电力系统无功的平衡与无功补偿

　　无功功率的用处很大，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，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。

　　无功功率与电压的大小有直接关系，电压也是衡量电能质量的重要指标，维持电力系统电压在额定范围内运行，是以调节系统内无功功率平衡为前提的。无功电源主要是发电机，调相机以及宜宾局大量使用的并联电容器等。

　　特别要指出的是，根据能量平衡的原则，电容器是不可能主动发出功率的。只是由于电网呈感抗性质，使得发电机又发有功又发无功，现在由于加入了并联电容器，把绝大部分感抗补偿掉了，改变了网络阻抗特性，使得整个网络近似与电阻性质，这样发电机只需要发少量无功就能满足无功需求，从而提高了有功的发出能力，也提高了发电机的效率。从这个角度讲，犹如电容器发出了无功供给感抗消耗，所以电容器被称作无功电源。

　　在小电网低负荷时，发电机自身就能平衡系统中无功的需求，但是在大电网，高负荷时，发电机很难满足网络无功的需求，此时电压降低，严重危害系统的稳定。这样就必须投入无功补偿装置。

　　电压无功补偿装置又称vqc，是在电网有较大无功需求时自动根据事先设定的定值进行有载调压与电容器的投切。这样能够减少电网的无功消耗，改善电网运行质量。下面以广州科立公司生产的dwk型无功补偿装置为例讲解其原理。

　　dwk装置具有电压、无功、时间三个判别区间，在任意时刻，电网的运行状态都能在图5.6上找到它的对应点。图5.6是一个井字形的控制区间，其阴影部分为防振带，防振带的宽度由投单组电容器后母线电压的变化量△u决定，因为在投切电容器时不但会改变电网的无功消耗，还会改变系统的电压，所以必须把2区和6区各自再分成两个区，也就是说2a区和2c区，6b区和6d区是有区别的。在各区内装置都要按 优的控制顺序和无功设备组合，使系统运行点进入9区。

　　1区：先投电容器，当电容器全投入后电压仍低于下限时，发有载调压升压指令。

　　2a区：投电容器，当电容器投完后还在该区，则维持。

　　2c区：如还有电容器未投，则先发有载调压降压指令再投电容器，如果电容器投完后还在该区，则维持。

　　3、4区：先发有载调压降压指令，如果有载档位已经在 低点，则切除电容器。

　　5区：先切除电容器，如果电容器切完后电压仍然高于上限，则发有载调压降压指令。

　　6b区：切电容器，如果电容器切除完后仍然在该区，则维持。

　　6d区：先发有载调压升压指令，再切电容器，若电容器切完仍在该区，则维持。

　　7、8区：先发有载调压升压指令，当有载调压档位已在上限时，则投入电容器。

 　　经过无功补偿后，35kv及以下馈线的功率因数应不小于0.9，  即功率因数角不大于25°，35kv以上输电网的功率因数不应低于0.95，即功率因数角不大于18°。

　　补充知识：功率方向的判断

　　有功功率计算公式：p=u*i*cosα

　　无功功率计算公式：q=u*i*sinα

　　规定功率由母线流向线路为正方向送出，由线路流入母线为反方向流入。

　　当有功送出时：p﹥0，即－90°﹤α﹤90°

　　当有功流入时：p﹤0，即90°﹤α﹤270°

　　当无功送出时：q﹥0，即0°﹤α﹤180°

　　当有功流入时：q﹤0，即180°﹤α﹤360°

　　由以上分析，可以用图5.7更简单的表示如下：

　　当α在第一象限，p﹥0，q﹥0；

　　当α在第二象限，p﹤0，q﹥0；

　　当α在第三象限，p﹤0，q﹤0；

　　当α在第四象限，p﹥0，q﹤0；

　　已知网络上功率的流动方向，就可以验证保护的功角是否正确，这是带负荷测试的一个重要项目。也可以根据功角的位置观察网络功率的流动方向。

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