工厂供配电系统中的无功补偿技术探究

柳 杨

（北京矿冶科技集团有限公司，北京 100160）

0 引 言

随着社会经济和科技的发展，工厂供配电系统不断优化，如何降低整个系统的能耗并提高整个系统的效率成为焦点。此背景下，无功补偿技术得到了较好推广和运用。合理引入无功补偿技术能有效提高有功功率比例常数并降低无功功率比例常数，达到优化工厂供配电系统和降低能耗等目的。目前，工厂供配电系统中常见的无功补偿方式有集中补偿、分散补偿以及就地补偿3种，常用的无功补偿装置有普通补偿电容、串联电抗器以及无功发生器等。实际设计时，合理运用无功补偿技术使工厂供配电系统稳定安全运行的重点是如何选择无功补偿方式与装置。

1 将无功补偿技术引入工厂供配电系统的意义

1.1 减少工厂电费支出

供配电系统向工厂设备输出的功率分有功功率和无功功率。电能以功率计算并计费的情况下，不管供配电系统输出的是有功功率还是无功功率，都会消耗电能产生电费。工厂实际生产经营中，无功功率对工厂生产经营并无太大价值和意义。无功补偿技术的引入和运用可降低无功功率占比，从而降低无功功率损耗的电能和产生的电费。工厂生产经营中，电费往往是一笔较大的成本支出。将无功补偿技术引入工厂供配电系统，消耗等量电能可以完成更多的工厂生产任务，有助于工厂实现效益最大化[1]。

1.2 提升设备能力和电压质量

有功功率保持不变时，如果提高功率因数，那么就需要进行无功补偿。正弦交流电路中，电压和电流的有效值乘积为有功功率P。电路中除了有功功率外还有无功功率Q，无功功率和有功功率组成视在功率S。它们的对应关系如图1所示。

3种功率满足：

图1 视在、无功和有功功率关系图

可见，改善无功功率，视在功率也将降低。也就是说，提升功率因数的同时，所需设备容量会减少，设备的出力将增加。将无功补偿技术引入工厂供配电系统，可有效改善电压质量，这是因为无功补偿技术的运用降低了无功功率比例，一定程度上降低了工厂电压损失，使工厂电压保持在更加稳定的状态[2]。工厂电压更加稳定有两个明显的好处：一是进一步提高了整个供配电系统的安全性，降低了事故发生的概率；二是工厂设备可处于更加稳定的工作状态，大大降低了设备因电压不稳出现故障而引发工厂损失的概率。

1.3 对变压器选择较为有利

工厂供配电系统设计时是否引入了无功补偿技术，对变压器的选择有一定影响。若未引入无功补偿技术，则无功功率占比较高，那么在选择变压器时要尽量选择大容量变压器；在引入无功补偿技术的条件下，可选用小容量变压器。比起大容量变压器，小容量变压器主要有两个优势：一是价格较低，二是耗能较低。所以，在引入无功补偿技术并选用小容量变压器时，工厂的生产经营成本可得到进一步控制。

2 工厂供配电系统无功补偿技术分析

2.1 工厂供配电系统无功补偿方式分析

无功补偿技术引入工厂配电系统时有多种方式可供选择。要选出最合适的方式，首先要了解各种无功补偿方式，其次要考虑工厂规模和工厂生产运营的需要。下面将对几种常见的无功补偿方式展开分析。

2.1.1 高压集中补偿方式和低压集中补偿方式

在采用高压集中补偿方式和低压集中补偿方式时，需将无功补偿装置（高压电容器组）安装在变电所变压器的母线上。变电所变压器的母线分为高压母线和低压母线。当无功补偿装置安装在高压母线上时，即为高压集中补偿方式，可有效降低高压母线的无功损耗；当无功补偿装置安装在低压母线上时，即为低压集中补偿方式，具有接线简单等优势。所以，在两种补偿方式效果相差无几时，建议优先选择集中补偿方式。牵引变电所的补偿系统如图2所示，此类变电所采用集中补偿方式，能更好地满足变电所电力系统的补偿需求。

图2 某牵引变电所集中补偿系统图

2.1.2 分散补偿方式

无功补偿技术引入工厂供配电系统时，是否选择分散补偿方式要结合实际情况进行判断。选择分散补偿方式时，无功补偿装置的安装有两种方式：一种是把装置安装在工厂变电所低压配电线路上；一种是把装置安装在工厂变电所低压配电母线上。具体的安装方式要结合电负荷实际分布情况判断。运用分散补偿方式的自动化程度较高，能减少工作人员负担，所以该补偿方式在大型工厂中备受青睐[3]。

2.1.3 就地补偿方式

相比前两种无功补偿方式，就地补偿方式更具针对性，效果更好。工厂某设备能耗巨大、负荷平稳时，可直接将合适的无功补偿装置设在该设备附近以降低设备能耗。就地补偿方式的局限性明显，如成本较高且不具备普适性，往往还需搭配集中补偿方式或分散补偿方式共同运用。3种无功补偿方式优缺点比较如表1所示。

2.2 工厂供配电系统无功补偿装置分析

工厂供配电系统无功补偿装置可大致分为普通补偿装置、串联电抗器以及无功发生器。这3类无功补偿装置各有优劣，在设计工厂供配电系统时，为保证无功补偿效果，需比较市面上已有的无功补偿装置，并根据工厂供配电系统需要，选择最合适的一种或几种无功补偿装置。市面上常见无功补偿装置的比较，如表2所示。

单看无功补偿性能，静止无功补偿器（SVG）与电力有源滤波器（APF）是工厂供配电系统的首选。但是，在实际选择无功补偿装置时，还要考虑整体成本和工厂供配电系统无功补偿需求等。综合考虑多种影响因素，晶闸管投切电容器（TSC）搭配静止无功补偿器（SVG）或电力有源滤波器（APF）的混合型装置更加实用。

表1 3种无功补偿方式优缺点比较

表2 常见的几种无功补偿装置比较

选择哪一种补偿装置，需要依据电网的具体情况和线路的需求综合考量。负荷变化快，可以采用动态无功补偿装置；线路工作情况较为平稳，可以采用静态无功补偿装置；复杂工况则根据具体情况选择综合补偿装置，从而达到更好的补偿效果。

3 结 论

将无功补偿技术合理运用于工厂供配电系统，对工厂配供电系统整体性能提升较为有利，不仅可帮助工厂节约电费支出，还可改善电压质量。在设计工厂供配电系统时，为保障无功补偿技术取得较好的运用成效，需分析不同无功补偿方式和无功补偿装置的优劣势，结合工厂供配电系统运行管理需要，选择并制定出最合适的无功补偿方案，达到消除高次谐波和提高供电品质等目的，进而提高供配电系统效率，实现经济效益的最大化。