電力系統電壓與無功補償

文章摘要：現代生產和現代生活離不開電力。電力部門不僅要滿足用戶對電力數量不斷增長的需要，而且也要滿足對電能質量上的要求。所謂電能質量，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，用電設備性能最好、效率最高，電壓質量是電能質量的一

現代生產和現代生活離不開電力。電力部門不僅要滿足用戶對電力數量不斷增長的需要，而且也要滿足對電能質量上的要求。所謂電能質量，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，用電設備性能最好、效率最高，電壓質量是電能質量的一個重要方面，同時，電壓質量的高低對電網穩定、經濟運行也起著至關重要的作用。  
1. 電壓與無功補償  
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到用戶端，驅動用電設備工作。  
交流電力系統需要電源供給兩部分能量，一部分將用于作功而被消耗掉，這部分電能將轉換為機械能、光能、熱能或化學能，我們稱為“有功功率”。另一部分能量是用來建立磁場，用于交換能量使用的，對于外部電路它并沒有作功，由電能轉換為磁能，再由磁能轉換為電能，周而復始，并沒有消耗，這部分能量我們稱為“無功功率”，無功是相對于有功而言，不能說無功是無用之功，沒有這部分功率，就不能建立感應磁場，電動機、變壓器等設備就不能運轉。在電力系統中，除了負荷無功功率外，變壓器和線路的電抗上也需要大量無功功率。  
國際電工委員會給出的無功功率的定義是：電壓與無功電流的乘積為無功功率。其物理意義是：電路中電感元件與電容元件活動所需要的功率交換稱為無功功率。  
電容和電感并聯接在同一電路時，當電感吸收能量時，正好電容釋放能量；電感放出能量時，電容正好吸收能量。能量就在它們中間互相交換。即電感性負荷所需的無功功率，可以由電容器的無功輸出得到補償，因此我們把具有電容性的裝置稱為“無功補償裝置”。  
電力系統常用的無功補償裝置主要是電力電容器和同步調相機。  
若電力負荷的視在功率為S，有功功率為P，無功功率為Q，有功功率、無功功率和視在功率之間的關系可以用一個直角三角形來表示，以有功功率和無功功率各為直角邊，以視在功率為斜邊構成直角三角形，有功功率與視在功率的夾角稱為功率因數角。有功功率與視在功率的比值，我們稱為功率因數，用cosf表示，cosf = P/S。它表明了電力負荷的性質。  
  
一般說來，在超高壓電網的線路、變壓器的等值電路中，電抗的數值比電阻大得多。所以無功功率對電壓損耗的影響很大，而有功功率對電壓損耗的影響則要小得多。因此，可以得出結論，在電力系統中，無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，當線路、變壓器傳輸功率時，會產生電壓損耗，因而影響了電網各處電壓的高低。如果能改變線路、變壓器等電網元件上的電壓損耗，也就改變了電網各節點的電壓狀況。  
由電壓損耗表達式DU = (PR + QX)/U可知，要改變電壓損耗有兩種辦法。  
（1）改變元件的電阻；（2）改變元件的電抗，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線截面減小電阻以減小電壓損耗，這種辦法在負荷功率因數較高、原有導線截面偏小的配電線路中比較有效。適宜負荷不斷增加的農村地區采用。  
而電網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線就可以明顯降低線路的電抗。在我國，220kV線路一般采用二分裂、500kV線路采用四分裂導線。采用分裂導線，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的穩定性，能提高線路的輸電能力。現在已逐步采用的緊湊型結構輸電線路，還可以進一步降低輸電線路的電抗，不僅提高了電網的穩定性，同時，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電容補償，就是在線路中串聯一定數值的電容器，大家知道，同一電流流過串聯的電感、電容時，電感電壓與電容電壓在相位上正好差180度.�詹捎么�聯電容補償其主要目的也是增加線路的輸電能力，提高電網的穩定性，同時，也降低了線路電壓損耗。  
串聯電容器補償，現在主要應用于超高壓、大容量的輸電線路上，山西大同到北京的500kV輸電線路全長300多km，在加裝了串聯電容補償后電網線損降低，電壓質量改善，電網運行的穩定性得到加強，而且輸電能力提高了30%以上。  
為了更直觀的說明改變電抗對降低電路電壓損耗的作用，我們舉一個簡單的例子：  
有一110kV線路，輸送有功功率15MW，無功功率20Mvar，線路電阻R為2W，線路電抗XL為6W(這里只是假設的數值，因線路的電抗和線路的長度、截面、材料，結構等諸多因素有關，計算比較復雜)  
求：在電抗XL = 6W和經補償后電抗XL = 2W時的壓降。  
解：XL = 6W時電壓損耗：  
DU = （PR + QXL）/U = （15×106×2 + 20×106×6）/（110×103×31/2） = 788（V）  
XL = 2W時電壓損耗：  
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。  
降低電抗后對提高電壓的作用顯而易見。 
除了用改變電力網參數來減少電壓損耗以外，改變電壓損耗的另一個重要方面是改變電網元件中傳輸的功率。即改變表達式中的P和Q的大小，在滿足負荷有功功率的前提下，要改變供電線路、變壓器傳輸的有功功率，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功功率，使表達式中的Q減少。由此我們引出無功功率的幾個非常重要的關鍵的概念。


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