电网无功补偿的研究

福建省电力有限公司三明电业局 肖中波

电网无功补偿的研究

福建省电力有限公司三明电业局 肖中波

无功补偿可以有效改善电压质量，提高功率因数，节约电能，减少运行费用，是电力配电网普遍采用的重要节能措施。文章主要介绍了无功补偿在配电网中的作用及五种补偿方式。

电力系统；无功补偿；功率因数

0 引言

在电力系统中，异步电动机和变压器等设备需要消耗大量的无功功率，这些无功功率如果不能及时地得到补偿，会对电网的安全、稳定运行产生不利影响； 同时，非线性负载的增加和新能源电源的接入，电能质量正朝向逐步劣化的趋势发展，也对电网安全运行和用户用电带来不利影响。无功补偿是提高电能质量和降低电能损耗、节约电力资源、提高企业经济效益的有效技术措施之一[1]。

在电力系统中，常采用无功补偿的方式来提高负载的功率因数，以降低设备容抗，同时减少电量的损失。

1 无功补偿的原理

所谓无功补偿，就是借助于无功补偿设备提供必要的无功功率，以提高系统的功率因数，降低能耗，改善电网电压质量。电力系统的负载大部分是感性负载，在运行过程中需向这些设备提供相应的无功功率。也正因为电力系统的负载大部分是感性负载，因此可以利用电容器对感性无功功率进行补偿。在电网中安装并联电容器等无功补偿设备以后，可以提供感性负载所消耗的无功功率，减少了电网电源向感性负荷提供、由线路输送的无功功率，由于减少了无功功率在电网中的流动，因此可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗。

2 无功补偿的意义

(1)减少设备的设计容量，减少投资

由公式可以知道，当电网输送的有功功率P为定值时，如果功率因数cos增加则可以减少视在功率S，这意味着可以减少设备的设计容量，节约投入资金。

(2)降低电网的功率损耗

由公式可知，电网负荷电流I与功率因数cos成反比关系。当提高cos时，I下降，线路损耗减少。增加电网中有功功率的输送比例,以及降低线路损耗都直接决定和影响着供电企业的经济效益，所以功率因数是考核经济效益的重要指标,规划、实施无功补偿势在必行。[2]

(3)降低线路压降

线路输送电流减小，系统的线路电压损失相应减小，有利于稳定系统电压。

3 配电网无功补偿的四种方法

在当前社会，电力系统中主要还是采用无功补偿技术以达到提高功率因数的目的。目前，无功补偿主要有以下五种方法：变电站无功补偿、配电线路补偿、随机补偿和跟踪补偿。

变电站无功补偿：该种补偿方式主要采用并联电容器、并联电抗器以及静止补偿器进行无功补偿。其工作原理是利用无功电压补偿装置—并联电容器来产生无功，用另一无功电压补偿装置—并联电抗器将系统中的无功功率吸收掉。充分利用无功电压补偿装置提高负载和系统的功率因数，进一步降低功率损耗，进一步稳定电压，提高供电质量[3]。诸如并联电抗器、并联电容器和静止补偿器等补偿装置一般集中接在变电站10kV母线上，因此具有管理容易、维护方便等优点，缺点是这种补偿方式对10kV配电网的降损几乎不起作用。

配电线路补偿：该种补偿方法的关键是如何确定电容器补偿容量、安装位置。电容器组大都不布置在干线上，而是在各个分支线上面。电容器组最理想的位置是安装在需要补偿其变压器负荷的中心处。布置配电线路补偿时，补偿点数量应控制好，不宜太多；控制方式力求简约。此外，不建议分组投切控制，还需要控制好补偿容量，不宜过大也不宜过小。针对农网配电线路这一复杂的特点，需要具体问题具体分析，制定合理的补偿方案。

城市居民和农网供电系统大都采用三相四线制，且用电户多为单相负荷或单相和三相负荷混用，负荷大小和用电时间一般也各不相同。因此，不平衡电流在三相电力系统中客观存在，这些地方的用电量大小、需求量大小等不平衡量无法预测。因此，三相负载长期不平衡一般客观存在。而针对三相不平衡电流，电力管理部门常见的且有效的做法是合理、及时分配用电量。

不平衡电流往往会在一定程度上增加线路和变压器的铜损。此外，变压器的铁损也会有所增加，进而影响变压器的出力，更为严重情况则是影响变压器的安全运行，导致三相电压不平衡。调整不平衡电流无功补偿装置，则能有效解决上述问题，该装置不但可补偿线路无功，还能调整不平衡有功电流。其理论结果可使三相功率因数均补偿至1，三相电流调整至平衡。实际应用表明，可使三相功率因数补偿到0.95以上，使不平衡电流调整到变压器额定电流的10%以内[4]。

随机补偿：该种无功补偿方式的做法是将电动机与低压电容器组并接，通过控制、保护装置与电动机同时投切。县级配电网中具有较大比例的无功功率消耗在电动机上。因此，搞好电动机的无功补偿，使其无功就地平衡，既能减少配电线路的损耗，同时还可以提高电动机的功率［5］。随机补偿的主要优点是用电设备运行时，无功补偿装置投入；用电设备停运时，补偿装置退出。此外，还具有费用低、占地面积少、易安装、灵活配置、维护简单、事故率低等特点。该种补偿方法适用于电动机的无功消耗，以补励磁无功为主，可较好的限制配电网无功峰荷[6]。年运行小时数在1000h以上的电动机采用随机补偿较其他补偿方式更经济。

跟踪补偿：该种补偿方式是将无功补偿投切装置作为控制保护装置，在用户配电变压器低压侧采用低压电容器组进行补偿。该法的适用对象主要是100kVA及以上的专用配电变压器用户。跟踪补偿的费用相比其他方式显得较高，自动投切装置的控制系统较为复杂，如控制系统有某一元件出现故障，将直接导致电容器无法投切，但其优点也是十分明显，如可较好地及时跟踪无功负荷的变化情况，且该法的运行方式灵活，补偿效果好，其主要适于大容量大负荷的配变[7]。

4 无功补偿在变电站中的应用

变电站作为一个包含各种电压等级的升降压变电站，是变换和调整电压、接收和分配电能、控制电力流向的电力设施。变电站的运行应遵循“全面规划、合理布局、分级补偿、就地平衡”等基本原则，确实保证配电线路和电力用户之间的无功功率处于一种平衡状态[8]。变电站各电力装置中，以变压器的无功损耗最为严重。因此，容性无功补偿装置以补偿变压器为重点，同时兼顾系统负荷。不同容量的变压器，所需补偿的无功功率也各不相同。在确定无功补偿容量时，一般做法是以变压器额定容量的30%为参照标准。

5 结束语

总之，无功补偿在电力系统中为缓解电力供需矛盾，改善供电质量发挥着重大作用，能为用户、企业、电力部门乃至国家带来巨大的经济效益和良好的社会效益。

[1]李淼.智能型无功补偿控制器的研制[J].安徽电力,2005,22(2):39-45.

[2]王成山,唐晓莉,余贻鑫.城市高中压电网无功功率优化规划[J].电网技术,1998,22(8):23-26.

[3]陈健鹏.电力自动化中智能无功补偿技术的应用[J].企业技术开发,2014,(20):60-65.

[4]鲁劲柏,唐培林.无功补偿技术在电气自动化中的具体应用[J].无线互联科技,2014(06):195.

[5]王凌谊,候世英,吕厚余,等.电力系统无功优化与无功补偿[J].电气应用,2006(10):45-48.

[6]罗安.电网谐波治理和无功补偿技术及装备[M].北京:中国电力出版社,2006.

[7]徐晓静,孙明灿,陈庆春.同步关合技术在无功补偿中的应用[J].高压电器,2007,43(5):333-335.

[8]徐先勇,王正风.电力系统无功功率负荷的最佳补偿容量[J].华东电力,1999,27(6):26-28.

Research on Reactive Power Compensation

XIAO Zhong-bo
（Fujian Electric Power Co.，Ltd. Sanming Electric Power Bureau，Sanming Fujian 365000，China）

Reactive power compensation can improve voltage quality，improve power factor，save energy，reduce operating costs.It is an important energy-saving measures which is used in the power distribution network.The article describes the role of the five kinds of compensation and reactive power compensation in the power distribution network.

Power Systems；eactive Power Compensation；Power Factor

肖中波（1986—），男，福建大田人，硕士，工程师，主要研究方向：电力安全生产、变电运维管理等。