浅谈无功补偿对电能计量的影响

引言

无功补偿技术应用于电气自动化系统不仅降低了无功功率，节约了电能损耗，也是一个必然的趋势。供电企业对用户输送的三相交流功率中两种功率，指的是有功功率和无功功率。一般供电企业可以对用户收取有功电度的电费，而不能向用户收取无功电度的电费。但是随着负荷电量使用量急剧增长，无功电也成为不忽视的一部分用电。所以必须针对在电力系统中产生的无功电进行无功补偿，电能计量才能更好准确地为供电企业和用户。

1.影响电能计量偏差的因数

由于无功负荷急剧增长，不只在大型工业企业还有居民生活和楼宇用电电量的增大，无功电也越大。由于大型工业企业的无功电没有得到重视，没有对功率因数考核，透漏无功电也查处，致使功率因数偏低，设备利用不充分，线路损耗增大。近年来居民生活和楼宇用电大量使用大功率电器，用电比重急剧上升，无功用电量比重也在上升，三相表计基本上都具有无功计量功能，所以必须考虑重视这部分无功用电的问题。

1.1 发电设备和容性负载

用户需要的能量是指电网输出的有功功率，一般是通过用电设备把电能转换成热能、机械能、声能或化学能等。用户不需要的部分或者是无功功率，因为无功功率没有通过用电设备转换成能量，对用户来说不能发挥用处。所以无功补偿就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来补偿。

1.2 三相电流不平衡

在理论上把三相不平衡分为三相平衡的正序、负序和零序三个电流分量。负序和零序分量会对电能计量仪表的精确度有偏差。零序电流是配电变压器在三相负载不平衡工况下产生的，并随着三相负载不平衡的程度变化而变化，不平衡程度越大，零序电流就越大。零序电流的存在就会导致运行中的配电变压器铁芯中产生零序磁通，零序磁通只能从油箱壁及钢构件通过，是钢构件的导磁率降低，钢构件局部发热，致使配变的绕组绝缘过热而老化加快，设备寿命降低。即使在高压侧没有零序电流在变压器内环向系统传递，但是会产生负序电流分量向系统传递，还是对计量仪表的精确度造成影响。

1.3 电流谐波

由于谐波引起的自动装置和继电保护失误活动，导致电能计量出现误差。用电设备无功负荷电流和谐波电流增大会使供电系统损耗和故障。图一谐波为对计量的要求。在实际的计量过程中，会产生两种电力用户，即不发生谐波的谐波被干扰者用户和发生谐波的谐波源用户。对于正常使用的谐波被干扰者用户的设备被谐波损害，计费总电费却是基波电能和吸收的谐波电能。而对于谐波源的用户的计费总电费是基波电能去除产生的谐波电能，不仅产生了谐波功率，还对电网造成了污染。

2.无功补偿对电能计量的影响

无功功率补偿简称无功补偿，指的是在电力系统中用来提高电网的功率因数的作用，达到降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电的有效功率，改善供电环境的目的。所以在电力系统中无功补偿就很有必要。

2.1 提高电力系统中用电设备的功率因数

根据物理电能公式，输电线路的有效功率的损耗与线路的电流的平方呈正比。如果对供电网的输电线上的电流进行无功补偿，就能减小负荷电流，降低线路有功损耗，有效节省电能消耗。

在电网中没有纯阻性的设备，所以功率因数一般都在 0～1 之间。而大多数用电设备如变压器、发动机等在运行时为建立磁场感应都要 Q>0 的无功功率，加上电网中设备自损(铁损、铜损)、线路损耗也在做无功，这时无功补偿就是利用电容可以提供 Q<0的无功来提高功率因数，对电力系统的电压进行无功补偿会使其功率因数提高到 0.9 以上甚至 1.0，负荷稳定的功率因数也更接近 1.0，减少电网运行中输送的无功功率。提高电力系统中用电设备的功率因数，就是为了提高有功功率的有效传输，达到降损、节能的目的。

2.2 优化发电、变电、输电设备的供电能力

电力系统中的每个设备和相关元件的额定电流决定了电力系统向用户供电能力的大小。在功率一定的前提下，在一定的程度上限定供电系统的额定功率，采取无功补偿能在一定程度上提高功率因数，也就提高了有效功率，大大地提高了供电能力。

(1)抑制冲击负荷和波动负荷产生的电压波动和电压闪变，滤除掉高次的谐波。根据电磁感应原理，电容在感性负载电流中高次谐波相当于短路状态，这样就把高次谐波滤除掉了，从而电能质量也优化了。在低压侧系统投入无功补偿后，功率因数明显提高了，也降低了电流和线损率，电压也相对提高了供电稳定性，还能充分利用用电设备的容量，达到节能降损的目的。

(2)由于大部分感性负载在运行过程中会产生很大的感性电流，但这部分电流不做功，就是无功电流。这部分无功电流损耗在变压器及线路中发热，使得变压器及配电设备温度身高，这样降低了设备的利用率，温度过高破坏了设备的绝缘性甚至损坏设备。所以在感性负载运行过程中投入无功补偿后，就会减少无功功率和提高功率因数，就大大减少了无功电流和线损率。

2.3 三相不平衡的无功补偿

针对三相负荷基本平衡的系统中的补偿，由于三相不平衡系统的每个相无功功率不同来进行补偿，这种方式比较简单且效果好。由于运行中出现三相不平衡时产生的零序和负序分量将造成附加损耗，整流器波纹系数增多，变压器饱和等问题，经过无功补偿后就可三相不平衡负载变成三相平衡负载。

单相电容器分相补偿方式指的是分别针对无功大小来投电容的补偿方式，无功小的相少投或者不投电容，无功大的相多投电容，这样使三相不平衡的各相无功进行补偿，但是对于不平衡的有功电流是行不通的。适当的对电气化等三相负载不平衡进行无功补偿可以平衡三相的有功及无功负载。