变电设计中的无功补偿作用及其研究与分析

李平

摘  要：社会发展速度不断加快，中国的经济呈现出突飞猛进的发展势态，电力资源的需求量越来越多，电力行业迎来了新的发展机遇。电力系统运行的过程中，包括电压的变换以及电流的变换都是在变电站实现的，变电站还发挥电能配置的功能，可见其对电力系统的安全稳定运行至关重要。在变电设计中，发挥无功补偿的作用，可以提高供电质量，提高电力系统的运行可靠性。本论文着重于研究变电设计中的无功补偿作用。

关键词：变电设计;无功补偿;作用

一、无功补偿所发挥的重要作用

电网输出的功率中直接消耗电能的是有功功率，就是转化电能为其他的能源，诸如较为常见的是热能、机械能，还会转化为化学能以及声能等等，这些能可以做功，发挥其应有的價值[1]。 无功功率基本不消耗电能，主要是电感、电容等储能元件从电网中吸收一部分能量用以建立、维持电场和磁场，这部分能量在储能元件与电网中来回交换，周期性的将能量进行存储和释放，每周期的平均功率为零。电能在交换过程一直存在于电网并未被消耗不计铁芯和介质的损耗，因此这部分用来建立和维持电磁场的功率称为无功功率。

无功功率并不是无用功率，凡有电磁线圈的电器设备，如电动机、含变压器的电源等，这些电器设备若要正常运行，需要无功电能先在线圈中产生磁场，电机的转子才能转动，变压器才能正常输出电压。没有无功功率，上述电器设备则不能工作。通常从发电机和高压线路供给的无功功率，满足不了负荷的需求，需要在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率。同一个线路上安装装置，如果分别是容性功率负荷装置和感性功率负荷装置，采用并联的方式，就要发挥无功补偿的能量转换作用，无功功率输出，也会进行相互之间的能量补偿[2]。变电设计中通过安装无功补偿装置，变压器运行中所输出的无功功率就会转变为交流电输出。在工业生产中应用无功功率，虽然不需要能量，但是在传输无功功率的时候会有大量损耗，在这种情况下如果电力系统将功率向用户传输，就会影响企业的经济效益，对企业的发展非常不利，此时就要采用分级补偿的方式，达到就地平衡的效果，避免产生大量的无功补偿损耗，提高用户的供电质量。

二、变电设计中的无功补偿技术

（一）调相机对无功补偿技术的应用

调相机在无功补偿技术的应用中，可以向电网提供可连续调节的感性或容性无功，维持电网电压。调相机是一种特殊运行状态下的同步电机，虽运行于电动机状态，但不带机械负载，其功率因素为0，只向电力系统提供或吸收无功功率。当其处于过励磁状态时，调相机输出感性无功功率补偿于电网;当处于欠励磁状态时，调相机从电网吸收感性无功功率。变电设计中，调相机作为一种最早采用的无功补偿设备，具有跟踪速度快、补偿范围广、故障率低、单机容量大等优点。但是，调相机也存在不能适应三相不平衡运行、增加系统短路电流、运行维护复杂、有功功率损耗大、噪声大等缺点。目前调相机已很少使用。

（二）电容器对无功补偿技术的应用

电容器在系统中并联，容性负载有所提高，之后系统吸收容性功率和输出容性功率，使得无功功率满足线路的需求以及感性负荷的需求，由此获得良好的无功补偿效果。在考虑电容器装置进行无功补偿时，无论是装置的购进、安装和运行，资金的投入都是一次性的，成本比较低。在变电设计中，无功补偿装置一般优先考虑并联电容器组，且一般装设于变压器的低压侧，当条件允许时，装设于变压器的主要负荷侧。补偿容量不宜超过主变压器容量的30%，当投切一组电容器时，所引起接入母线电压的变动值应不超过母线额定电压的2.5%。由于并联电容补偿装置投入电网后，可能会发生电网谐波放大现象。对此需引起重视，目前较常用的应对措施是在电容器支路中串联电抗器，从而减小系统谐波电压。

（三）电抗器对无功补偿技术的应用

变电设计中，电抗器是重要的装置，电力系统运行的过程中工会产生多余的容性无功功率，要对其予以平衡，就需要将感性无功功率增加。当电力系统处于运行状态的时候，如果输电线路运行中出现降低感性无功功率的问题，是因为导线中的电容性所发挥的作用是：让输电线路运行中所产生的容性充电功率比感性无功功率高，为了确保系统电压保持平衡，系统就要处于无功平衡状态，才可以保证系统的安全稳定运行。通常选择并联电抗器安装于母线进行无功补偿，当使用于10～110kV母线时，并联电抗器的主要技术性能与并联电容器相似，但应注意并联电抗器总损耗值不宜大于其额定容量的0.5%。

（四）无功补偿器对无功补偿技术的应用

无功补偿器一般称作静止无功补偿装置，主要用于输电系统的波阻补偿，也可以用于负载无功补偿。无功补偿器有不同的种类，包括晶闸管控制电抗器和固定电容器、晶闸管投切电抗器以及晶闸管投切电容器，每种补偿器都有其优势，也存在不足。比如，晶闸管投切电抗器发挥无功补偿的作用，是通过对晶闸管触发角进行控制，改变原有的接入系统等效电路，调节无功功率输出。无功补偿器处于运行状态的时候，晶闸管如果经过触发之后被导通，此时并联电抗器投入电网进行感性无功功率补偿，但新并网的电抗器不仅受电力系统的谐波影响，电抗器自身也会产生大量的谐波，需要配套采用滤波器组进行滤波。变电设计中无功补偿器适用于660V以下的低压配电端和6～66kV中高压输电网络。

（五）静止无功发生器对无功补偿技术的应用

静止无功发生器是现代科技发展环境中应运而生的，又被称为“静止同步补偿器”，这种装置所使用的是自换相变流技术。静止无功发生器作为第三代无功补偿装置，其所应用的器件是全控制的，能够有效地控制交流电压相位、幅值以及电流，实现动态无功补偿。静止无功发生器通过改变输出电压幅值和相位来控制与其连接的电抗器的电流，即控制该电流的相位超前电网电压相位 90°，或者滞后电网电压相位 90°，从而可以获得输出无功功率或者吸收无功功率的效果。在变电设计中，由于静止无功发生器的造价成本较高，一般在远距离输电系统或者在大规模风电场、光伏电站接入系统，或者需采用动态无功补偿设备抑制电压闪变时，才考虑选用静止无功发生器。

结束语：

通过上面的研究可以明确，电力变电设计中，无功补偿所发挥的作用是需要高度重视的。对无功补偿技术深入研究，使得电力系统的硬件性能有所保障，日常的电能供应更为可靠，由此提高电力行业的服务质量。

参考文献：

[1] 罗茂， 赵炜， 申军. 变电站无功补偿设计优化方法研究[J]. 冶金管理， 2019（15）：25-26.

[2] 樊友权. 当前我国电网变电站中的无功补偿技术改进探讨[J]. 中国科技投资， 2019（03）：73-73.