浅谈电力系统中的无功补偿技术

张爱瑜 温志勇

浅谈电力系统中的无功补偿技术

张爱瑜 温志勇

合理的无功功率补偿，能够有效地维持系统的电压水平，降低有功网损，提高网络输送容量，减少发电费用。在对电力系统四种无功功率补偿方案进行技术比较的基础上提出建议：根据实际情况，将四种无功补偿方案结合起来使用，可以获得最好的技术和经济效益。

电力系统；无功补偿方式

1概述

随着国民经济的高速发展和人民生活水平的提高，人们对电力 的需求日益增长，同时对供电的可靠性和供电质量提出了更高的要求。由于负荷的不断增加，以及电源的大幅增加，不但改变了电力系统的网络结构，也改变了系统的电源分布，造成系统的无功分布不尽合理，甚至可能造成局部地区无功严重不足、电压水平普遍较低的情况。随着系统结构日趋复杂，当系统受到较大干扰时，就可能在电压稳定薄弱环节导致电压崩溃。电力系统无功潮流分布是否合理，不仅关系到电力系统向电力用户提供电能质量的优劣，而且还直接影响电网自身运行的安全性和经济性。若无功电源容量不足，系统运行电压将难以保证。由于电网容量的增加，对电网无功要求也与日增加，此外，网络的功率因数和电压的降低将使电气设备得不到充分利用，降低了网络传输能力，并引起损耗增加。因此，解决好配电网络无功补偿的问题，对电网的安全性和降损节能有着重要的意义。

2无功功率对电压的影响

电网无功功率的高低影响着电网的电压质量，电网电压水平，是靠无功功率来维持平衡的。电网电压质量的好坏，无论是对电网还是对电力用户，都有着很大的影响。

2.1 电压对电力用户的影响。

电压过低：(起重机、碎石机、磨煤机等)异步机转矩下降，影响拖动能力；异步机转速下降，影响产品质量；电炉功率下降，增加冶炼的时间和产量；照明设备的发光率和亮度下降。

电压过高：影响电气设备的绝缘寿命；增大电机变压器的铁芯损耗，温度增高，寿命减短；照明设备的寿命急剧下降。

电压闪变：冲击负荷产生的电压突然下降和恢复，对附近电能用户产生不利影响。

2.2 电压对电力系统的影响。

电压过低：厂用电机械(异步机)转矩下降及转速下降，影响电厂的正常发电；增大电网功率损耗和能量损耗；在无功功率严重不足的系统可能引起“电压崩溃”现象。

电压过高：直接影响到高压输电设备的绝缘寿命；增大变压器的铁芯损耗，温度增高，寿命减短。

所以合理的进行无功功率的补偿，能够有效地维持系统的电压水平，提高系统的电压稳定性，避免大量无功的远距离传输，从而降低有功网损，减少发电费用。而且由于中、低压配电网长期以来无功缺乏，造成的网损相当大，因此无功功率补偿是降损措施中投资少回报高的方案。一般配电网无功补偿方式有：变电站集中补偿方式、低压集中补偿方式、杆上无功补偿方式和用户端补偿方式。

3电力系统无功功率补偿方式

维持电力系统电压的稳定性，应使电力系统中的无功功率保持平衡，即系统中的无功电源可发出的无功功率应大于或等于负荷所需的无功功率和网络中的无功损耗。系统中无功功率的平衡关系式如下：

Qgc-Qfe-Ql=Qb式中：

Qgc为电源发出的无功功率之和；

Qfe为无功负荷之和；

Ql为网络中的无功损耗之和；

Qb为系统可提供的备用无功功率。

Qb〉0，表示系统中无功功率可以平衡而且有适当的备用；Qb

3.1 变电站集中补偿方式。

针对输电网的无功平衡，在变电站进行集中补偿，补偿装置主要是并联电容器，主要目的是改善输电网的功率因数、提高终端变电所的电压和补偿主变的无功损耗。这些补偿装置一般连接在变电站的二次电压母线上，因此具有管理容易、维护方便等优点，但是这种方案对配电网的降损起不到什么作用。

3.2 低压集中补偿方式。

目前国内较普遍采用的另外一种无功补偿方式是在配电变压器380V侧进行集中补偿，通常采用自动补偿控制器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。主要目的是提高专用变用户的功率因数，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，也有助于保证该用户的电压水平。这种补偿方式的投资及维护均由专用变用户承担。目前国内各厂家生产的自动补偿装置通常是根据功率因数来进行电容器的自动投切的，也有为了保证用户电压水平而以电压为依据进行控制的。这种方案虽然有助于保证用户的电能质量，但对电力系统并不可取。因为虽然线路电压的波动主要由无功量变化引起，但线路的电压水平是由系统情况决定的。当线路电压基准偏高或偏低时，无功的投切量可能与实际需求相去甚远，出现无功过补偿或欠补偿。

对配电系统来说，除了专用变压器之外，还有许多公用变压器。而面向广大家庭用户及其他小型用户的公用变压器，由于其通常安装在户外的杆架上，进行低压无功集中补偿则是不现实的，难于维护、控制和管理，且容易成为生产安全隐患。这样，配电网的补偿度就受到了限制。

3.3 配电线路补偿方式。

由于配电网中大量存在的公用变压器没有进行低压补偿，使得补偿度受到限制。由此造成很大的无功缺口需要由变电站或发电厂来填，大量的无功沿线传输使得配电网网损仍然居高难下。因此可以采用10kV户外并联电容器安装在架空线路的杆塔上(或另行架杆)进行无功补偿，以提高配电网功率因数，达到降损升压的目的。由于杆上安装的并联电容器远离变电站，容易出现保护不易配置、控制成本高、维护工作量大、受安装环境和空间等客观条件限制等工程问题。因此，杆上无功优化补偿必须结合以下实际工程要求来进行：

(1)补偿点宜少，一条配电线路上宜采用单点补偿，不宜采用多点补偿。

(2)控制方式应简化。杆上补偿不设分组投切。

(3)补偿容量不宜过大。补偿容量太大将会导致配电线路在轻载时的过电压和过补偿现象；另外杆上空间有限，太多的电容器同杆架设，既不安全，也不利于电容器散热。

(4)接线宜简单。最好是每相只采用一台电容器装置，以降低整套补偿设备的故障率。

(5)保护方式也要简化。主要采用熔断器和氧化锌避雷器分别作为过流和过电压保护。

显然，配电线路无功补偿主要是针对10kV馈线上沿线的公用变所需无功进行补偿，这种补偿方式具有投资小，回收快，补偿效率较高，便于管理和维护等优点，适合于功率因数较低且负荷较重的长配电线路，但是因负荷经常波动而该补偿方式是长期固定补偿，故其适应能力较差，主要是补偿了无功基本负荷，不能随着负荷的变化而自动投、切，补偿度一般是不能达到所期望的程度。应该开发电容器组能自动投切的杆上自动无功补偿技术。

3.4 用户终端分散补偿方式。

目前，电力用户的用电量大幅增长，企业、厂矿和小区等对无功需求都很大，直接对用户末端进行无功补偿，将最大地降低电网的损耗和维持网络的电压水平。《供电系统设计规范》 (GB50052—1995)指出，容量较大，负荷平稳且经常使用的用电设备无功负荷宜单独就地补偿。故对于企业和厂矿中的电动机，应该进行就地无功补偿；针对小区用户终端，由于用户负荷小，波动大，地点分散，无人管理，因此应该开发一种新型低压终端无功补偿装置，并满足以下要求：(1)智能型控制，免维护；(2)体积小，易安装；(3)功能完善，造价较低。

与前三种补偿方式相比，本补偿方式将更能体现以下优点：(1)可以降低线损率；(2)减小电压损失，改善电压质量，进而改善用电设备启动和运行条件；(3)释放系统能量，提高线路供电能力。缺点是由于低压无功补偿通常按配电变压器低压侧最大无功需求来确定安装容量，而各配电变压器低压负荷波动的不同时性，造成大量电容器在较轻载时的闲置，设备利用率不高。

4配电网无功补偿遇到的问题

随着人们对配电网建设的重视和无功补偿技术的发展，低压侧无功补偿技术在配电系统中也开始普及。从静态补偿到动态补偿，都取得了丰富的经验。但是在实践中也暴露出一些问题，必须引起重视。

4.1 优化。

目前无功补偿的出发点往往放在用户侧，只注意补偿用户的功率因数。然而要实现有效的降损，必须从电力系统角度出发，通过计算全网的无功潮流，确定配电网的补偿方式、最优补偿容量和补偿地点，才能使有限的资金发挥最大的效益。无功优化配置的目标是在保证配电网电压水平的同时尽可能降低网损。由于它要对补偿后的运行费用以及相应的安装成本同时达到最小化，计算过程相当复杂。

4.2 谐波。

电容器本身具备一定的抗谐波能力，但同时也有放大谐波的副作用。谐波含量过大时会对电容器的寿命产生影响，甚至造成电容器的过早损坏；并且由于电容器对谐波的放大作用，将使系统的谐波干扰更严重。因而做无功补偿时必须考虑谐波治理，在有较大谐波干扰，又需要补偿无功的地点，应考虑增加滤波装置。

4.3 无功倒送。

无功倒送会增加配电网的损耗，加重配电线路的负担，是电力系统所不允许的。尤其是采用固定电容器补偿方式的用户，则可能在负荷低谷时造成无功倒送，这应引起充分考虑。

5结束语

在配电网进行无功补偿、提高功率因数和搞好无功平衡，是一项降损技术措施。本文简要分析了四种无功补偿方式，认为应更多地考虑系统的特点将它们结合起来进行无功补偿。按照上述方案实施无功补偿，可以使电压水平的合格性和稳定性得到显著提高，整个电网的网损降到最低的程度。

OntheApplicationofVarCompensatorTechnologyintheElectricPowerSystem

Zhang Aiyu Wen Zhiyong

With the comparison of the four schemes of var compensator technology ,the paper put forward some suggestions to combined the four schemes of var compensator technology with the real situation in order to gain the economic benefits from the application of the var compensator technology.

electric power system; var compensator

ClassNo.:TM714.3DocumentMark:A

单振东 宋瑞斌)

张爱瑜，工程师，鸡西电业局，黑龙江·鸡西。邮政编码：158100

1672-6758(2010)02-0072-2

TM714.3

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