基于无功补偿的效益与应用分析

吴小艺，何 莉

湖北工业大学，湖北武汉 434068

基于无功补偿的效益与应用分析

吴小艺，何 莉

湖北工业大学，湖北武汉 434068

加强无功补偿的管理，既给用户提供了稳定、高效的电能，减轻了经济负担，同时也改善了电网的功率因数和电压质量，降低线损，提高电力系统运行的经济性，达到了节约电能的目的。笔者在实际工作中，数次发现无功补偿异常产生的缺陷问题，如对于需手动操作的无功补偿配置，部分客户未能及时有效实施投切操作；现有的智能无功补偿投切装置功效参差不齐，部分厂家生产的设备质量不过关等，从而导致功率因数达不到使用要求。

无功补偿；配电装置系统；应用分析

在电力系统的正常运行中，用电负荷的随机变化或系统运行方式的改变将导致电网中电压损耗发生变化。因此，要严格维持所有用户在任何时刻都在其额定电压下运行是不可能的，也就是说系统运行中各用电点出现电压偏差是不可避免的，但采取一定的措施维持各用电负荷电压在一定的范围内波动是可以做到的。目前，电力系统主要采用这几种措施进行电压调整：1）在发电厂通过自动励磁调节装置实现发电机调压；2）改变变压器变比调压；3）利用无功补偿装置调压；4）在输电线路中串联电容进行补偿调压。

1 无功补偿的效益及趋势分析

目前各种无功和谐波补偿的设备中，用于抑制谐波、补偿无功的方法主要有两类：一类是装设谐波无功补偿装置；另一类是对电力电子装置本身进行改造，使其在实现自身功能的同时不产生谐波，也不消耗无功，或者根据需要对其进行功率因数校正。目前我国配电网中普遍存在着无功补偿不足、布置不合理的情况，存在着城乡电网与区域电网电容器容量倒置现象。10kV电压等级以上的配电电网用户无功需求量很大，有效合理的使用无功补偿与谐波治理装置，对配电网中的无功和谐波进行补偿，不仅可以达到节能降耗的目的，还可以减少用电装置的损害及由谐波引起的事故。

传统的补偿谐波和无功电流的另一种方法是装设无源滤波器，通常由电力电容器、电抗器和电阻器串并联组合而成，该方法既可补偿谐波，又可补偿无功功率。目前我国常用的无功调节设备仍为机械式并联电抗器、投切电容器，这些静止型调压手段，因调节不连续、响应速度慢，很难满足系统运行方式快速变化时的需求。而另一种调压装置SVC，响应速度很快，但由于呈恒阻抗特性，使得在电压低时，无法提供所需的无功支持，因此应付突发事件的能力较弱，并且为了抑制谐波，必须装设滤波器，占地面积较大，此外，过多的SVC装置容易引发系统振荡。相比之下，新型无功补偿装置STATCOM则是较为有效的调压手段，它的无功电流输出可在很大电压变化范围内恒定，在电压低时仍能提供较强的无功支撑，并且可从感性到容性全范围内连续调节。

2 并联电容器无功补偿的方式

电网利用并联电容器进行无功补偿的方式有集中补偿、分散补偿（分组补偿）和个别补偿（单机）补偿3种，现主要介绍后两种。

2.1 分组补偿

这种补偿方式是将电容器组按低压配电网的无功负荷分布分组装设在相应的母线上，或者直接与低压干线相联接，形成低压电网内部的多组分散补偿方式。该种方式是被补偿的无功功率不再通过主干线以上线路输送，从而使变压器和配电主干线路的无功功率损耗相应地减少，而分组补偿比集中补偿降损节电效益显著，尤其是当用电负荷点较多（比如多个车间），而且距离较远时，补偿效率更高。分组补偿的优点是有利于对配电变压器所带的无功进行分区控制，实现无功负荷就地平衡，减少无功功率在变配电所以下配电线路中的流动，使线损显著降低；对于实行考核用电指标办法的用户，分组补偿有利于加强无功电力管理，提高功率因数，降低产品损耗和生产成本；分组电容器的投切随总的负荷水平而变化，其利用率较单台补偿高，分组补偿虽然不如集中补偿管理方便，但比单台电动机补偿易于控制。

2.2 单台电动机的补偿

这种方法就是就地补偿用电设备（主要是电动机）所消耗的无功功率，将电容器组直接装设在用电设备旁边，电容器组随电动机同时投入或退出运行，使电动机消耗的载功功率部分得到就地补偿，从而使装设点以上输配电线路输送的无功功率减少，能获得明显的降损效益。该种方式的优点是：当大中型异步电动机比重较大、利用小时又较多时，这种补偿方式的降损节电效果是显著的。但是这种方式只能作为辅助补偿方式来应用，而且因是逐台补偿，会使补偿容量增大，从而使补偿装置总投资增大。

3 无功补偿的应用方案

在10kV配电变压器高低压侧集中补偿，补偿容量为：配电变压器的无功损耗、10kV配电变压器到电源点之间线路无功损耗及为提高功率因数所需要的无功容量的总和。利用小水电的发电能力进行无功补偿。虽然全市小水电发电容量不多，但小水电却分布在全市各地的各变电站或各条线路上，利用小水电的发电机组进行无功补偿，是无功功率调整的最好方法。在客户配电室或负载点进行补偿。作为供电部门并不会因为有了功率因数调整电费政策而想方设法多收客户的功率因数调整电费，而是与客户一起想办法，使客户少出功率因数调整电费，也就是鼓励客户在用电处安装就地无功补偿装置，提高功率因数，合理规避功率因数考核。这样一来，客户少出了电费，供电企业减少了有功功率的传输，也就是减少了线路损耗，从而使客户与供电企业达到双赢的目的。

在各变电站的10kV母线集中补偿，补偿容量的选择为主变无功损耗和主变一次侧到电源点之间线路无功损耗的总和减去线路所产生的无功容量的1/2。以长寿电网为例，具体补偿为：110kV类家湾变电站10kVⅠ段、Ⅱ段母线各安装两组大容量的电容器组，35kV渡舟变电站10kVⅠ段、Ⅱ段母线各安装一组大容量的电容器组，对城区及各工业区等无功消耗较多的地方进行集中补偿。

无功补偿的具体方案不是一成不变的，根据全市丰水期和枯水期小水电发电能力的不同，需要将各种方案灵活应用。在丰水期，小水电基本上全天候开机，出力足，无功总量多，电网功率因数很容易达到要求，甚至往往需要限制很多小水电的无功出力，以保证无功功率不会往系统倒送；在枯水期，小水电出力少，无功总量少，此时整个电网的无功就明显不足，所以要通过投切各种补偿装置来实现无功功率的就地平衡。

4 结论

在电网上并联电容器进行无功补偿投资少、见效快，可以降损升压，提高功率因数，经多年运行试验后，发现其安全可靠、效果明显。但主要根据实际用电负荷情况选择补偿方式，因地制宜地将集中补偿、分组补偿、单机补偿三种方式有机结合，并配备自动投切装置，可以达到最佳的无功补偿效果。所以总的来看，通过低压无功补偿来降损升压，提高功率因数是配电网改造的有效办法。

[1]王德举.试论低压配电系统中无功补偿的应用[J].供电技术，2010.

[2]吕艳超.无功补偿对电网的补偿效益[J].科技咨询，2008.

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1674-6708（2011）57-0139-02