工厂供配电系统中关于无功补偿技术的研究

颜志婷

（湖南涟钢工程技术有限公司，湖南 娄底 417009）

随着工业生产规模的日益扩大，工业生产对于电能的要求越来越高，这就需要工厂供配电系统不断优化升级。优化的关键点在于降低供配电系统的能源损耗，提高其运行效率。无功补偿技术对于配电系统优化升级具有重要意义[1－2]。合理运用无功补偿技术能够有效提高供配电系统的功率因数，提升无功功率、降低有功功率，进而实现工厂供配电系统整体供电质量的提升。当前，应用比较普遍的无功补偿方式有三种，即集中式补偿、分布式补偿、就地式补偿，常用的无功补偿装置有并联电容器、串联电抗器、无功发生器等[3]。无功补偿技术实现的关键在于正确运用补偿方式和补偿装置[4－5]。

1 无功补偿技术的意义

1．1 降低工厂电费成本

工厂供配电系统向生产设备传输的功率包含了有功功率和无功功率两部分。电费成本的计算是不区分无功功率和有功功率的，只要有功率输出就会产生电费成本[6]。在电能的设计应用中，无功功率并不会对生产活动产生任何积极性作用[7]。因此，必须通过无功补偿技术降低无功功率，提高功率因数，从而降低由于无功功率损耗而造成的这部分电费成本[8]。在工业生产中，电费是一笔较大的成本支出，科学、合理地应用无功补偿技术能够在消耗一定电能的前提下更多完成生产任务，对实现经济效益的最大化起到积极的作用[9]。

1．2 提升电压质量

在保持有功功率恒定的前提下，如果将功率因数提高，就需要进行无功补偿。有功功率由电压和电流有效值乘积得到，此外系统中还存在无功功率和视在功率，他们之间的关系如图1所示。

图1 有功功率、视在功率、无功功率关系

有功功率、无功功率、视在功率三者之间的关系：

如图1所示，提高功率因数，降低无功功率，视在功率也会降低。也就是说，将功率因数提升后，所需要的容量也会降低[10]。对工厂供配电系统采用了无功补偿技术后，能够有效改善电压质量，降低了无功功率所占的比例，一定程度上使得系统的电压损失有所降低，能够保证系统的电压保持在更稳定的状态，提高了整个工厂供配电系统的安全性、稳定性、可靠性；使得工厂设备的工作稳定性增加，降低了由于供电电压不稳定造成的经济损失的概率[11]。

1．3 有利于变压器选型

工厂供配电系统是否采用无功补偿技术，直接影响到变压器的选型，如果不采用无功补偿技术，则无功功率会比较高，导致视在功率也比较高，那么就会要求变压器的容量较大。如果采用无功补偿技术，则无功功率会比较低，导致视在功率也比较低，那么就会要求变压器的容量较小[12]。小容量的变压器优势显著，能耗较低，采购价格也比较便宜，能够进一步控制生产经营成本。

2 无功补偿技术分析

2．1 无功补偿方式

无功补偿技术在工厂配电系统中的应用可以通过多种方式实现，要基于不同无功补偿方式的特点及工厂的实际补偿需求来确定无功补偿技术的实现方式。

（1）高压集中补偿方式。这种方式是将无功补偿装置安装在变压器的高压母线上，能够实现高压母线上无功损耗的降低，该补偿方式接线简单。

（2）低压集中补偿方式。这种方式是将无功补偿装置安装在变压器的低压母线上，能够实现低压母线上无功损耗的降低，该补偿方式接线简单。

（3）分布式补偿方式。这种方式的实现需要根据实际情况来确定，无功补偿装置通常情况下都会配置在工厂变电所的低压配电线路上或者低压配电母线上，具体的配置情况需要根据负荷的实际分布情况来确定，这种补偿方式的自动化程度较高，在大型工厂中的应用较为普遍。

（4）就地式补偿方式。这种方式的针对性很强，补偿效果好。当某工厂存在能耗大，负荷平稳的设备时，可以直接将无功补偿设备配置在这个设备附近；这种方式也具备一定的局限性，设备成本高，且不具备普遍性，在应用时还需要与其他补偿方式相互配合。

四种无功补偿方式的特点如表1所示。

表1 四种无功补偿方式特点

2．2 无功补偿设备分析

应用于工厂供配电系统的无功补偿装置大致可以分为三种，即常规补偿装置、串联电抗器以及无功发生器。在对工厂供配电系统进行无功补偿的时候需要根据实际情况选择一种或几种无功补偿装置。应用比较广泛的补偿装置特性表如表2所示。

表2 几种无功补偿装置特性表

但从性能角度考虑，静止无功补偿器和电力有源滤波器是进行无功补偿的首选装置，但在实际中需要结合成本及系统的无功补偿需求，综合考虑多方面因素。负荷变化快的情况，采用调节能力强的动态无功补偿装置；负荷较为稳定的情况，采用静态无功补偿装置；复杂情况时要根据实际情况选用综合补偿装置。

3 补偿容量计算

通过对多个工厂的无功补偿技术应用研究发现，无功补偿技术能够对供配电系统的负荷分布产生一定的影响。在计算无功补偿容量时，必须以系统所能够承担的负荷的上限值作为基本依据，并运用相应的计算方法得到具体的补偿容量数值。通常情况下都以工厂的年度最大负荷月份的有功功率均值和无功功率均值作为计算基准。

Pavg为工厂最大负荷月份的有功功率平均值，Qavg为工厂最大负荷月份的无功功率平均值，tanθ1为无功补偿前的功率角，tanθ2为无功补偿后的功率角。

4 实例分析

对某工厂的供配电系统采用无功补偿技术，进行了大量的试验，试验结果表明，科学合理地运用无功补偿技术能够实现供配电系统功率因数的有效提高，还能够降低供电线路的电压损失，从而实现整个供配电系统整体性能的提高。供配电系统中电容电压的平方与输出的无功功率呈现正比例关系。当电容器上的电压有所提升时，输出的无功功率也会相应提升，如果设备的无功功率继续提升的话，则电容器上的电压也会继续提升。当电容器上的电压有所降低时，输出的无功功率也会相应降低，如果设备的无功功率继续降低的话，则电容器上的电压也会继续降低，从而导致整个供配电系统的电压也会显著降低，但是工厂供配电系统的电压波动允许范围为－10%～＋10%，所以无功补偿设备需要与变压器进行协同配合才能完成无功补偿工作，整体上提升工厂供配电系统的功率因数，降低工厂供配电系统的无功损耗，从而实现供电质量的提升。

5 结论

对工厂供配电系统进行无功补偿，对于提升供配电系统的性能具有重要意义，不仅能够实现经济效益的提升，还能够提升电压稳定性。为了保证无功补偿技术充分发挥功效，本文对不同类型的无功补偿方式和无功补偿设备进行了深入分析，结合工厂供配电系统的实际需求，制定了科学合理的无功补偿方案，达到了提升供电质量、降低供电成本的目的。本文的研究和分析能够对工厂制定供电系统无功补偿方案提供参考。