 發(fā)電設(shè)備和容性負(fù)載

用戶需要的能量是指電網(wǎng)輸出的有功功率，一般是通過用電設(shè)備把電能轉(zhuǎn)換成熱能、機(jī)械能、聲能或化學(xué)能等。用戶不需要的部分或者是無功功率，因?yàn)闊o功功率沒有通過用電設(shè)備轉(zhuǎn)換成能量，對(duì)用戶來說不能發(fā)揮用處。所以無功補(bǔ)償就是把具有容性功率負(fù)荷的裝置與感性功率負(fù)荷并聯(lián)接在同一電路，能量在兩種負(fù)荷之間相互交換。這樣，感性負(fù)荷所需要的無功功率可由容性負(fù)荷輸出的無功功率來補(bǔ)償。

1.2 三相電流不平衡

在理論上把三相不平衡分為三相平衡的正序、負(fù)序和零序三個(gè)電流分量。負(fù)序和零序分量會(huì)對(duì)電能計(jì)量儀表的精確度有偏差。零序電流是配電變壓器在三相負(fù)載不平衡工況下產(chǎn)生的，并隨著三相負(fù)載不平衡的程度變化而變化，不平衡程度越大，零序電流就越大。零序電流的存在就會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行中的配電變壓器鐵芯中產(chǎn)生零序磁通，零序磁通只能從油箱壁及鋼構(gòu)件通過，是鋼構(gòu)件的導(dǎo)磁率降低，鋼構(gòu)件局部發(fā)熱，致使配變的繞組絕緣過熱而老化加快，設(shè)備壽命降低。即使在高壓側(cè)沒有零序電流在變壓器內(nèi)環(huán)向系統(tǒng)傳遞，但是會(huì)產(chǎn)生負(fù)序電流分量向系統(tǒng)傳遞，還是對(duì)計(jì)量儀表的精確度造成影響。

1.3 電流諧波

由于諧波引起的自動(dòng)裝置和繼電保護(hù)失誤活動(dòng)，導(dǎo)致電能計(jì)量出現(xiàn)誤差。用電設(shè)備無功負(fù)荷電流和諧波電流增大會(huì)使供電系統(tǒng)損耗和故障。圖一諧波為對(duì)計(jì)量的要求。在實(shí)際的計(jì)量過程中，會(huì)產(chǎn)生兩種電力用戶，即不發(fā)生諧波的諧波被干擾者用戶和發(fā)生諧波的諧波源用戶。對(duì)于正常使用的諧波被干擾者用戶的設(shè)備被諧波損害，計(jì)費(fèi)總電費(fèi)卻是基波電能和吸收的諧波電能。而對(duì)于諧波源的用戶的計(jì)費(fèi)總電費(fèi)是基波電能去除產(chǎn)生的諧波電能，不僅產(chǎn)生了諧波功率，還對(duì)電網(wǎng)造成了污染。

2.無功補(bǔ)償對(duì)電能計(jì)量的影響

無功功率補(bǔ)償簡稱無功補(bǔ)償，指的是在電力系統(tǒng)中用來提高電網(wǎng)的功率因數(shù)的作用，達(dá)到降低供電變壓器及輸送線路的損耗，提高供電的有效功率，改善供電環(huán)境的目的。所以在電力系統(tǒng)中無功補(bǔ)償就很有必要。

2.1 提高電力系統(tǒng)中用電設(shè)備的功率因數(shù)

根據(jù)物理電能公式，輸電線路的有效功率的損耗與線路的電流的平方呈正比。如果對(duì)供電網(wǎng)的輸電線上的電流進(jìn)行無功補(bǔ)償，就能減小負(fù)荷電流，降低線路有功損耗，有效節(jié)省電能消耗。

在電網(wǎng)中沒有純阻性的設(shè)備，所以功率因數(shù)一般都在 0～1 之間。而大多數(shù)用電設(shè)備如變壓器、發(fā)動(dòng)機(jī)等在運(yùn)行時(shí)為建立磁場感應(yīng)都要 Q>0 的無功功率，加上電網(wǎng)中設(shè)備自損(鐵損、銅損)、線路損耗也在做無功，這時(shí)無功補(bǔ)償就是利用電容可以提供 Q<0的無功來提高功率因數(shù)，對(duì)電力系統(tǒng)的電壓進(jìn)行無功補(bǔ)償會(huì)使其功率因數(shù)提高到 0.9 以上甚至 1.0，負(fù)荷穩(wěn)定的功率因數(shù)也更接近 1.0，減少電網(wǎng)運(yùn)行中輸送的無功功率。提高電力系統(tǒng)中用電設(shè)備的功率因數(shù)，就是為了提高有功功率的有效傳輸，達(dá)到降損、節(jié)能的目的。

2.2 優(yōu)化發(fā)電、變電、輸電設(shè)備的供電能力

電力系統(tǒng)中的每個(gè)設(shè)備和相關(guān)元件的額定電流決定了電力系統(tǒng)向用戶供電能力的大小。在功率一定的前提下，在一定的程度上限定供電系統(tǒng)的額定功率，采取無功補(bǔ)償能在一定程度上提高功率因數(shù)，也就提高了有效功率，大大地提高了供電能力。

(1)抑制沖擊負(fù)荷和波動(dòng)負(fù)荷產(chǎn)生的電壓波動(dòng)和電壓閃變，濾除掉高次的諧波。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，電容在感性負(fù)載電流中高次諧波相當(dāng)于短路狀態(tài)，這樣就把高次諧波濾除掉了，從而電能質(zhì)量也優(yōu)化了。在低壓側(cè)系統(tǒng)投入無功補(bǔ)償后，功率因數(shù)明顯提高了，也降低了電流和線損率，電壓也相對(duì)提高了供電穩(wěn)定性，還能充分利用用電設(shè)備的容量，達(dá)到節(jié)能降損的目的。

(2)由于大部分感性負(fù)載在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生很大的感性電流，但這部分電流不做功，就是無功電流。這部分無功電流損耗在變壓器及線路中發(fā)熱，使得變壓器及配電設(shè)備溫度身高，這樣降低了設(shè)備的利用率，溫度過高破壞了設(shè)備的絕緣性甚至損壞設(shè)備。所以在感性負(fù)載運(yùn)行過程中投入無功補(bǔ)償后，就會(huì)減少無功功率和提高功率因數(shù)，就大大減少了無功電流和線損率。

2.3 三相不平衡的無功補(bǔ)償

針對(duì)三相負(fù)荷基本平衡的系統(tǒng)中的補(bǔ)償，由于三相不平衡系統(tǒng)的每個(gè)相無功功率不同來進(jìn)行補(bǔ)償，這種方式比較簡單且效果好。由于運(yùn)行中出現(xiàn)三相不平衡時(shí)產(chǎn)生的零序和負(fù)序分量將造成附加損耗，整流器波紋系數(shù)增多，變壓器飽和等問題，經(jīng)過無功補(bǔ)償后就可三相不平衡負(fù)載變成三相平衡負(fù)載。

單相電容器分相補(bǔ)償方式指的是分別針對(duì)無功大小來投電容的補(bǔ)償方式，無功小的相少投或者不投電容，無功大的相多投電容，這樣使三相不平衡的各相無功進(jìn)行補(bǔ)償，但是對(duì)于不平衡的有功電流是行不通的。適當(dāng)?shù)膶?duì)電氣化等三相負(fù)載不平衡進(jìn)行無功補(bǔ)償可以平衡三相的有功及無功負(fù)載。