無功消耗

由於無功功率而產生的無功損耗。

無功負荷在能量交換過程中帶來有功損耗，而且負荷與電源的距離越遠則損耗越大，並且占用大量的線路輸送能力。

基本介紹

• 中文名：無功損耗
• 外文名：active loss
• 類別：電力系統

無功定義

無功是無功類設備（電感、電抗）與電網進行能量交換的速率。應強調的是交換的速率，而不是交換過程中的損耗，即在交換過程中由於漏磁、介質損耗等能量的損失並不屬於無功，這些是因無功過程中引起的有功損耗。 再明白點說明無功的定義及與有功的分別。電網中存在電能，當電流通過負荷時，會產生機械運動、光、熱能等其它能量的表現。這實際上電能轉換成機械能、光成與熱能等。這種轉換速率我們稱為有功，轉換的結果就是電能的消耗，其主要特徵是當電能通過負荷轉換成其它型式的能量後，並不能立刻變回電能（一個周期內）。而有些特殊的設備（如電抗器、電容器），當電流流過它們時，在半個周期內，電能會轉變成磁能或場能等形式，但在後半個周期內，這些能量會轉變回電能並反送回電網，因此從整個周期來看，設備沒有從電網中吸收任何電能，只是不斷的作能量交換（是交換而不是轉變）；為計算交換的速率，因此定義無功這個概念，這類設備就是無功負荷。

無功損耗

雖要說明的是，實際上是沒有純無功負荷的，實際的無功設備在能量交換時一定有能量的損耗（如漏磁、介質損耗等），這部分丟失的損耗不能算入無功，這是因無功作用而產生的有功損耗。同理有些人把設備產生的不是需要的熱能等能量損失稱為無功是不對的，這是無用功，而不是無功，因其不能轉回電能。 有些人可能會問，無功既然只是無能量交換，沒有能量消耗（確切的說是轉變為其它形式的能量），那為什麼我們還要那么重視無功呢？下面用一個例子說明：電廠發電，煤送入工廠，會被消耗（相當於有功），工人每天上下班，在工廠進出，人數並不減小（相當於無功）。工人雖然不會損耗，但工人上下班必然占用道路，影響煤的輸送（為了說明問題，只好認為他們是用同一道路的），這就相當於無功影響了設備的輸電效率。同時，工人在上下班的過程中必然對路面產生損壞，路程越長則維護費用越大（這相當於無功引起的線路損耗，屬有功）；為減小這個損耗，廠區內最好就建有工人住房（這相當於無功就地補償、平衡）。

總結：無功是能量交換的速率，本身並不產生損耗。我們常說的無用功損耗能等，實際上很多是屬於有功，因為它是把電能轉為熱能或機械能等。但無功負荷在能量交換過程中必然帶來有功損耗，而且負荷與電源的距離越遠則損耗越大，並且會占用大量的線路輸送能力；為了減小這方面的損失，我們就要在無功負荷設備的旁邊加裝反性質的無功負荷，使其互相進行能量交換，減小對電源的依賴，達到提高線路輸送能力及減小線損的目的。

什麼是電力系統中的無功功率？

1、電力系統從源頭髮電機到終端設備都是由非純阻性元件組成的，因此必然存在無功功率的交換。

2、電感元件或電容元件雖然不消耗功率，但功率P瞬時值按正弦規律正負交替變化，這說明元件與外電路在不斷的進行著能量交換。因此電感電容元件的瞬時功率又稱為交換功率。元件交換功率的幅值越大，表面同樣時間內“吞吐”的能量就越多，也即能量交換的規模越大。基於上面的分析，可得如下結論：電感元件的瞬時功率的幅值，可以作為衡量電感或電容元件與外電路能量交規模的指標，並稱之為電感或電容元件的無功功率，用符號Q表示。則Q=UI無功功率的單位為var。

3、然而電力系統中大部分的無功功率並非無用的功率，相反在電力傳輸當中起著什麼重要的作用。許多用電設備均是根據電磁感應原理工作的，如配電變壓器、電動機等，它們都是依靠建立交變磁場才能進行能量的轉換和傳遞，磁場交變就需要與電源進行能量交換。為建立交變磁場和感應磁通而需要的電功率稱為無功功率，因此，所謂的"無功"並不是"無用"的電功率，只不過它的功率並不轉化為機械能、熱能而已；因此在供用電系統中除了需要有功電源外，還需要無功電源，兩者缺一不可。

為什麼要進行無功補償？

一、減低電力系統網路損耗。

當電力系統運行時，線上路和變壓器中將要產生功率損耗和電能損耗。通常配電網的損耗是由兩部分組成的：一部分是與傳輸功率有關的損耗。它產生在輸電線路和變壓器的串聯阻抗上，傳輸功率愈大則損耗愈大，這種損耗叫變動損耗，在總損耗中所占比重較大；另一部分損耗則僅與電壓有關，它產生在輸電線路和變壓器的並聯導納上，如輸電線路的電暈損耗、變壓器的勵磁損耗等，這種損耗叫固定損耗。

電力系統的有功功率損耗不僅大大增加了發電廠和變電所的設備容量，同時也是對動力資源的額外浪費。電能損耗還密切影響到電能成本，從而影響整個國民經濟的效益。

電力系統各元件中的無功功率損耗相對來說較有功功率損耗還大，由於無功功率損耗要有發電機或其他無功電源來供給，因此在眾多發、輸電設備視在容量為一定的條件下，無功功率的增大勢必相應減少發、輸電的有功功率，即減少發、輸電容量。而且，當通過輸電線路和變壓器輸送無功功率時。也將引起有功功率損耗，這些對於電力系統來說都是非常不經濟的。

我們應盡力採取措施去降低功率損耗和電能損耗，這從節約能源、降低電能成本、提高設備利用率等方面來看都是非常必要的。 配電網的降損措施只要有

1合理的使用變壓器，採用節能型的變壓器，同時避免經多級變壓；

2重視和合理進行無功補償。合理地選擇無功補償方式、補償點及補償容量，能有效地穩定系統的電壓水平，避免大量的無功通過線路遠距離傳輸而造成有功網損。對電網的無功補償通常採用集中、分散、就地相結合的方式，具體選擇要根據負荷用電特點來確定。一般的電網中，無功補償裝置安裝在變壓器的低壓側；

3對電力線路改造，擴大導線的載流水平

4調整用電負荷。保持均衡用電。調整用電設備運行方式，合理分配負荷，降低電網高

峰時段的用電，增加低谷時段的用電；改造不合理的局域配電網，保持三相平衡，使用電均衡，降低線損。 二、提高電壓質量

衡量電能質量的指標主要是電壓、頻率、波形、電壓波動與閃變和三廂不平衡度等。其中電壓質量對各類用電設備的安全運行都有直接影響。

影響電力系統電壓的主要因素是無功功率。只有系統有能力向負荷提供足夠的無功功率時，系統電壓才可能維持在正常水平；如果系統內無功電源不足，系統的端電壓就將被迫降低。所以，電力系統無功功率平衡與維持電力系統的電壓水平有著不可分割的關係。

電力系統的無功平衡

影響電力系統電壓的主要因素是無功功率。只有系統有能力向負荷提供足夠的無功功率時。系統電壓才有可能維持在正常水平；如果系統內的無功電源不足，系統的端電壓就將被迫降低。所以電力系統無功功率平衡與維持電力系統的電壓水平有著不可分割的關係。

（1）電力系統的無功負荷及無功損耗

電力系統的無功功率負荷 ：各用電設備中，除了相對很小的白熾燈負荷只消耗有功功率、為數不多的同步電動機可發出一部分無功功率外，大多數都要消耗無功功率。因此，無論工業或農業用戶都也之後功率因數運行，其值約為0.6~0.9。其中，較大的數值對應於採用大容量同步電動機的場合。 無功功率的負荷曲線的變化規律雖大體上也有功功率相似，也並非完全亦步亦趨。其最大值可能出現在白晝而不是傍晚。原因在於，系統總負荷的成分一晝夜間各不相同。白晝，工業用電比重大；傍晚，生活用電等比重將增加，而二者的功率因數不同。大致可認為，如白晝和傍晚有功功率負荷的峰值約略相等，白晝無功功率負荷的峰值將大於傍晚；反之，如白晝有功功率負荷的峰值遠小於傍晚，白晝和傍晚無功功率負荷的峰值將約略相等。但無論是電力系統的運行或設計部門。一般都不編制無功功率負荷曲線而只編制無功功率平衡表或各樞紐點電壓曲線。而且，這些表格或曲線也只是隔一段時間製作一次。

無功功率損耗：變壓器中的無功損耗和電力線路上的無功損耗

變壓器中的無功功率損耗分兩部分，即勵磁支路和繞組支路中損耗。其中，勵磁支路損耗的百分數基本上等於空載電流的百分數，約為1%~2%；繞組漏抗中損耗在變壓器滿載時，基本上等於短路電壓的百分數，約為10%。因此，對一台變壓器或一級變壓的網路而言，變壓器中的無功功率損耗並不大，滿載時約為它額定容量的百分之十幾。相對多電壓級網路，變壓器中的無功功率損耗就相當可觀。以一個五級變壓器的網路為例，設電廠中10/200KV升壓，網路中220/110、110/35、35/10、10/0.4KV降壓至用戶，典型計算的結果表明系統中變壓器的無功功率損耗占相當大比例，較有功功率損耗大得多。

電力線路上的無功功率損耗也分兩部分，即並聯電納和串聯電抗中的無功功率損耗，並聯電納中的這種損耗又稱充電功率，與線路電壓的平方成正比，呈容性。串聯電抗中的這種損耗與負荷電流的平方成正比，呈感性。因此，線路作為電力系統的一個元件究竟消耗容性或感性無功功率就不能肯定。根據自然功率的概念，可做一個大致的估計：當通過線路輸送的有功功率大於自然功率時，線路將消耗容性無功功率。而所以能作這樣估計的前提是線路“無損耗“且負荷功率因數為1。一般，通過110KV及以下線路輸送的功率往往大於自然功率；通過500KV線路輸送的功率大致等於自然功率。通過220KV線路輸送的功率則因線路長度而異，線路較長時，小於自然功率；線路較短時，大於自然功率。

（2）無功電源發電機

電力系統的無功電源發電機同步發電機既是有功功率電源。又是最基本的無功功率電源。電容器和調相機並聯電容器只能向系統供應感性無功功率。它說供應的感性無功功率與其端電壓的平方成正比。 調相機實質上是只能發無功功率的發電機。它在過激運行時容量的50%。這些也就是作為無功功率電源的調相機的運行極限。 靜止補償器和靜止調相機 靜止補償器和靜止調相機是分別與電容器和調相機相對應而又同屬“靈活交流輸電系統”範疇的兩種無功功率電源。目前常用的有晶閘管控制電抗器型（TCR型）、晶閘管開關電容器型（TSC型）和飽和電抗器型（SR型）三種。

怎么進行無功補償？

與系統中的有功功率電源是集中在各類發電廠的發電機不同的是，無功功率的電源除發電機外。還有電容器、調相機、和靜止補償器等，分散在各變電所。供應有功功率和電能必須消耗能源，但無功功率電源一旦設定後，就可以隨時使用而不再有其他經常性耗費。系統中無功功率損耗遠大於有功功率損耗。正常穩態運行時，全系統頻率相同，頻率調整集中在發電廠，而全系統電壓水平各點不同，而且，電壓調整可分散進行，調壓手段也多種多樣。 無功功率的補償原則： 無功補償措施： 1利用同步發電機進行補償 2利用調相機進行無功補償 3利用電容器進行無功補償 4利用靜止補償器進行無功補償 4並聯電抗器 就感性無功功率聞言，並聯電抗器顯然不是電源而是負荷，但在某些電力系統中的確裝有這種設施，用以吸取輕載或空載線路過剩的感性無功功率。而對高壓遠距離輸電線路而言，它還有提高輸送能力，降低過電壓等作用。（1減輕空載或輕載線路上的電容小於，以降低工頻暫態過電壓；2改善長距離輸電線路上的電壓分布；3使輕負荷時線路中的無功功率儘可能就地平衡，防止無功功率不合理流動，同時也減輕了線路上的功率損失；4在大機組與系統並聯時，降低高壓母線上工頻穩態電壓，便於發電機同期並列；5防止發電機帶長線路可能出現的自勵磁諧振現象；6當採用電抗器中性點經小電抗接地裝置時，還可用小電抗器補償線路相間及相地電容，以加速潛供電流自動熄滅，便於採用單相快速重合閘。） 無功功率的平衡 電源供應的無功功率由兩部分組成，即發電機供應的無功功率和補償設備供應的無功功率，而補償設備供應的無功功率又分調相機供應的無功功率、並聯電容器供應的無功功率和靜止補償器供應的無功功率三部分。 無功功率損耗的無功功率包括三部分：變壓器中的無功功率損耗、線路電抗中的無功功率損耗和線路電納中的無功功率損耗。 進行無功功率平衡計算的前提應是系統的電壓水平正常。而如果不能在正常電壓水平下保證無功功率的平衡，系統的電壓質量總不能保證。 無功補償的原理 網路未加無功補償設備前，負荷的有功功率、無功功率為P、O。與網路傳輸的功率相等。加裝了一部分無功補償設備後。網路傳輸的有功功率不變，傳輸的無功功率變為減少了，相當於無功消耗減少了。補償後的電力網的功率因數得到了提高。

無功補償的意義

加裝無功補償設備後，電網的功率因數提高。具有以下幾個方面的意義。

1減少系統元件的容量，換個角度看是提高電網的輸送能力。 加裝了無功補償後，減少了電網無功輸送量，在輸送同樣的有功功率情況下，設備安裝的容量可以減少，就能節約大量的有色金屬，也節約了投資。對運行中的電氣設備而言，無功補償後其中通過的無功功率減少了，有功的輸送能力提高，使設備容量得到充分利用。

2降低網路功率損耗和電能損耗 當符合電流流過線路是，其功率損耗為 線路輸送的無功由補償的Q減少到Q1時，線路的功率損耗下降，每年線上路上和變壓器上的電能損耗也下降。

3改善電壓質量 減少線路輸送的無功功率，則電壓損耗有所下降，改善了電力網和用戶的電壓質量。可將無功補償是保證電能質量的重要措施。 電力系統的無功功率補償原則 電網的無功補償原則是按分層分區和就地平衡原則考慮。並應能隨負荷或電壓進行調整，保證系統各樞紐點的電壓在正常和事故後均能滿足規定的要求，避免經長距離線路或多級變壓器傳送無功功率。 電力系統中無功功率的最優分布 無功功率的最優分布包括無功功率電源的最優分布和無功負荷的最優補償兩個方面。但在討論這兩個方面問題之前，有必要對提高負荷的自然功率因數，既減低負荷對無功功率需求，因為面對十分低劣的負荷自然功率因數談論無功功率的最優分布，顯然是捨本逐末。將負荷的自然功率因數儘可能提高后，才考慮採用補償設備人為地提高負荷功率因數，以及包括這些補償設備在內的各種無功功率電源的最優分布問題。 無功功率電源的最優分布 等網損微增率準則 最佳化無功功率電源分布的目的在降低網路中的有功功率損耗。因此，這裡的目標函式就是網路 基於季節特性的討論 一般，火電廠以承擔基本不變的負荷為宜，這樣可避免頻繁的開停設備或增減負荷。其中，高溫高壓電廠因效率最高，應優先投入，而且，由於它們可靈活調節的範圍較窄，在負荷曲線的更基底部分運行更恰當。其次是中溫中壓電廠。低溫低壓電廠設備陳舊，效率很低，應及早淘汰。而在淘汰之前只能在高峰負荷期間用以發必要的功率。 原子能電廠的可調容量雖大，但因原子能電廠的一次投資大，運行費用小，建成後應儘可能利用，原則上應持續承擔額定容量負荷，在負荷曲線的最基底部分運行。 無調節水庫水電廠的全部功率和有調節水庫水電廠的強迫功率都不可調，應首先投入。有調節水電廠的可調功率，在洪水季節，為防止棄水，往往也優先投入；在枯水季節則恰相反，應承擔高峰負荷。在耗盡日耗水量的前提下，枯水季節將水電廠的可調功率移在後面投入，不僅可使火電廠的負荷更平穩，從而減少因開停設備或增減負荷而額外消耗的燃料，而且可使系統中的功率分配更合理，從而節約總的燃料消耗。更何況水電廠還有快速起動、快速增減負荷的突出優點。 抽水蓄能電廠在低谷負荷時，其水輪發電機組作電動機—水泵方式運行，因而應作負荷考慮；在高峰負荷時發電，與常規水電廠無異。雖然這一抽水蓄能、放水發電循環的總效率只有70%左右，但因這類電廠的介入，使火電廠的負荷進一步平穩，就系統總體而言，是很合理的。這類電廠常伴隨原子能電廠出現，其作用是確保原子能電廠有平穩的負荷。但系統中嚴重缺乏調節手段時，也應考慮建設這類電廠。 所以枯水季節。各類發電廠承擔負荷的順序大致排列如下： （1）無調節水電廠 （2）有調節水電廠的強迫功率 （3）熱電廠的強迫功率 （4）原子能電廠 （5）燃燒劣質、當地燃料的火電廠 （6）熱電廠的可調功率 （7）高溫高壓火電廠 （8）中溫中壓火電廠 （9）低溫低壓火電廠（不一定投入） （10）有調節水電廠的可調功率 （11）抽水蓄能水電廠 洪水季節 和枯水季節的不同在於這時有調節水電廠的可調功率往往也歸入強迫功率成為不可調功率。 承擔基本負荷的無調節水電廠、熱電廠、燃燒劣質當地燃料的火電廠和原子能電廠一晝夜間發出的功率基本不變。隨著電廠承擔的負荷在負荷曲線圖上部位的逐級上升，發出的功率變化也愈來愈大。擔負高峰負荷的電廠一晝夜間發出的功率可能有很大的變化。枯水季節，有調節水電廠甚至可能幾經開停。 負荷曲線的最高部位往往是兼負調整系統頻率任務的發電廠的工作位置。系統中的負荷備用就設定在這種調頻廠內。枯水季節往往就由系統中的大水電廠承擔調頻任務；洪水季節這任務就轉移給中溫中壓火電廠。抽水蓄能電廠在其發電期間也可參加調頻。但低溫低壓火電廠則因容量不足、設備陳舊。不能擔負調頻任務。