一、無(wú)功補(bǔ)償概述和原則

　　無(wú)功功率比較抽象，它是用于電路內(nèi)電場(chǎng)與磁場(chǎng)的交換，并用來(lái)在電氣設(shè)備中建立和維持磁場(chǎng)的電功率。它不對(duì)外作功，而是轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?。凡是有電磁線圈的電氣設(shè)備，要建立磁場(chǎng)，就要消耗無(wú)功功率。比如40瓦的日光燈，除需40多瓦有功功率(鎮(zhèn)流器也需消耗一部分有功功率)來(lái)發(fā)光外，還需80乏左右的無(wú)功功率供鎮(zhèn)流器的線圈建立交變磁場(chǎng)用。由于它不對(duì)外做功，才被稱之為“無(wú)功”。

　　電力系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償與無(wú)功平衡是保證電壓質(zhì)量的基本條件， 首先是一些重要原則當(dāng)然很多是國(guó)網(wǎng)的原則，雖說(shuō)要擺脫國(guó)網(wǎng)思路束縛，但是有些好東西還是要保留。

　　分層分區(qū)補(bǔ)償原則： 有鑒于經(jīng)較大阻抗傳輸無(wú)功功率所產(chǎn)生的很大無(wú)功功率損耗和相應(yīng)的有功功率損耗，電網(wǎng)無(wú)功功率的補(bǔ)償安排宜實(shí)行分層分區(qū)和就地平衡的原則。所謂的分層安排，是指作為主要有功功率大容量傳輸即220--500 kV電網(wǎng)，宜力求保持各電壓層間的無(wú)功功率平衡，盡可能使這些層間的無(wú)功功率串動(dòng)極小，以減少通過(guò)電網(wǎng)變壓器傳輸無(wú)功功率時(shí)的大量消耗;而所謂分區(qū)安排、是指110k V及以下的供電網(wǎng)，宜于實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率的分區(qū)和就地平衡。

　　電壓合格標(biāo)準(zhǔn)：

　　500kV母線：正常運(yùn)行方式時(shí)，很高運(yùn)行電壓不得超過(guò)系統(tǒng)額定電壓的+10%;很低運(yùn)行電壓不應(yīng)影響電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定、廠用電的正常使用及下一級(jí)電壓調(diào)節(jié)。

　　發(fā)電廠和500kV變電所的220kV母線：正常運(yùn)行方式時(shí)，電壓允許偏差為系統(tǒng)額定電壓0～+10%;事故運(yùn)行方式時(shí)為系統(tǒng)額定電壓的的-5%～+10%。

　　發(fā)電廠和220kV變電所的110kV～35kV母線：正常運(yùn)行方式時(shí)，電壓允許偏差為相應(yīng)系統(tǒng)額定電壓-3%～+7%;事故后為系統(tǒng)額定電壓的的±10%。

　　帶地區(qū)供電負(fù)荷的變電站和發(fā)電廠(直屬)的10(6)kV母線：正常運(yùn)行方式下的電壓允許偏差為系統(tǒng)額定電壓的0～+7%。

　　無(wú)功補(bǔ)償配置原則：各電壓等級(jí)變電站無(wú)功補(bǔ)償裝置的分組容量選擇，應(yīng)根據(jù)計(jì)算確定，最大單組無(wú)功補(bǔ)償裝置投切引起所在母線電壓變化不宜超過(guò)電壓額定值的 2.5%,并滿足主變最大負(fù)荷時(shí)，功率因數(shù)不低于0.95。

　　以上只是大概的比例估計(jì)，具體工程的變電站的無(wú)功配置是需要通過(guò)計(jì)算的，計(jì)算分不同運(yùn)行方式(針對(duì)容性和感性)，無(wú)功計(jì)算一般是有無(wú)功交換的整個(gè)區(qū)域一起計(jì)算 ，主要與區(qū)域負(fù)荷、電廠和外部無(wú)功輸入、區(qū)域內(nèi)變電站進(jìn)出線充電功率有關(guān)。

　　無(wú)功不足應(yīng)采取的措施：

　　要求各類用戶將負(fù)荷的功率因數(shù)提高到現(xiàn)行規(guī)程規(guī)定的數(shù)值。

　　挖掘系統(tǒng)的無(wú)功潛力。例如將系統(tǒng)中暫時(shí)閑置的發(fā)電機(jī)改作調(diào)相機(jī)運(yùn)行;動(dòng)員用戶的同步電動(dòng)機(jī)過(guò)勵(lì)磁運(yùn)行等。

　　根據(jù)無(wú)功平衡的需要，增添必要的無(wú)功補(bǔ)償容量，并按無(wú)功功率就地平衡的原則進(jìn)行補(bǔ)償容量的分配。小容量的、分散的無(wú)功補(bǔ)償可采用靜電容電器;大容量的、配置在系統(tǒng)中樞點(diǎn)的無(wú)功補(bǔ)償則宜采用同步調(diào)相機(jī)或靜止補(bǔ)償器。

　　電壓中樞點(diǎn)：指那些能夠反映和控制整個(gè)系統(tǒng)電壓水平的節(jié)點(diǎn)(母線)。

　　中樞點(diǎn)的無(wú)功電壓控制至關(guān)重要，一般根據(jù)實(shí)際情況選擇以下作為中樞點(diǎn)：(1)大型發(fā)電廠的高壓母線;(2)樞紐變電所的二次母線; (3)有大量地方性負(fù)荷的發(fā)電廠母線。

　　二、無(wú)功補(bǔ)償來(lái)源和電壓調(diào)節(jié)設(shè)備

　　1)同步發(fā)電機(jī)：同步發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)中最重要的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備。往往依照不同系統(tǒng)條件和不同的安裝位置，根據(jù)需要選擇不同的發(fā)電機(jī)額定功率因數(shù)。位于負(fù)荷中心附近的發(fā)電機(jī)組，宜于有較大的送出無(wú)功功率的能力，可以供應(yīng)正常負(fù)荷的部分無(wú)功功率需求外，還可以在正常時(shí)保留一部分作為事故緊急儲(chǔ)備，非常重要。

　　至于送端電廠的發(fā)電機(jī)組，特別是遠(yuǎn)方電廠，由于無(wú)功功率不宜遠(yuǎn)送的規(guī)律，它發(fā)出的無(wú)功功率主要用以補(bǔ)償配出線路在重負(fù)荷期間的部分無(wú)功功率損耗，實(shí)現(xiàn)超高壓網(wǎng)無(wú)功功率的分層平衡。功率因數(shù)一般都較高。例如，巴西伊泰普水電.站中，有9臺(tái)765MW的機(jī)組接在交流側(cè)，經(jīng)900k m ,765kV交流線路到受端，機(jī)組的額定功率因數(shù)選為0. 95，另9臺(tái)7機(jī)通過(guò)直流線路到受端，其額定功率因數(shù)選為 0. 85 ,因?yàn)榍罢咧恍枰a(bǔ)償線路，后者還需要補(bǔ)償換流站的無(wú)功(換流站的無(wú)功需求相當(dāng)大)。

　　反過(guò)來(lái)說(shuō)，接到超高壓電網(wǎng)特別是位于遠(yuǎn)方的發(fā)電機(jī)組需要具有適當(dāng)?shù)倪M(jìn)相運(yùn)行能力(吸收無(wú)功)，使能在系統(tǒng)低負(fù)荷期間，吸收配出的超高壓線路的部分多余無(wú)功功率，以保持電廠送電電壓不超標(biāo)。

　　這點(diǎn)在工程實(shí)踐中往往是一個(gè)后備方案，即機(jī)組的進(jìn)相運(yùn)行來(lái)調(diào)整電壓。我國(guó)一般現(xiàn)在機(jī)組都會(huì)做進(jìn)相運(yùn)行試驗(yàn)。

　　2)輸電線路：輸電線路既能產(chǎn)生無(wú)功功率(由于分布電容)又消耗無(wú)功功率(由于串聯(lián)阻抗)。當(dāng)沿線路傳送某一固定有功功率，線路上的這兩種無(wú)功功率適能相互平衡時(shí)，這個(gè)有功功率，叫做線路的“自然功率”。這點(diǎn)應(yīng)該是較為基本的認(rèn)識(shí)，所以有功潮流大的線路，無(wú)功消耗也大，自然產(chǎn)生較少無(wú)功;空載線路也最容易貢獻(xiàn)無(wú)功，從而抬升電壓。尤其是500kV層面小負(fù)荷方式下容易無(wú)功剩余。

　　3)變壓器：變壓器是消耗無(wú)功功率的設(shè)備。除空載無(wú)功損耗外，當(dāng)傳輸功率時(shí)，又通過(guò)串聯(lián)阻抗產(chǎn)生無(wú)功損耗。依前所述理由，通過(guò)變壓器傳送大量的無(wú)功功率在運(yùn)行中應(yīng)當(dāng)是力求避免的，當(dāng)變壓器短路阻抗大時(shí)更當(dāng)如此。通過(guò)變壓器傳送功率產(chǎn)生的電壓降，可以適當(dāng)選擇變壓器的電壓抽頭予以補(bǔ)償。

　　電壓器主要分為三類：供電變壓器、電廠升壓變、電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)變。

　　供電變壓器：不但向負(fù)荷提供有功功率，也往往同時(shí)提供無(wú)功功率，而且一般短路阻抗也較大。對(duì)于直接向負(fù)荷中心供電的變壓器，宜于配置帶負(fù)荷調(diào)壓分接頭，在實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率分區(qū)就地平衡的前提下，隨著地區(qū)負(fù)荷的增減變化，配合地區(qū)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備并聯(lián)電容器及低壓電抗器的投切，以隨時(shí)保證對(duì)用戶的供電電壓質(zhì)量，這點(diǎn)國(guó)網(wǎng)電力系統(tǒng)導(dǎo)則中有規(guī)定。

　　對(duì)這類變壓器是否要采用隨電壓而自動(dòng)調(diào)壓分接頭，國(guó)際上并無(wú)統(tǒng)一做法。因?yàn)樽儔浩髯詣?dòng)調(diào)壓的作用不總是積極的，如果在系統(tǒng)無(wú)功功率缺傾很大的時(shí)候，也一定要保持負(fù)荷的電壓水平而調(diào)整電壓分接頭，勢(shì)必將無(wú)功功率缺額全部轉(zhuǎn)嫁到主電網(wǎng)，從而可能引起重大系統(tǒng)事故。如19 78年12月19日法國(guó)大停電事故，1983年12月27日的瑞典大停電事故和1987年7月23日日本東京系統(tǒng)大停電事故的起因，都直接與供電變壓器自動(dòng)調(diào)電壓分接頭有關(guān)。本質(zhì)上原因在于這只是一種間接手段，但不能改變系統(tǒng)的無(wú)功需求平衡狀態(tài)。

　　發(fā)電機(jī)升壓變：這一類變壓器是否配電壓分接頭和是否帶負(fù)荷調(diào)節(jié)電壓分接頭，沒(méi)有定論，發(fā)電機(jī)本身已經(jīng)是很方便的無(wú)功調(diào)節(jié)設(shè)備，在升壓變壓器上配電壓分接頭似乎并沒(méi)有什么特殊必要。當(dāng)然，各個(gè)系統(tǒng)有各自的傳統(tǒng)習(xí)慣和做法。

　　主網(wǎng)聯(lián)絡(luò)變壓器：這一類變壓器的特點(diǎn)是容量大，如500 /220/35主變。在研究這一類變壓器是否應(yīng)當(dāng)裝設(shè)帶負(fù)荷調(diào)節(jié)的電壓分接頭時(shí)，有兩個(gè)特點(diǎn)值得考慮，，無(wú)功功率補(bǔ)償和調(diào)節(jié)能力的分層平衡，決定了作分連接兩大主電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)變壓器，原則上不應(yīng)承擔(dān)層間交換大量無(wú)功功率的任務(wù)，而單純因有功負(fù)荷變化所造成的電壓變化則較小，第二，一般地說(shuō)，因?yàn)檫B接的是主電網(wǎng)，每一側(cè)到變壓器母線的短路電流水平