变电设计中无功补偿装置的设计方式分析

摘要：随着经济建设的不断加快，电网建设与电网普及覆盖面也在不断扩大，但是，由于我国电网建设起步较晚，容易出现供电不良、供电分布不均等现象，这对城市用电造成了一定的影响，而无功传输可以减少电网电压输送损耗，无功电力是影响电压质量的一个重要因素，做好无功电力的控制和管理工作，能够有效提高整体的供电水平。做好变电设计工作中无功补偿装置的设计工作，能够有效提高电网运行的整体效果，节约有限的电力资源，促进电力资源的优化配置。

关键词：变电设计;无功补偿装置;设计方式

1无功补偿的概述

无功补偿的全称为无功功率补偿，在我国的供电网络系统中，无功补偿提高了供电网络功率因数，同时可以降低供电设备和电力传送线路的损耗，并且能够提高供电效率。无功补偿装置的存在之于整个供电系统网络都有着决定性的作用和意义，其在供电系统中有着很重要的位置并能充分发挥作用，为整个供电系统带来了很大收益。但是，如果在整个供电系统中无功补偿装备没有被合理的利用，很有可能导致整个供电系统的瘫痪，进而成为一种潜在隐患。所以能否合理利用供电系统中的无功补偿装备，也成为了电力供应工程中的一道值得思考的难题。

2无功补偿在变电设计中的重要性

异步电动机和变压器等电力系统中常见的设备和普遍的用电设备都属于感性负荷设备，这些设备在运行的过程中需要无功功率的提供。无功电源主要可以分为发电机、静电电容器、静止补偿器以及同步调相机等。生产无功功率基本上是不需要任何能量的，但是，无功功率在沿着电力系统的输电网络进行传播的过程中就会产生非常大的有功功率的消耗和电压的损失。发电厂如果把这些无功功率直接提供给用户的话，会因为输电线路上损耗大量的电能和电压造成巨大的经济损失。为了避免这种情况的发生，最大程度上的减少无功功率在输电线路输送过程中的损耗，有效增大配电设备的工作效率，应该采用“分级补偿，就地平衡”的无功补偿设备配置方式，对无功补偿设备进行合理的配置。通过对于无功补偿装置合理的分配以及改变电网的无功潮流分布，可以极大程度的减少有功功率和电压在电力输送过程中的损耗，达到改善居民和企业用电质量的目的，同时也能减少供电单位的经济损失。在无功补偿装置设置的过程中，应该具体的从电网电压、有功分配、调相调压、有功分派等方面来考虑无功补偿装置的地点设置问题、控制方式问题、接线形式问题，以及保护措施和技术条件等问题。

3無功补偿装置的设计方式

3.1调相机设计

在进行变电设计无功补偿装置设计时，调相机设计是以往最常使用的一种设计方式，调相机无功补偿设计方式应用中，主要是利用了同步调相机这一装置设备，此种装置设备与发电机的原理大致相同，是通过励磁运行作用让电力系统中接收到无功功率，而当欠励磁运行时，电力系统又可以将感性电磁再次传输出去，这样就实现最佳的无功负荷运行效果。因此在进行调相机无功补偿设计时，重要的就是对励磁运行装置进行调节控制，从而实现同步调相机对装置中无功功率电压的吸收或者输出，为电力系统的安全运行提供最大限度的保障。不过，同步调相机属于旋转机械，有功损耗太大，大概是容量的1.6～5.4%。而且如果同步调相机采用小容量的话，那么其单位容量的成本要远远高于大容量的。目前，这种无功补偿的装置还是在生产中使用，且在控制技术不断进步的条件下，其控制性能得到了很好地改善。

3.2电容器设计

电容器在无功补偿的运用，其作用原理就是并联在系统中，提高容性负载，然后再向系统吸收和输出容性功率，达到线路以及感性负荷对感性无功功率的要求，从而实现无功补偿的效果。通过电容器来无功补偿，不仅只需要较少的一次性投资与运行费用，而且安装调试方便、损耗低、效率高，不仅能集中使用，也能分散装设。在我国已有90%的电网系统利用电容器设计进行无功补偿。但在利用电容器进行无功补偿时，必须要保障无功功率与节点电压数值之间呈现一种正比例关系，这样才能减少电力系统之中电压的损耗，若是在进行电容器无功补偿设计时，无法满足这一要求，实际补偿效果也会受到一定的影响，这是现下应用电容器无功补偿设计方式的一大难点，为此还需不断的加强电容器无功补偿设计方式方面的研究。

3.3电抗器设计

利用电抗器进行无功功率补偿，电抗器设计主要就是将电抗器并联在一起，从而实现无功补偿效果，应用此种设计方式可以增加感性无功功率，从而起到平衡电力系统容性无功功率与感性无功功率的作用，因此，电抗器无功补偿设计方式在一些输送功率比较小，负荷比较轻的电网系统中，具有很好的无功补偿效果，同时对于早期的电网系统以及一些新建的电网系统中，都可以进行使用。但在应用电抗器进行无功补偿设计时，如果导线中的电容性使容性充电功率提升，从而导致电网系统中的感性无功功率降低，但是导线中的电容性是为了让输电线路生产的容性充电功率要超过感性无功功率，为了保证系统电压水平的平衡，就需要保持系统无功平衡，要不然就会导致电力系统的电压增大，其运行的安全性也会受到威胁。

3.4无功补偿器设计

无功补偿器，属于第二代无功补偿装置，其应用的地方有输电系统的波阻补偿以及负载无功补偿。其实际代表有固定电容器+晶闸管控制电抗器（FC+TCR）、晶闸管投切电容器（TSC）、晶闸管投切电抗器（TCR）。TCR结构（见图1）的无功补偿器其无功补偿的原理是利用控制晶闸管触发角，将接入系统的等效电纳进行改变，从而使系统中无功功率的输出得到调节。但是这种装置存在一个问题：因为晶闸管具有班控的特性，如果被触发导通，那么只有等其流经的电流低于维持电流之后才会关断，所以每半个电源周期的时间之内，反并联晶闸管对仅可以受控导通一次，这就意味着，TCR理论上难免会出现控制滞后，这对补偿系统的动态响应性能有一定的影响。

4结语

总之，随着社会经济发展水平的不断提高，电网建设规模逐渐扩大，但我国的国情决定了变电站分布不均的现实情况。无功补偿装置，能提高电网电能的传送质量，对于减少电网运行过程中的线路损耗问题起到良好的促进作用。在进行变电设计时，优化运用无功补偿技术显得十分重要。在日常中，为全面确保电力网络安全稳定运行，实现电路运输以及电气设备损耗的显著降低，强化电能利用，则需正确采取有效的无功补偿方式措施。

参考文献

[1]汤少彦.变电设计中无功补偿装置的设计方式[J].中国新技术新产品，2016（15）.

[2]李鹏云，张帆.变电一次设计中无功补偿设计分析[J].电子世界，2016（15）.

作者介绍：

王鹏飞（1981.10.12-）;男;福建福州;汉;大学本科;工程师;变电设计中级师;变电设计;国网福建省电力有限公司经济技术研究院。