无功功率负荷及损耗控制

1.无功功率负荷

各种用电设备中，除相对很小的白炽灯照明负荷只消耗有功负荷，为数不多的同步电动机可发出一部分无功功率之外，大多数都要消耗无功功率。因此，无论工业或农业用户都以滞后功率因素运行，其值约为0.6～0.8。

异步电动机在电力负荷（特别是无功负荷）中所占的比例很大，系统无功负荷的电压特性主要由异步电动机决定。其简化的等值电路如图5-2所示。

图5-2　异步电动机的简化等值电路图

图5-3　异步电动机的无功功率与端电压关系

它所消耗的无功功率为

式中 Qm——励磁无功功率，与机端电压平方成正比。但当电压较高时，由于饱和的影响，励磁电抗Xm的数值还有所下降，实际的励磁功率Qm随电压变化的曲线稍高于二次曲线；

Qσ——绕组漏抗的无功损耗，它与负荷电流平方成正比。由电机学知道，如果负载功率不变，则电磁功率P＝I2R（1-s）/s为常数。电压降低时，转差增大，定子电流随之增大，相应地，绕组漏抗Xσ的无功损耗也要增大。

综合这两部分无功功率的变化特点，可得图5-3所示的曲线。其中β为电动机的实际负荷与其额定负荷之比，称为电动机的受载系数。从图5-3中可见，在额定电压附近，电动机的无功功率随电压的升降而增减，当电压明显低于额定值时，无功功率主要由漏抗中的无功损耗决定，因此，随电压的下降反而上升。这一特性对于电力系统运行的稳定性具有重要意义。

2.变压器的无功损耗

变压器的无功损耗ΔQT包括励磁损耗ΔQ0和漏抗中的损耗ΔQZ。

励磁功率大致与电压的平方成正比，当通过变压器的视在功率不变时，漏抗中损耗的无功功率与电压的平方成反比。因此，变压器的无功损耗特性也与异步电动机的相似。(www.xing528.com)

系统中变压器的无功功率损耗占系统无功需求相当大的比例。假定一台变压器的空载电流I0%＝2.5，短路电压Uk%＝10.5，由式（5-2）可知，在额定负载下运行时，无功功率的消耗可达到额定容量的13%。如果从电源到用户经过多电压级的网络，则系统中变压器中的无功功率损耗是相当可观的。

3.输电线路的无功损耗

输电线路上的无功损耗与前述相似，也分两部分，即为并联电纳和串联电抗中的无功损耗，如图5-4所示。

线路串联电抗中消耗的无功功率，与通过线路的无功或电流的平方成正比，呈感性。

图5-4　输电线路∏形等值电路

即是

线路的并联电容发出无功功率。并联电纳中的这种损耗又称充电功率，与线路电压的平方成正比，呈容性，当作无功损耗时应取负号。即是

线路的无功总损耗为

或者为

当线路传输功率较大时，电抗中消耗的无功功率大于电容中发出的无功功率，线路等值为消耗无功；当传输功率较小（小于自然功率），线路运行电压水平较高时，电抗中消耗的无功功率小于电容发出的无功功率，线路等值为无功电源。35kV及以下架空线的充电功率较小，总体上是消耗无功的；110kV及以上架空线，当输送功率较大时，电抗总消耗的无功大于电纳中产生的无功，总体上是无功负载；输送功率较小时，为无功电源。