淺談配電系統無功補償技術

陳應霞 梁德華

（國網重慶大足區供電有限責任公司，重慶 402360）

1 目前我國電網中常見的無功補償方式分類及其特點

1.1 按補償方式進行分類

（1）在變電站集中補償：在高低壓配電線路中安裝并聯電容器組，用以補償主變的空載無功損耗并適當補償輸電線路的無功功率損耗，以改善輸電網的功率因數，提高終端變電站電壓；（2）隨線補償：在高壓配電線路上分散安裝并聯電容器，主要補償配電線路的無功功率，以提高配電網功率因數，達到降損升壓的目的；（3）隨器補償和隨機補償：在配電變壓器低壓側和用戶車間配電屏或電動機上直接安裝并聯補償電容器，接線簡單，投資少，安裝容易，配置方便靈活，維護簡單，事故率低，但易產生鐵磁諧振；（4）低壓集中補償：在用戶專用變壓器及農網中廣泛采用，但在公用變壓器上由于管理、維護問題，容易成為生產安全隱患而難以采用，而且無法減少低壓線路上的無功傳輸；（5）低壓分散補償：在節能降損、改善電壓質量、提高線路供電能力方面效果明顯，但容易造成補償容量和地點較難選擇，電容器在輕載時閑置，使設備利用率不高；（6）單臺電動機就地補償：在單臺電動機處安裝并聯電容器等無功補償設備，不僅可使功率消耗小，功率因數提高，還可以充分挖掘設備輸送功率的潛力。

1.2 按補償設備進行分類

（1）同步調相機：同步調相機實質是一種不帶機械負載的同步電動機，它在過激運行時向系統供應感性無功功率，欠勵運行時從系統吸收感性無功功率，對提高電力系統的穩定性有很大好處；（2）靜止補償裝置：該裝置主要由并聯電容器和飽和電抗器組成，能平滑無級地調節無功功率和電壓，可實現在幾個周波內進行快速調節；（3）同步電動機：同步電動機過激運行時向系統供應感性無功功率，欠勵運行時從系統吸收感性無功功率，能明顯改善系統的功率因數，但設備投資成本高，維護工作量大；（4）移相電容器：移相電容器設備投資少，有功損耗小，維護工作量小，不會增大系統的短路容量，但只能分級補償，不能吸收無功功率，且對環境溫度及運行電壓要求較高。

2 無功補償技術在電氣自動化中的應用與分析

2.1 無功功率補償技術的原理及作用

在交流電路中，有功功率將電能轉換為機械能、光能、熱能；無功功率則用于電路內電場與磁場的交換，并用來在電氣設備中建立和維持磁場。凡是有電磁線圈的電氣設備，要建立磁場就要消耗無功功率。無功功率決不是無用功率，它的用處很大，電動機需要建立和維持旋轉磁場，使轉子轉動，從而帶動機械運動，電動機的轉子磁場就是靠從電源取得無功功率建立的；變壓器也同樣需要無功功率，才能使變壓器的一次線圈產生磁場，在二次線圈感應出電壓，如果沒有無功功率電動機就不會轉動，變壓器也不能變壓，交流接觸器不會吸合

無功補償電壓的調整：

1）電容器投入對變壓器負載側電壓的調整:在電容器投入前變壓器負載側功率因數為cosψo，負載側電壓值為偏，而當電容器投入后負載功率因數提高為cosψ，則電容器投入后負載側電壓值增加為U20，其計算式為:

式中，嘛為變壓器負載側額定電壓（kV） ; U1:為變壓器電源側運行電壓（kV）；U2為變壓器電源側運行電壓分接頭值（kV） 。

2）電容器切除對變壓器負載側電壓值的調整:在電容器切除前變壓器負載側功率因數為coscψo，負載側電壓值為U20，而當電容器切除后負載側功率因數下降為cosψo，則電容器切除后負載側電壓值下降為U1，則電容器切除后負載側電壓值下降為U2，其計算

式為:

2.2 應用無功功率補償技術的必要性

無功功率補償的主要目的是為了提高功率因數，常用電氣設備的功率因數除白熾燈、電熱器等接近1外，電動機、變壓器、架空線及電氣儀表的功率因數均小于1，如交流異步電動機，在空載時的功率因數只有0.2-0.3；在輕載時均為0.5；在額定負載時均為0.7-0.89。負載時功率因數低對供、用電設備會產生一定的不良影響，具體為：（1）降低發電機有功功率的輸出；（2）降低輸、變電輸電線路供給的無功功率，使得供電質量降低；（3）造成線路電壓損失增大和電力系統電能損耗的增加；（4）造成低功率因數運行和電壓下降，使電力系統和用電企業的電氣設備不能被充分利用。對電力系統輸配電線路來說，當輸送同樣大小的有功功率P＝IUcosφ準時，功率因數cos準越低，輸電線路中的電流I＝P/Ucosφ準就越大，勢必造成線路中電壓降增大，這將導致線路末端的電壓降低，所以在電網中要設置一些無功補償裝置來提高功率因數是非常必要的，這樣可保證用電設備在額定電壓下工作及用戶對無功功率的需求，不僅提高電力系統和用電企業設備的利用率，減小電能損耗，也是提高用電質量、節約用電的一項很重要的技術措施。

2.3 電力系統無功補償技術的現狀和策略

在電力系統中一個非常重要的評價標準是電能質量，而電壓是電能質量的最核心的影響因素。近些年，我國對電氣自動化中的無功補償技術做了很多深入的研究，采用的無功補償技術主要有：（1）真空斷路投切電容器；（2）可控飽和電抗器；（3）有源濾波器；（4）固定濾波器、電容器和電抗器的調壓；（5）有源濾波器和無源濾波器等，應用在變電站方面居多，一般的220kV變電站有較多的無功調節功能，其調節的容量根據地區的不同而有所不同，負荷功率因數在最高峰時可以達到0.98左右，要根據實際情況來對變壓器合理地進行調整和補償，還需要有具體細化的應用方案來提升無功補償的應用效果。我國的電氣化鐵路對無功補償的應用主要方式是AT供電方式，用的是SCOTT變壓器，用晶閘管電子開關來控制電容的投切，這個策略在我國鐵路的現狀上來看，能夠很大程度地降低較長輻射線路上存在的負序問題，既降低了資源浪費的可能性，也提高了電氣自動化系統的安全性。

3 無功補償技術在供電系統中的應用

3.1 變電站

無功補償技術變電站是一個供電區域的供電中心，用不同電壓等級的配電線路向用戶供電。按照“分級補償，就地平衡”的原則，配電線路和電力用戶應該基本達到無功功率平衡，不向變電站索取無功電力。容性無功補償裝置以補償主變壓器無功損耗為主，并適當兼顧負荷側的無功補償。容性無功補償裝置的容量可根據主變壓器容量來確定，可按主變壓器容量的10%～30%配置，并滿足220～500kV主變壓器最大負荷時，其高壓側功率因數不低于0.95的要求。當主變壓器單臺容量為40MVA及以上時，每臺主變壓器應配置不少于兩組的容性無功補償裝置。變壓器為建立并維持交變磁場所需消耗的無功功率約占30%，一般約為其額定容量10%～15%，他的空載無功功率約為滿載時的1/3。變壓器的無功功率損耗由兩部分組成，勵磁支路的無功功率損耗和繞組漏抗中的無功功率損耗。勵磁支路的無功功率損耗與變壓器所施加的電壓有關，繞組漏抗中的無功功率損耗與變壓器的通過功率成比例。無功功率不宜長距離輸送，所以一般在超高壓樞紐變電站主變壓器低壓側安裝無功補償裝置來滿足無功功率的就地平衡，使其平衡在系統額定電壓運行水平。

3.2 配電線路的無功補償

（1）以分支線路所帶配電變壓器的空載無功損耗來確定分組補償容量；（2）選擇負荷較大的分支線確定補償點；（3）小分支和個別配電變壓器，可視為主干線上的近似均勻分佰負荷，可按需要確定補償點和補償容量；（4）所有配電變壓器的負載無功損耗均以用戶自主補償為主，如果用戶未進行補償或補償容量不足，仍需向主干線索取無功。從以上分析可見，線路的補償容量是按配電變壓器的空載無功損耗來確定的。帶上負載以后，如果用戶補償設備投人不足，線路就會處于欠補償狀態。這雖然不是最優補償方式，但可以達到補償無功需求量70%左右的水平，對于目前我國的配電線路來講，能做到也不容易了。研究表明，輸電線路的無功過剩部分應在本線路的兩端等量補償，即在本線兩端等量動態就地平衡。無功就地動態平衡指的是哪里有無功負荷就在哪里補償，有多少無功負荷就補償多少，什么時候用就什么時候補償。

3.3 電力用戶的無功補償

用戶無功補償目的主要有兩個：一是通過無功補償，使用戶內部供電網絡的無功線損降到最低限度，以求獲得最大的降損節電效益；二是通過補償，達到國家規定的功率因數標準，并爭取獲得更多的電費獎勵。加強用戶側無功補償的管理和節能降損宣傳力度，使用戶認識到即使是未進行功率考核的小容量用戶，加強無功補償可以減少內部因傳輸和分配無功功率造成的有功功率損耗，因而相應可以減少電費的支出。因此在確定該單位應達到的功率因數最佳水平后，應分析并確定采用的最佳補償方式和最優補償容量電力用戶的無功補償方式，根據用戶的供電規模和供電方式，分為三種形式：集中補償、分組補償和個別補償。

[1]謝常華.電氣自動化的發展[J].企業導報，2010（11）.

[2]李征光.中低壓配電網的無功補償優化[J].農村電氣化，2006.