2007-12-28 14:39:25
一 “功率因数”
1 功率因素低对电网的危害
功率因数是指电力网中线路的视在功率供给有功功率的消耗所占百分数。
1.1 功率因数低增加发电机损耗
电网中工业负载较高，绝大多数工业负载是电动机，电动机的静子是线圈，用电时电流与电压是不同波形的。电流总是落后于电压的变化曲线。如电流的正弦波曲线落后电压约30度。根据有功功率公式P = UI Cosφ，传输相同数值有功功率，如果Cosφ太小，电流必然大，在传输线路上功率损耗P = I2 R必然大。 还有因为电流落后于电压，在发电或传输线路上对它要进行修正和补偿，使电压与电流的正弦波曲线变体同步，需提高发电机励磁电流(导致励磁功率上升)，同时会提升发电机工作电压，因此传送的无功功率高即功率因数Cosφ小会使传输电压上升。 电机工作电压高会导致发电机损耗加大，同时也会使发电机绝缘线圈温度上升，寿命缩短，提高功率因素Cosφ减轻发电机绝缘压力。
1.2 功率因素影响电网系统电压
电压是电能质量的重要指标之一，电压质量对电网稳定及电力设备安全运行、线路损失、工农业安全生产、产品质量、用电单耗和人民生活用电都有直接影响。无功电力是影响电压质量的一个重要因素，电压质量与无功是密不可分的。
在现代用电企业中，在数量众多、容量大小不等的感性设备连接于电力系统中，以致电网传输功率除有功功率外，还需无功功率。电力系统的设备负荷自然功率因素约为0.6-0.9。无功功率电源应包括发电机、变电站的无功补偿装置及用户的无功补偿装置。当系统无功缺额时，根据系统无功功率负荷的静态电压特性曲线（如图一），在正常情况下，系统无功功率电源所提供的无功功率Qgcn，由无功功率平衡的条件Qgcn-Qld-Ql=0（即系统所提供的无功功率等于系统设备所需的无功功率与系统损耗的无功功率之和）决定的电压为Un，设此电压对应于系统正常的电压水平。但假如系统无功功率电源提供的无功功率仅为Qgc(Qgc<Qgcn)，此时虽然系统中的无功功率也能平衡，但平衡条件所决定的电压水平为U，而U显然低于Un。在这种情况下，虽然可以采取某些措施，如改变某台变压器的变比来提高局部地区的电压水平，但整个系统的无功功率仍然不足，系统的电压质量得不到全面改善。这种平衡是系统无功功率不足时达到的平衡，是由于系统的电压水平下降，无功功率负荷本身具有的电压调节效应，使全系统的无功功率需求有所下降而达到的平衡，是由于系统的电压水平下降，无功功率负荷本身具有的电压调节效应，使全系统的无功功率需求有所下降而达到的。
当无功缺额情况严重时，用户将竭力调用大容量用电设备，使功率因数进一步降低，系统无功负荷愈加愈大，电压水平更低，形成恶性循环，最后造成电压崩溃，系统瓦解而大面积停电。
1.3功率因素影响电网的无功潮流分布
无功功率的产生基本上不消耗能源，但是无功功率沿电力网传送却要引起有功功率损耗和电压损耗。如能合理的配置无功功率补偿即提高用户端的功率因素，减少无功功率穿越，优化电网的无功潮流分布，同时减少有功功率损耗和电压损耗。
电压与无功功率是与频率与有功功率一样，是一对对立的统一体。当无功负荷与无功出力相平衡时，电压就正常，达到额定值，而当无功负荷大于无功出力时，电压就下降，反之，电压就会上升。
但电压与无功功率之间的关系要比频率与有功功率之间的关系复杂得多。
在一个并列运行的电力系统中，任何一点的频率都是一样的，而电压与无功电力却不是这样的。当无功功率平衡时，整个电力系统的电压从整体上看是会正常的，是可以达到额定值的，即便是如此，也是指整体上而已，实际上有些节点处的电压并不一定合格，如果无功不是处于平衡状态时，那么情况就更复杂了，当无功出力大于无功负荷时，电压普遍会高一些，但也会有个别地方可能低一些，反之，也是如此。
无功缺乏和无功过多而无控制手段，都会给电网运行带来问题和困难，甚至造成设备损坏和导致系统发生电压崩溃事故。通过无功的优化，以满足正常运行方式下和规定事件(如N-1)后运行方式下的系统各点所要求的电压水平，使电网安全运行和经济运行。
1.4 功率因素低增加电力传输过程中的功率损耗
在电力传输过程中，有功功率和无功率都会造成功率损耗，因此，在功率损耗中含有功损耗和无功损耗，即
由上式可以看出，当输送的有功功率一定时，总的功率损耗便决定于输送的无功功率的变化。而线路中输送无功功率的多少，又决定于负荷的功率因素的高低。功率因素越低，说明无功功率越大，在电力传输中无功造成的损耗也越大。在理论上，功率因数从１．０下降到０．８５时有功损耗增加３８％；而功率因素从１．０下降到０．６时，有功损耗增加１７８％。
可见功率因素直接关系到电力网中的功率损耗和电能损耗，关系到供电线路的电压损失和电压波动，而且关系到节约电能和整个供电区域的供电质量，功率因素过低甚至造成设备损坏和导致系统发生电压崩溃事故。
2 无功补偿对功率因数的影响
2.1 无功补偿概念
功率因数的产生主要是因为交流用电设备在其工作过程中，除消耗有功功率外，还需要无功功率。
根据
当有功功率P一定时，如减少无功功率Q，则功率因数便能够提高。在极端情况下，当Q=0时，则其力率=1。因此提高功率因数问题的实质就是减少用电设备的无功功率需要量。
下面我们分析一下现代电网的无功功率需求情况。
（1）当今电厂受水、环保等多方面的制约，它的位置越来越远离负荷中心，即使建在靠近负荷点，由于单机容量越来越大，发电机的额定功率因数也越来越高，这样，电网实际接受的无功功率就越来越少，单靠发电机发出的无功功率远远不能满足电网对无功功率的需要，必须配置各种无功功率补偿装置。
（2）系统需要的无功功率远远大于发电机所能提供的无功出力，这是由于现代高压电网包括各级变压器和架空线路在传送电能时需要消耗大量的无功，称为"无功损耗"，一般来说，这些无功损耗与整个电网中的无功负荷的大小是差不多的，我们以一台50MVA的110kV变压器为例来了解变压器在运行中的无功损耗情况。
变压器的参数为：Ue = 110kV，Se=50MVA，Uk%=17%，变压器在传送电能时的无功损耗的计算式为：
Q = SeUk%(I/Ie)2
式中 I--变压器的负荷电流；
Ie--变压器的额定电流，与变压器的无功损耗与变压器的负载率、变压器的额定容量及短路阻抗有关。
如果这台变压器满负荷运行，那么它的无功损耗就是：Q = 50MVA?17%=8.5Mvar 此时变压器的无功损耗相当大，其低压侧安装的并联电容器组的容量甚至不够补偿变压器满负荷时的无功损耗。
可见，现在电网的无功需量越来越大，提高电网功率因素只能通过无功功率补偿。无功补偿，就其概念而言早为人所知，它就是借助于无功补偿设备提供必要的无功功率，以提高系统的功率因数，降低能耗，改善电网电压质量。合理地投停使用无功补偿设备，对调整电网电压、提高供电质量、抑制谐波干扰、保证电网安全运行都有着十分重要的作用。无功补偿对电力系统的重要性应越来越受到重视。
2.2 无功功率就地补偿的概念
无功功率不宜远距离输送，当输送功率与传送距离达到一定极限时，其传送功率成为不可能，这是由于高压等级的变压器、线路电抗较大，其无功损耗Q = I2X相应也很大，所输送的无功功率均损耗在变压器及线路上了。另外，传送大量的无功功率时，线路电压损失也相当大，同样会造成无法传送的结果。
合理的就地无功补偿对调整系统电压、降低线损、提高功率因素有十分重要的作用。
设有一条110kV线路选用LG-300型导线(导线电阻0.095W/km)线路全长20km，输送有功功率30MW，无功功率40Mvar，下面分别计算在功率因数cosf = 0.6和0.9时线路的功率损耗和应补偿的无功功率。本题只计算导线电阻的功率损耗，不考虑其它因素。
（1）在cosf = 0.6时，此时有功P = 30MW，无功Q = 40Mvar，视在功率S = 50MVA，电流I = S/U = 50MVA/(110kV?31/2) = 263A，功率损耗P = I2·R = 2632×0.095?20?3 = 394kW。
（2）在cosf = 0.9时，此时有功功率P = 30MW，视在功率S = 33.333MVA，无功功率Q = 14.528Mvar，I = S/U = 33.333MVA/(110kV?31/2) = 175A，功率损耗 P = I2·R = 1752×0.095?20?3 = 175kW。应补偿无功容量 = 40 - 14.528 = 25.472Mvar。
补偿前后有功损耗相差219kW。由计算结果可知补偿无功功率25.472Mvar后每小时可降低线损219kWh。
从电力网无功功率消耗的基本状况可以看出，各级网络和输配电设备都要消耗一定数量的无功功率，尤以低压配电网所占比重最大。在配电网络中，用户消耗的无功功率约占50%～60%，其余的无功功率消耗在配电网中。
可见，为了最大限度地减少无功功率的传输损耗，提高输配电设备的效率，无功补偿设备的配置，应按照“分级补偿，就地平衡”的原则，合理布局。从根本上说，为保证电网的安全运行，就必须有足够的无功电源来满足系统负荷对无功功率的需求和补偿线路和变压器中的无功功率损耗。
无功补偿改善了电能质量使电压合格率提高，电压波动减小，提高电网安全运行的可靠性。补偿后电网不必向用户输送大量无功，发电设备可以减少输出功率，线路损耗和电压降也因输出电流减少而降低。输变电变压器也会因为不必承担大量无功而有效输出容量增加而获得“增容”。对于供电企业而言，若能有效的搞好低压补偿，不但可以减轻上一级电网补偿的压力，改善提高用户功率因数，而且能够有效地降低电能损失；对用户而言，由于线路压降减小，用户端电压提高，可以使一些电压低落的用户恢复正常供电。电压合格率的提高可以让用电设备工作在额定状态，发挥出最大效益并延长使用寿命。无功补偿的社会效益及经济效益都会是非常显著的。
在交流电路中，电压与电流之间的相位差(Φ)的余弦叫做功率因数，用符号cosΦ表示，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cosΦ=P/S
功率因数的大小与电路的负荷性质有关， 如白炽灯泡、电阻炉等电阻负荷的功率因数为1，一般具有电感或电容性负载的电路功率因数都小于1。功率因数是电力系统的一个重要的技术数据。功率因数是衡量电气设备效率高低的一个系数。功率因数低，说明电路用于交变磁场转换的无功功率大， 从而降低了设备的利用率，增加了线路供电损失。所以，供电部门对用电单位的功率因数有一定的标准要求。
(1) 最基本分析：拿设备作举例。例如：设备功率为100个单位，也就是说，有100个单位的功率输送到设备中。然而，因大部分电器系统存在固有的无功损耗，只能使用70个单位的功率。很不幸，虽然仅仅使用70个单位，却要付100个单位的费用。在这个例子中，功率因数是0.7 (如果大部分设备的功率因数小于0.9时，将被罚款)，这种无功损耗主要存在于电机设备中(如鼓风机、抽水机、压缩机等)，又叫感性负载。功率因数是马达效能的计量标准。
(2) 基本分析：每种电机系统均消耗两大功率，分别是真正的有用功(叫千瓦)及电抗性的无用功。功率因数是有用功与总功率间的比率。功率因数越高，有用功与总功率间的比率便越高，系统运行则更有效率。
(3) 高级分析：在感性负载电路中，电流波形峰值在电压波形峰值之后发生。两种波形峰值的分隔可用功率因数表示。功率因数越低，两个波形峰值则分隔越大。保尔金能使两个峰值重新接近在一起，从而提高系统运行效率。
无功功率补偿装置在电子供电系统中所承担的作用是提高电网的功率因数，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。合理的选择补偿装置，可以做到最大限度的减少网络的损耗，使电网质量提高。反之，如选择或使用不当，可能造成供电系统，电压波动，谐波增大等诸多因素。
一、按投切方式分类:
1. 延时投切方式
延时投切方式即人们熟称的"静态"补偿方式。这种投切依靠于传统的接触器的动作，当然用于投切电容的接触器专用的，它具有抑制电容的涌流作用，延时投切的目的在于防止接触器过于频繁的动作时，电容器造成损坏，更重要的是防备电容不停的投切导致供电系统振荡，这是很危险的。当电网的负荷呈感性时，如电动机、电焊机等负载，这时电网的电流滞带后电压一个角度，当负荷呈容性时，如过量的补偿装置的控制器，这是电网的电流超前于电压的一个角度，即功率因数超前或滞后是指电流与电压的相位关系。通过补偿装置的控制器检测供电系统的物理量，来决定电容器的投切，这个物理量可以是功率因数或无功电流或无功功率。
下面就功率因数型举例说明。当这个物理量满足要求时，如cosΦ超前且>0.98，滞后且>0.95，在这个范围内，此时控制器没有控制信号发出，这时已投入的电容器组不退出，没投入的电容器组也不投入。当检测到cosΦ不满足要求时，如cosΦ滞后且<0.95，那么将一组电容器投入，并继续监测cosΦ如还不满足要求，控制器则延时一段时间（延时时间可整定），再投入一组电容器，直到全部投入为止。当检测到超前信号如cosΦ<0.98,即呈容性载荷时，那么控制器就逐一切除电容器组。要遵循的原则就是：先投入的那组电容器组在切除时就要先切除。如果把延时时间整定为300s，而这套补偿装置有十路电容器组，那么全部投入的时间就为30分钟，切除也这样。在这段时间内无功损失补只能是逐步到位。如果将延时时间整定的很短，或没有设定延时时间，就可能会出现这样的情况。当控制器监测到cosΦ〈0.95，迅速将电容器组逐一投入，而在投入期间，此时电网可能已是容性负载即过补偿了，控制器则控制电容器组逐一切除，周而复始，形成震荡，导致系统崩溃。是否能形成振荡与负载的性质有密切关系，所以说这个参数需要根据现场情况整定，要在保证系统安全的情况下，再考虑补偿效果。
2. 瞬时投切方式
瞬时投切方式即人们熟称的"动态"补偿方式，应该说它是半导体电力器件与数字技术综合的技术结晶，实际就是一套快速随动系统，控制器一般能在半个周波至1个周波内完成采样、计算，在2个周期到来时，控制器已经发出控制信号了。通过脉冲信号使晶闸管导通，投切电容器组大约20-30毫秒内就完成一个全部动作，这种控制方式是机械动作的接触器类无法实现的。动态补偿方式作为新一代的补偿装置有着广泛的应用前景。现在很多开关行业厂都试图生产、制造这类装置且有的生产厂已经生产出很不错的装置。当然与国外同类产品相比从性能上、元器件的质量、产品结构上还有一定的差距。
动态补偿的线路方式
(1)LC串接法原理如图1所示
这种方式采用电感与电容的串联接法，调节电抗以达到补偿无功损耗的目的。从原理上分析，这种方式响应速度快，闭环使用时，可做到无差调节，使无功损耗降为零。从元件的选择上来说，根据补偿量选择1组电容器即可，不需要再分成多路。既然有这么多的优点，应该是非常理想的补偿装置了。但由于要求选用的电感量值大，要在很大的动态范围内调节，所以体积也相对较大，价格也要高一些，再加一些技术的原因，这项技术到目前来说还没有被广泛采用或使用者很少。
(2)采用电力半导体器件作为电容器组的投切开关，较常采用的接线方式如图2。图中BK为半导体器件，C1为电容器组。这种接线方式采用2组开关，另一相直接接电网省去一组开关，有很多优越性。
作为补偿装置所采用的半导体器件一般都采用晶闸管，其优点是选材方便，电路成熟又很经济。其不足之处是元件本身不能快速关断，在意外情况下容易烧毁，所以保护措施要完善。当解决了保护问题，作为电容器组投切开关应该是较理想的器件。动态补偿的补偿效果还要看控制器是否有较高的性能及参数。很重要的一项就是要求控制器要有良好的动态响应时间，准确的投切功率，还要有较高的自识别能力，这样才能达到最佳的补偿效果。
当控制器采集到需要补偿的信号发出一个指令（投入一组或多组电容器的指令），此时由触发脉冲去触发晶闸管导通，相应的电容器组也就并人线路运行。需要强调的是晶闸管导通的条件必须满足其所在相的电容器的端电压为零，以避免涌流造成元件的损坏，半导体器件应该是无涌流投切。当控制指令撤消时，触发脉冲随即消失，晶闸管零电流自然关断。关断后的电容器电压为线路电压交流峰值，必须由放电电阻尽快放电，以备电容器再次投入。
元器件可以选单项晶闸管反并联或是双向晶闸管，也可选适合容性负载的固态接触器，这样可以省去过零触发的脉冲电路，从而简化线路，元件的耐压及电流要合理选择，散热器及冷却方式也要考虑周全。
3.混合投切方式
实际上就是静态与动态补偿的混合，一部分电容器组使用接触器投切，而另一部分电容器组使用电力半导体器件。这种方式在一定程度上可做到优势互补，但就其控制技术，目前还见到完善的控制软件，该方式用于通常的网络如工矿、小区、域网改造，比起单一的投切方式拓宽了应用范围，节能效果更好。补偿装置选择非等容电容器组，这种方式补偿效果更加细致，更为理想。还可采用分相补偿方式，可以解决由于线路三相不平行造成的损失。
4. 在无功功率补偿装置的应用方面，选择那一种补偿方式，还要依电网的状况而定，首先对所补偿的线路要有所了解，对于负荷较大且变化较快的工况，电焊机、电动机的线路采用动态补偿，节能效果明显。对于负荷相对平稳的线路应采用静态补偿方式，也可使用动态补偿装置。对于一些特殊的工作环境就要慎重选择补偿方式，尤其线路中含有瞬变高电压、大电流冲击的场合是不能采用动态补偿的。一般电焊工作时间均在几秒钟以上，电动机启动也在几秒钟以上，而动态补偿的响应时间在几十毫秒，按40毫秒考虑则从40毫秒到5秒钟之内是一个相对的稳态过程，动态补偿装置能完成这个过程。如果线路中没有出现这么一段相对的稳态过程并能量又有较大的变化，我们把它称为瞬变或闪变，采用动态补偿就要出问题并可能引发事故。
二、无功功率补偿控制器
无功功率补偿控制器有三种采样方式，功率因数型、无功功率型、无功电流型。选择那一种物理控制方式实际上就是对无功功率补偿控制器的选择。控制器是无功补偿装置的指挥系统，采样、运算、发出投切信号，参数设定、测量、元件保护等功能均由补偿控制器完成。十几年来经历了由分立元件--集成线路--单片机--DSP芯片一个快速发展的过程，其功能也愈加完善。就国内的总体状况，由于市场的需求量很大，生产厂家也愈来愈多，其性能及内在质量差异很大，很多产品名不符实，在选用时需认真对待。在选用时需要注意的另一个问题就是国内生产的控制器其名称均为"XXX无功功率补偿控制器"，名称里出现的"无功功率"的含义不是这台控制器的采样物理量。采样物理量取决于产品的型号，而不是产品的名称。
1.功率因数型控制器
功率因数用cosΦ表示，它表示有功功率在线路中所占的比例。当cosΦ=1时，线路中没有无功损耗。提高功率因数以减少无功损耗是这类控制器的最终目标。这种控制方式也是很传统的方式，采样、控制也都较容易实现。
* "延时"整定，投切的延时时间，应在10s-120s范围内调节 "灵敏度"整定，电流灵敏度，不大于0-2A 。
* 投入及切除门限整定，其功率因数应能在0.85（滞后）-0.95（超前）范围内整定。
* 过压保护设量
* 显示设置、循环投切等功能
这种采样方式在运行中既要保证线路系统稳定、无振荡现象出现，又要兼顾补偿效果，这是一对矛盾，只能在现场视具体情况将参数整定在较好的状态下工作。即使调整的较好，也无法祢补这种方式本身的缺陷，尤其是在线路重负荷时。举例说明：设定投入门限；cosΦ=0.95（滞后）此时线路重载荷，即使此时的无功损耗已很大，再投电容器组也不会出现过补偿，但cosΦ只要不小于0.95，控制器就不会再有补偿指令，也就不会有电容器组投入，所以这种控制方式建议不做为推荐的方式。
2. 无功功率（无功电流）型控制器
无功功率（无功电流）型的控制器较完善的解决了功率因数型的缺陷。一个设计良好的无功型控制器是智能化的，有很强的适应能力，能兼顾线路的稳定性及检测及补偿效果，并能对补偿装置进行完善的保护及检测，这类控制器一般都具有以下功能：
* 四象限操作、自动、手动切换、自识别各路电容器组的功率、根据负载自动调节切换时间、谐波过压报警及保护、线路谐振报警、过电压保护、线路低电流报警、电压、电流畸变率测量、显示电容器功率、显示cosΦ、U、I、S、P、Q及频率。
由以上功能就可以看出其控制功能的完备，由于是无功型的控制器，也就将补偿装置的效果发挥得淋漓尽致。如线路在重负荷时，那怕cosΦ已达到0.99（滞后），只要再投一组电容器不发生过补，也还会再投入一组电容器，使补偿效果达到最佳的状态。采用DSP芯片的控制器，运算速度大幅度提高，使得富里叶变换得到实现。当然，不是所有的无功型控制器都有这么完备的功能。国内的产品相对于国外的产品还存在一定的差距。
3. 用于动态补偿的控制器
对于这种控制器要求就更高了，一般是与触发脉冲形成电路一并考虑的，要求控制器抗干扰能力强，运算速度快，更重要的是有很好的完成动态补偿功能。由于这类控制器也都基于无功型，所以它具备静态无功型的特点。
目前，国内用于动态补偿的控制器，与国外同类产品相比有较大的差距，一是在动态响应时间上较慢，动态响应时间重复性不好。二是补偿功率不能一步到位，这些应是生产厂家要重点解决的问题。另外，相应的国家标准也尚未见到，这方面落后于发展。
三、滤波补偿系统
由于现代半导体器件应用愈来愈普遍，功率也更大，但它的负面影响就是产生很大的非正弦电流。使电网的谐波电压升高，畸变率增大，电网供电质量变坏。
如果供电线路上有较大的谐波电压，尤其5次以上，这些谐波将被补偿装置放大。电容器组与线路串联谐振，使线路上的电压、电流畸变率增大，还有可能造成设备损坏，再这种情况下补偿装置是不可使用的。最好的解决方法就是在电容器组串接电抗器来组成谐波滤波器。滤波器的设计要使在工频情况下呈容性，以对线路进行无功补偿，对于谐波则为感性负载，以吸收部分谐波电流，改善线路的畸变率。增加电抗器后，要考虑电容端电压升高的问题。
滤波补偿装置即补偿了无功损耗又改善了线路质量，虽然成本提高较多，但对于谐波成分较大的线路还是应尽量考虑采用，不能认为装置一时不出问题就认为没有问题存在。很多情况下，采用五次、七次、十一次或高通滤波器可以在补偿无功功率的同时，对系统中的谐波进行消除。
无功补偿
在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，这些用电设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。
但是从发电机和高压输电线供给的无功功率远远满足不了负荷的需要，所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率，以保证用户对无功功率的需要，这样用电设备才能在额定电压下工作。
无功补偿的基本原理是：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。
无功补偿可以改善电能质量、降低电能损耗、挖掘发供电设备潜力、无功补偿减少用户电费支出，是一项投资少，收效快的节能措施。
不过在确定无功补偿容量时应注意在轻负荷时要避免过补偿，倒送无功功率势必造成功率损耗增加；另外功率因数越高，补偿容量减少损耗的作用将变小，通常情况下，将功率因数提高到0.95就是合理补偿。
二、发现无功功率能做的证据
当代人们可以不承认无功功做功的事实，但不能不利用它来做功。最早使用直流电时，是利用热能做功。当发明交流电以后，人们又利用电磁能做功，如变压器和电动机。这时人们把无功功率做的功，当成是有功功率做的功。就使人们在错误的道路上越走越远，出现了许多人们无法解答的怪现象。无功功率能做功的表现如下：
1、无功功率在电流表中能产生转矩，指针转动就是无功功率做的功
实践得知：电流指针走动大小与有效电流大小成正比。证明无功功率在电流表中能产生转矩。电流表虽小，说明问题很大，电表与电动机性质相同，都是利用电磁能做的功，转矩大小都与电流大小成正比，推理无功功率在交流电动机中一定会做功。
2、无功功率在变压器中能进行转换，证明无功功率做了功
书中承认变压器的空载电动势是由无功功率电流产生的，并且承认输入电流的相位，是输出电流的相位决定的，两个电流相位差180度，当输出有功功率时，输入就是有功功率；输出无功功率时，输入也是无功功率。如果无功功率不能做功，那么，原边电流的相位，就不会由负边的电流相位和大小而改变。变压器能进行能量转换，证明无功功率能做功。
3、在负载和电源电压不变的条件下，在异步电动机中，并联适当的电容器，消耗的有功功率减少，说明无功功率在交流电动机中做了功。
实践得知：在异步电动机中，定子电流的相位和变压器一样，是由转子电流的相位决定的，两个电流相位差180度。如果有功功率能做功，那么无功功率也能做功，因为它们的两个磁场的相对位置是一样的。
书中认为异步电动机转动原理与直流电机原理相同是不对的，它不是通电导体在磁场中受力作用产生的，而是定子旋转磁场拖动转子产生的。因定子磁场大小与视在功率成正比，所以无功功率能做功。
在并联电容器后，电路中增加一个内电动势，输入了新的能量，在负载大小不变时，从电网中输入的电流减少，所以节约了有功功率。
如果无功功率不能做功，那么，负载大小不变，消耗有功功率也不能发生变化，但实践证明消耗有功功率减少，就证明无功功率做了功。
4、无功功率在有功功率电表中不产生转矩，不能做为证据？
书中认为无功功率不能在测有功功率时产生转矩，就认为无功功率不能做功。此种说法是不对的，有功功率在测量无功功率大小时也不产生转矩，两种情况都是人为造成的，有功功率电表不能做为否认无功功率能做功的证据。
通过对以上各种问题的探讨：发现无功功率能做功，视在功率代表总电能
三、新理论
由于对无功功率认识不同形成不同的学说。
1、当代的电工书可称为《有功功率中心说》：
①无功功率瞬时平均功率为零，没有功率量纲，故起名无功功率。
②无功功率的电流与电压相位差90度，它不能做功。电功率公式P=IUcos∮
③无功功率在电动机和有功功率电表中不能产生转矩。
④有效电流和有效电压没有实际意义，视在功率不代表总电能。
⑤电路谐振不产生能量，不承认《内电动势》是能源。
⑥在电能收费方面，不收无功功率电费。
通过以上几个问题可以看出，当代的电工理论实际就是一个有功功率中心说（暂时虽然还没有这个提法，实际是。），要承认电路谐振时产生能量，不是一件容易的事情，不改变对无功功率的认识，不承认视在功率代表总电能，不提出视在功率中心说是不行的，是无法办到的。
2、新理论-视在功率中心说：
①瞬时平均功率不为零，有无功功率量纲，因为感抗属于保守力，所以可以改名为保守功率。
②无功功的电流与电压相位差90度，是时间角度，不是空间角度。它好比是宏观两个相差900度的分力，它们合力的功，等于分力功的矢量和。电功率公式S=IU
③无功功率在电动机和有功功率电表中能产生转矩，可以转变为机械能做功。
④有效电流和有效电压有实际意义，视在功率不代表总电能。
⑤新理论能达到理论与实践相一致，宏观与微观相统一。感抗和宏观中的重力相同，都是一个保守力，在宏观消耗在保守力方面的能量称为：保守功率。同理在微观消耗在感抗或电抗中的电功率也可称为：保守电功率。
谐 波 简 介
一、1. 何为谐波？
“谐波”一词起源于声学。有关谐波的数学分析在18世纪和19世纪已经奠定了良好的基础。傅里叶等人提出的谐波分析
方法至今仍被广泛应用。电力系统的谐波问题早在20世纪20年代和30年代就引起了人们的注意。当时在德国，由于使用静止汞弧变流器而造成了电压、电流波形的畸变。1945年J.C.Read发表的有关变流器谐波的论文是早期有关谐波研究的经典论文。
到了50年代和60年代，由于高压直流输电技术的发展，发表了有关变流器引起电力系统谐波问题的大量论文。70年代以来，由于电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，谐波所造成的危害也日趋严重。世界各国都对谐波问题予以充分和关注。国际上召开了多次有关谐波问题的学术会议，不少国家和国际学术组织都制定了限制电力系统谐波和用电设备谐波的标准和规定。
谐波研究的意义，是因为谐波的危害十分严重。谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。对于电力系统外部，谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。
2. 谐波抑制
为解决电力电子装置和其他谐波源的谐波污染问题，基本思路有两条：一条是装设谐波补偿装置来补偿谐波，这对各种谐波源都是适用的；另一条是对电力电子装置本身进行改造，使期不产生谐波，且功率因数可控制为1，这当然只适用于作为主要谐波源的电力电子装置。
装设谐波补偿装置的传统方法就是采用LC调谐滤波器。这种方法既可补偿谐波，又可补偿无功功率，而且结构简单，一直被广泛使用。这种方法的主要缺点是补偿特性受电网阻抗和运行状态影响，易和系统发生并联谐振，导致谐波放大，使LC滤波器过载甚至烧毁。此外，它只能补偿固定频率的谐波，补偿效果也不甚理想。
3. 无功补偿还
人们对有功功率的理解非常容易，而要深刻认识无功功率却并不是轻而易举的。在正弦电路中，无功功率的概念是清楚的，而在含有谐波时，至今尚无获得公认的无功功率定义。但是，对无功功率这一概念的重要性，对无功补偿重要性的认识，却是一致的。无功补偿应包含对基波无功功补偿和对谐波无功功率的补偿。
无功功率对供电系统和负荷的运行都是十分重要的。电力系统网络元件的阻抗主要是电感性的。因此，粗略地说，为了输送有功功率，就要求送电端和受电端的电压有一相位差，这在相当宽的范围内可以实现；而为了输送无功功率，则要求两端电压有一幅值差，这只能在很窄的范围内实现。不仅大多数网络元件消耗无功功率，大多数负载也需要消耗无功功率。网络元件和负载所需要的无功功率必须从网络中某个地方获得。显然，这些无功功率如果都要由发电机提供并经过长距离传送是不合理的，通常也是不可能的。合理的方法应是在需要消耗无功功率的地方产生无功功率，这就是无功补偿。
无功补偿的作用主要有以下几点：
（1） 提高供用电系统及负载的功率因数，降低设备容量，减少功率损耗。
（2） 稳定受电端及电网的电压，提高供电质量。在长距离输电线中合适的地点设置动态无功补偿装置还可以改善输电系统的稳定性，提高输电能力。
（3） 在电气化铁道等三相负载不平衡的场合，通过适当的无功裣可以平衡三相的有功及无功负载。
二、谐波和无功功率的产生
在工业和生活用电负载中，阻感负载占有很大的比例。异步电动机、变压器、荧光灯等都是典型的阻感负载。异步电动机和变压器所消耗的无功功率在电力系统所提供的无功功率中占有很高的比例。电力系统中的电抗器和架空线等也消耗一些无功功率。阻感负载必须吸收无功功率才能正常工作，这是由其本身的性质所决定的。
电力电子装置等非线性装置也要消耗无功功率，特别是各种相控装置。 如相控整流器、相控交流功率调整电路和周波变流器，在工作时基波电流滞后于电网电压，要消耗大量的无功功率。另外，这些装置也会产生大量的谐波电流，谐波源都是要消耗无功功率的。二极管整流电路的基波电流相位和电网电压相位大致相同，所以基本不消耗基波无功功率。但是它也产生大量的谐波电流，因此也消耗一定的无功功率。
近30年来，电力电子装置的应用日益广泛，也使得电力电子装置成为最大的谐波源。在各种电力电子装置中，整流装置所占的比例最大。目前，常用的整流电路几乎都采用晶闸管相控整流电路或二极管整流电路，其中以三相桥式和单相桥式整流电路为最多。带阻感负载的整流电路所产生的谐波污染和功率因数滞后已为人们所熟悉。直流侧采用电容滤波的二极管整流电路也是严惩的谐波污染源。这种电路输入电流的基波分量相位与电源电压相位大体相同，因而基波功率因数接近1。 但其输入电流的谐波分量却很大，给电网造成严重污染，也使得总的功率因数很低。另外，采用相控方式的交流电力调整电路及周波变流器等电力电子装置也会在输入侧产生大量的谐波电流。
三、无功功率的影响和谐波的危害
1.无功功率的影响
（1）无功功率的增加，会导致电流增大和视在功率增加，从而使发电机、变压器及其他电气设备容量和导线容量增加。
。同时，电力用户的起动及控制设备、测量仪表的尺寸和规格也要加大。
（2）无功功率的增加，使总电流增大，因而使设备及线路的损耗增加，这是显而易见的。
（3）使线路及变压器的电压降增大，如果是冲击性无功功率负载，还会使电压产生剧烈波动，使供电质量严重降低。
2.谐波的危害
理想的公用电网所提供的电压应该是单一而固定的频率以及规定的电压幅值。谐波电流和谐波电压的出现，对公用电网是一种污染，它使用电设备所处的环境恶化，也对周围的能耐电力电子设备广泛应用以前，人们对谐波及其危害就进行过一些研究，并有一定认识，但那时谐波污染还需要严惩没有引起足够的重视。近三四十年来，各种电力电子装置的迅速使得公。用电网的谐波污染日趋严重，由谐波引起的各种故障和事故也不断发生，谐波危害的严重性才引起人们高度的关注。谐波对公用电网和其他系统的危害大致有以下几个方面。
（1）谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率，大量的3次谐波流过中性线时会使线路过热甚至发生火灾。
（2）谐波影响各种电气设备的正常工作。 谐波对电机的影响除引起附加损耗外，还会产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重过热。谐波使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以至损坏。
（3）谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，这就使上述（1）和（2）的危害大大增加，甚至引起严重事故。
（4）谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并会使电气测量仪表计量不准确。
（5）谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量；重者导致住处丢失，使通信系统无法正常工作。
在供电系统中谐波电流的出现已经有许多年了。过去，谐波电流是由电气化铁路和工业的直流调速传动装置所用的，由交流变换为直流电的水银整流器所产生的。近年来，产生谐波的设备类型及数量均已剧增，并将继续增长。所以，我们必须很慎重地考虑谐波和它的不良影响，以及如何将不良影响减少到最小。
1 谐波的产生
在理想的干净供电系统中，电流和电压都是正弦波的。在只含线性元件(电阻、电感及电容)的简单电路里，流过的电流与施加的电压成正比，流过的电流是正弦波。
在实际的供电系统中，由于有非线性负荷的存在，当电流流过与所加电压不呈线性关系的负荷时，就形成非正弦电流。任何周期性波形均可分解为一个基频正弦波加上许多谐波频率的正弦波。谐波频率是基频的整倍数，例如基频为50Hz，二次谐波为100Hz，三次谐波则为150Hz。因此畸变的电流波形可能有二次谐波、三次谐波……可能直到第三十次谐波组成。
2 产生谐波的设备类型
所有的非线性负荷都能产生谐波电流，产生谐波的设备类型有：开关模式电源(SMPS)、电子荧火灯镇流器、调速传动装置、不间断电源(UPS)、磁性铁芯设备及某些家用电器如电视机等。
(1)开关模式电源(SMPS)：
大多数的现代电子设备都使用开关模式电源(SMPS)。它们和老式的设备不同，它们已将传统的降压器和整流器替换成由电源直接经可控制的整流器件去给存贮电容器充电，然后用一种和所需的输出电压及电流相适合的方法输出所需的直流电流。这对于设备制造厂的好处是使用器件的尺寸、价格及重量均可大幅度地降低，它的缺点是不管它是哪一种型号，它都不能从电源汲取连续的电流，而只能汲取脉冲电流。此脉冲电流含有大量的三次及高次谐波的分量。
(2)电子荧光灯镇流器：
电子荧光灯镇流器近年被大量采用。它的优点是在工作于高频时可显著提高灯管的效率，而其缺点是其逆变器在电源电流中产生谐波和电气噪声。使用带有功率因数校正的型号产品可减少谐波，但成本昂贵。
(3)直流调速传动装置：
直流电动机的调速控制器通常采用三相桥式整流电路，它也称作六脉冲桥式整流电路，因为在直流输出侧每周波内有六个脉冲(在每相的半波上有一个)。直流电动机的电感是有限的，故在直流电流中有300Hz的脉动波(即为供电频率的6倍)，这就改变了供电电流的波形。
(4)不间断电源(UPS)：
根据电能变换方式和由外部供电到内部供电所用转换方式的不同，UPS有许多不同的类型。主要的类型有：在线的UPS、离线的UPS和线路交互作用的UPS。由UPS供电的负荷总是电子信息设备，它们是非线性的并且含有大量的低次谐波。
(5)磁芯器件：
在有铁芯的电抗器上的励磁电流和磁通密度之间的关系总是非线性的。如果电流波形是正弦波(亦即电路中串联的电阻很大)那么磁场中会有高次谐波，这被认为是强迫磁化过程。如果施加在线圈上的电压是正弦波形(亦即串联的电阻很小)则磁通密度也将是正弦波形，而电流波形则含有高次谐波，这被认为是自由磁化过程。
3 谐波引发的问题及解决措施
谐波电流在电源系统内以及装置内均会造成问题。但其影响和解决措施非常不一样，需要分别处理；适用于消除谐波在装置内不良影响的办法并不能减少谐波在电源系统内造成的畸变，反之亦然。
(1)装置内的谐波问题及解决措施：
有几个常见多发的问题是由谐波引起的：电压畸变、过零噪声、中性线过热、变压器过热、断路器的误动作等。
①电压畸变：因为电源系统有内阻抗，所以谐波负荷电流将造成电压波形的谐波电压畸变(这是产生"平顶"波的根源)。此阻抗有两个组成部分：电源接口(PCC)以后的电气装置内部电缆线路的阻抗和PCC以前电源系统内的阻抗，用户处的供电变压器即是PCC的一例。
由非线性负荷引起的畸变负荷电流在电缆的阻抗上产生一个畸变的电压降。合成的畸变电压波形加到与此同一电路上所接的全部其他负荷上，引起谐波电流的流过，即使这些负荷是线性的负荷也是如此。
解决的办法是把产生谐波的负荷的供电线路和对谐波敏感的负荷的供电线路分开，线性负荷和非线性负荷从同一电源接口点开始由不同的电路馈电，使非线性负荷产生的畸变电压不会传导到线性负荷上去。
②过零噪声：许多电子控制器要检测电压的过零点，以确定负荷的接通时刻。这样做是为了在电压过零时接通感性负荷不致产生瞬态过电压，从而可减少电磁干扰(EMI)和半导体开关器件上的电压冲击。当在电源上有高次谐波或瞬态过电压时，在过零处电压的变化率就很高且难于判定从而导致误动作。实际上在每个半波里可有多个过零点。
③中性线过热：在中性点直接接地的三相四线式供电系统中，当负荷产生3N次谐波电流时，中性线上将流过各相3N次谐波电流的和。如当时三相负荷不平衡时，中性线上流经的电流会更大。最近研究实验发现中性线电流会可能大于任何一相的相电流。造成中性线导线发热过高，增加了线路损耗，甚至会烧断导线。
现行的解决措施是增大三相四线式供电系统中中性线的导线截面积，最低要求要使用与相线等截面的导线。国际电工委员会(IEC)曾提议中性线导线的截面应为相线导线截面的
200%。
④变压器温升过高：接线为Yyn的变压器，其二次侧负荷产生3N次谐波电流时，其中性线上除有三相负荷不平衡电流总和外，还将流过3N次谐波电流的代数和，并将谐波电流通过变压器一次侧流入电网。解决上述问题最简单的办法是采用Dyn接线的变压器，使负荷产生的谐波电流在变压器△形绕组中循环，而不致流入电网。
无论谐波电流流入电网与否，所有的谐波电流都会增加变压器的电能损耗，并增加了变压器的温升。
⑤引起剩余电流断路器的误动作：剩余电流断路器(RCCB)是根据通过零序互感器的电流之和来动作的，如果电流之和大于额定的限值它就将脱扣切断电源。出现谐波时RCCB误动作有两个原因：第一，因为RCCB是一种机电器件，有时不能准确检测出高频分量的和，所以就会误跳闸。第二，由于有谐波电流的缘故，流过电路的电流会比计算所得或简单测得的值要大。大多数的便携式测量仪表并不能测出真实的电流均方根值而只是平均值，然后假设波形是纯正弦的，再乘一个校正系数而得出读数。在有谐波时，这样读出的结果可能比真实数值要低得多，而这就意味着脱扣器是被整定在一个十分低的数值上。
现在可以买到能检测电流均方根值的断路器，再加上真实的均方根值测量技术，校正脱扣器的整定值，便可保证供电的可靠性。
(2)影响供电电源的谐波问题及解决措施：
《中华人民共和国电力法》指出："用户用电不得危害供电、用电安全和扰乱供电、用电秩序"，《供电营业规则》中规定："用户的非线性阻抗特性的用电设备接入电网运行所注入电网的谐波电流和引起公共连接点至正弦波畸变超过标准时，用户必须采取措施予以消除。"
由畸变电流造成的电压畸变取决于电源阻抗。阻抗愈大则由同一电流畸变所造成的电压畸变就愈大。对于10次以下的谐波而言，供电网络通常是感性的，所以电源阻抗就和频率成正比，谐波次数越高，所造成的畸变就越大。通常不可能减小供电系统的阻抗，所以需要采用别的步骤来保证电压畸变不超过限度。可能的解决方法有：装用谐波滤波器、装用隔离变压器和装用有源的谐波调节器。
①装用谐波滤波器：对于电动机控制器产生的谐波，谐波的形状很分明，可以用滤波器来降低谐波电流。对于六脉冲的控制器，滤波器可去掉20%的五次谐波以及全部的高次谐波，对基波影响甚微。为了避免增益顶峰靠近谐波，必须用解谐的滤波器，而且可能需装多个滤波器。在12脉冲桥路中最低次的谐波是11次的，此时情况比较简单。
②装用隔离变压器：均衡的三次谐波电流传回到电源去的问题可以用一台Dyn接法的隔离变压器来削弱。使用这种变压器时，通常装设一个旁路的电路以避免在进行变压器的维护工作时长时期地对负荷停止供电。在这种情况下，应采用中性线有足够大的通用四芯馈线。在重要的配电系统中，有时把隔离变压器就地装在每一配电盘上，使3N次谐波电流与配电系统相隔离。隔离变压器要适当提高额定值，否则也会产生电压畸变和过热。
③装用有源的谐波调节器：由变流器/逆变器产生的边频带和谐波不能很好地用普通的滤波器来滤除，这是因为边频带上的频率是随传动装置的速度而变化的，并且时常很接近于基波频率。目前有源滤波器日益推广应用，它在工作时主动地注入一个电流来精确地补偿由负荷产生的谐波电流，就会获得一个纯粹的正弦波。这种滤波设备的工作靠数字信号处理(DSP)技术来控制快速绝缘栅双极晶体管(IGBT)。因为设备是与供电系统并联工作的，它只控制谐波电流，基波电流并不流过该滤波器。如果所需过滤的谐波电流比滤波器的容量大的话，它只是简单地起限制作用而使波形得到部分的纠正。
无功补偿方式以提高功率因数
随着经济的发展，生活用电及农业生产用电都大幅度提高，特别是农电体制的改革，城乡同网同价的实现，用电量更是急速增加。虽然也投入大量资金进行农网改造，但都跟不上用电需求步伐，加上一直以来农村电网并没有较完善的规划，高低压线路供电半径过大，配变布点不合理的现象仍大量存在，造成电压质量差，线路损耗大。农电体制改革前，没有抄表到户，低压线路损耗由用户负担，电压质量的测定也只到配变的低压侧，因此在这两方面未有较实际的数据统计。但抄表到户后，高低压线路的损耗均由供电部门承担，上级对线损率的要求越来越严格，用户对电压质量的要求也提高了，如何解决这两个问题成为当时较迫切的任务。综合考虑时间、资金等方面的因素及配网的实际情况，我们尝试采用不同的无功补偿方式以提高功率因数入手，选用一些上述问题相对严重的线路作为试点开展本项工作。
无功补偿点的合理选择以及补偿容量的确定，能够有效地维持系统的电压水平,提高系统的电压稳定性，避免大量无功功率的远距离传输，从而降低有功网损，减少发电费用。
10kV及以下配电网采用的无功补偿方式有：10kV线路补偿、变压器低压侧集中补偿、公用低压线路分散补偿几种方式。以往通常采用的方法是在变压器低压侧进行补偿，既可降低线路损耗，也能降低配电变压器损耗，电压质量也有较大的改善。但随着运行条件的变化，这种单一补偿方式不能解决出现的种种问题。笔者针对新会配网的一些实际情况，通过采用多种补偿方式结合的办法，取得不错的效果。
1 变压器低压侧集中补偿方式
目前较普遍采用的是在配电变压器380V侧进行集中补偿，通常采用微机控制的低压并联电容器柜，容量在几十至几百千乏不等，根据用户负荷水平的波动投入相应数量的电容器进行跟踪补偿。主要目的是提高配变负荷的功率因数，实现无功的就地平衡，对配电网和配电变的降损有一定作用，也有助于保证配变输出的电压水平。自动补偿装置控制器是根据功率因数来进行电容器的自动投切的。
自1999年农网改造以来，无论是公用台区还是专用台区，对于100kVA及以上的变压器，我们基本上都按其容量的20%～40%配置了低压集中式动态无功补偿。这种补偿方式对于专用户及主要负荷距配变不远的公用台区效果较好，既能改善电压质量，又能降损，维护工作相对简单。但对于低压线路长、负荷分散的台区，配变输入电压低的地方，单一采用变压器低压侧集中补偿的方式效果就不太理想，需结合其他方式进行无功补偿。
2 低压线路分散补偿方式
随着农村经济的发展，农业生产用电量越来越大，特别是部分水网地带的养殖业，其特点是用电量大、地点分散、负荷功率因数低（用电设备主要是小容量三相电机，且一般养殖用户不会安装补偿装置），而且波动大，一直以来这部分的电压质量及损耗都是存在很大的问题。最彻底的解决办法就是新架设10kV线路、新增台区或调整布点和改造低压线路。但由于长期以来农村配电网缺乏长期规划，要进行完善的改造所需的资金量是非常巨大的，所需时间也是很长的，在短期内难以实现。经过分析研究，决定采用在这类低压线路上分散安装电容补偿器的方法来解决。
2003年同网同价后，大鳌镇养殖用电急剧增长,造成了许多变压器、配电屏、低压线经常出现超载，而且线路后段电压严重偏低。表１为其中一个台区的测量数据：主要负荷集中在两条出线，每条出线长700多米，共30多户分散接在低压出线上，2003年上半年线损率为26%。
表1 台区测量数据统计：
由表1数据看出变压器及低压线路超载，且电压严重偏低，如果要彻底解决需新架设10kV线路并另立一个新台区，投资将超过40万元，耗时最少50日。而我们采用低压线路分散补偿的方法，分别在每条出线距配变1/3及2/3处各安装一台45kVar及30kVar的电容补偿箱，因养殖用电极不平衡，在夜间达到高峰，白天一半负荷都不到，故所有补偿箱均安装自动控制装置，费用约3万元，一天内就安装完毕。投运后测量数据如表2（峰期）所示。
表2 新台区投运后测量数据：
由表2数据看出，出线的电流得到较大幅度的降低，尤其是线路末端电压得到很大的提高，对线路损耗会起到相当大的作用。经过3个月的用电数据统计，线损率降到15.7%。
对类似这些低压用电，采用分散补偿方式有较大的优点，投入少，见效快，电房内的集中补偿容量还可相对减少。但由于运行的环境比较恶劣，相关设备的质量要求高，日常维护工作量大，必须有严谨的管理制度才能保证可靠运行。
3 10kV线路分散补偿方式
这种补偿方式适用于功率因数较低且负荷较重的长距离配电线路。以110kV睦洲站10kV黄布线为例，干线长13km，较大的负荷主要集中在线路后段，且主要为农业用电，以排灌、增氧（不容量电机）为主，2004年最高运行电流为478A，线路末端高压侧电压只有8900V（首端为10200V）。虽然在大多数配变的低压侧及低压线路都安装一定数量的补偿电容，但电压质量仍然相当差，用电户意见很大。而且，就其所处的地理位置及当地的经济发展，不可能投入大额的资金进行电网建设。经分析，采用10kV线路分散补偿的方式解决。
根据10kV黄布线的负荷分布情况，在线路（共142基杆）的75#杆、101#杆上分别安装容量为375kVar和450kVar的无功补偿。采用的是TBBZ系列柱上式自动投切高压并联电容器装置，可根据线路需要，经预先设定，实现并联电容器的自动投切（按时间、电压或功率因数），同时具有短路、过流、过电压、欠电压和防止电容器带电荷合闸竺保护功能。投运后，经实际测量，线路末端电压升高到9520V。在使用过程中，开始按功率因数设定投切值，但由于需在干线上装设开口式采样电流互感器，对防雷要求较高，存在较大的难度。因此，针对本项工作的实际需要，改用按电压设定投切值，取消安装电流互感器，同样收到预期的效果，而且，10kV电压的提高，对减少低压配网的损耗是不言而喻的。
所以，对于功率因数低的长距离配电线路，采用10kV线路分散补偿方式对提高电压质量，减少损耗能起到立竿见影的作用。同样，因运行环境等因素，设备质量、管理等要求较高的水平 。
4 结束语
对无功功率进行补偿的效果是有目共睹的，在选择补偿方式的过程中，应该在技术经济上综合考虑，根据具体情况进行分析，来决定是采用高压补偿、低压集中补偿还是低压分散补偿，还是三者综合采用，从而达到提高功率因数、降低配网损耗、提高电压质量，使电气设备经济运行的目的。还有，只有既重视无功补偿的安装又重视投运后的运行维护，才能真正实现无功功率的合理分布，从而达到节能降损之功效，使供用电双方共同取得最佳的经济效益。
什么是用电功率因素，为什么要提高功率因素？
用电功率因素是指用电负荷的有功功率与视在功率的比值。电力用电设备，如变压器、感应电动机、电力线路等，除从电力系统吸取有功功率外，还要吸取无功功率。无功功率仅完成电磁能量的相互转换，并不作动。无功和有功同样重要，没有无功，变压器不能变压，电动机不能转动，电力系统不能正常运行。无功功率的消耗导致用电功率因素降低，因而占用了电力系统发供电设施，同时也增加了电力系统输电过程中的有功功率损耗。因而世界各国电力企业对电力用户的用电功率因素都有要求，并按用户用电功率因素的高低在经济上给予奖惩。
二 自然功率因数
简介： 感应电动机的功率因数有两种，即自然功率因数和总功率因数。自然功率因数就是设备本身固有的功率因数，其值决定于本身的用电参数，倘若自然功率因数偏低，不能满足标准和节约用电的要求，就需设置人工补偿装置来提高功率因数，这时的功率因数叫总功率因数。由于设置人工补偿装置需增加很多投资，所以提高电动机自然功率因数是首要的任务。研究如何提高农网中电动机的自然功率因数，减少输送的无功负荷，降损节能，提高运行效率，很有必要。本文拟探讨这个问题。
感应电动机的功率因数有两种，即自然功率因数和总功率因数。自然功率因数就是设备本身固有的功率因数，其值决定于本身的用电参数(如：结构，用电性质等)。倘若自然功率因数偏低，不能满足标准和节约用电的要求，就需设置人工补偿装置来提高功率因数，这时的功率因数叫总功率因数。由于设置人工补偿装置需增加很多投资，所以提高电动机自然功率因数是首要的任务。在农网中消耗无功功率比重最多的是感应电动机，约占60%以上，因此，研究如何提高农网中电动机的自然功率因数，减少输送的无功负荷，降损节能，提高运行效率，很有必要。本文拟探讨这个问题。
1 严格控制电动机容量，提高设备负载率，达到合理运行
(1) 合理选用电动机容量，提高自然功率因数和效率，降低功率损失。
"大马拉小车"、轻载和空载运行情况，造成电动机自然功率因数偏低，耗用无功比例较大，损失电能增加。因此，合理选择电动机容量，使之与机械负载功率相匹配，提高电动机的负载率，是改善其自然功率因数的主要方法之一。
电动机的负载率与功率因数的关系如表1所示：
表1
| 负载率 | 0 | 0.25 | 0.5 | 0.75 | 1 |
| cosф | 0.2 | 0.5 | 0.77 | 0.85 | 0.88 |
由表1可知，随着负载率的提高，电动机自然功率因数也就提高了，也就是说，合理选择电动机容量，能提高其功率因数，达到节约电能之目的。
电动机当其处于最佳负载率状态下运行时，其效率最高，自然功率因数最大。
(2)合理使用电动机，提高自然功率因数和效率，降低功率损失。
可以对轻负荷电动机容量下调，即将负荷不足的大容量电动机进行替换。
当电动机的负载率kfz＜40%时，可以调换：当40%＜kfz＜70%时，则需通过技术经济比较后，再做决定，其主要判定条件是：
ΔPd1-ΔPd2＞0
式中ΔPd1-原有电动机的有功损失，kW
ΔPd1-替换电动机的有功损失，kW
2 对轻负荷电动机实行降压运行，提高自然功率因数和效率，降低功率损失
当负载系数kfz＜50%时，应对电动机采用降压运行，具体做法是将定子绕组由Δ改接为Y接线。
不同负载率改接前后效率和功率因数的变化，如表2、表3所示。
表2 感应电动机定子绕组Δ-Y变接后的效率变化
| ηY/η△ | 1.27 | 1.1 | 1.06 | 1.04 | 1.02 | 1.01 | 1.005 | 1 |
| kfz | 0.1 | 0.2 | 0.25 | 0.3 | 0.35 | 0.4 | 0.45 | 0.5 |
表3 感应电动机定子绕组Δ-Y变接后的功率因数变化
| cosф的 额定值 | cosфY/cosф△ | ||||
kfz=0.1 | kfz=0.2 | kfz=0.3 | kfz=0.4 | kfz=0.5 | |
| 0.78 | 1.94 | 1.8 | 1.64 | 1.49 | 1.35 |
| 0.80 | 1.85 | 1.73 | 1.58 | 1.43 | 1.30 |
| 0.82 | 1.78 | 1.67 | 1.52 | 1.37 | 1.26 |
| 0.84 | 1.72 | 1.61 | 1.46 | 1.32 | 1.22 |
| 0.86 | 1.66 | 1.55 | 1.41 | 1.27 | 1.18 |
| 0.88 | 1.60 | 1.49 | 1.35 | 1.22 | 1.14 |
| 0.90 | 1.57 | 1.43 | 1.29 | 1.17 | 1.10 |
| 0.92 | 1.50 | 1.36 | 1.20 | 1.11 | 1.06 |
当电动机负载系数kfz＜0.5时，由Δ改变Y接线降压运行后，可提高电动机的自然功率因数和效率，达到降低电能损耗的目的。由于农网中绝大部分是小容量轻载异步电动机，故此法很适于农网中使用。
3 低压网络电能(功率)损失的降低
由于异步电动机自然功率因数的提高，可以减少低压网络中输送的无功负荷，从而降低其电能损失。
4 结束语
在农村电力网中合理选用和使用异步电动机以及对轻载电动机实行降压运行，是一种无需任何投资或投资很少的切实可行的降损措施。它可以有效地提高电动机的自然功率因数和运行效率，降低电能损耗和减少运行费用，这对供用电双方均有益处。因此，电力企业有责任，也有义务指导客户做好此项工作。
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