配電網無功補償設備原則及現存問題

摘要：在現階段電網改造建設中，無功補償在其中所發揮的作用至關重要。由于它能夠使系統無功平衡，降低網絡損耗，從而有效改善及提高供電的質量，現已被普遍應用在各種電壓等級的電網中。文章對配電網無功補償設備原則與現存問題展開了相關的探討，希望為有關研究提供理論依據。

關鍵詞：配電網；無功補償設備；電容器；電網改造；網絡損耗 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM761 文章編號：1009-2374（2015）36-0139-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.36.069

1 概述

在目前各種等級的電網中，無功補償已經獲得普遍應用，若能科學合理地分配使用，可有助于提高電力企業的社會及經濟效益。本文提出了配電網無功補償設備的配置原則進行規劃，然后合理布局，并且如實提出配電網無功補償工作中存在的一些技術問題。

2 配電網無功補償的意義

電力質量的優劣關系到國民經濟的快速增長，與國家經濟發展與社會穩定密切相關，在國家能源戰略方面扮演著非常重要的角色。雖然自改革開放以來，國內經濟建設已取得一定的成績，但在電力系統安全運行方面存在的問題日趨嚴重，安全事故近年來頻繁出現，導致經濟損失非常大。怎樣將電壓合理地進行調整，使電網的安全運行水平得到有效提高，是電力工作者的一項頭等大事。提倡發展電力安全保護體系，為電力安全預警預案提供強有力的保障，可以保證國內經濟社會安全穩定地發展。

3 配電網無功補償的現狀分析

3.1 純電容器補償形式

因為電容器該部件表現相當脆弱，在現階段電網中具有大量諧濾的存在，對系統進行無功功率補償時選取純電容器形式，通常諧波電流會被放大許多，所以將會損壞用電設備、補償電容器等相關元件。

3.2 接觸器作為投切開關

若是選取接觸器當作投切電容器的開關時，具有相對比較慢的響應速度，在用電設備無功變化較快的同時具有沖擊性負載的系統中，跟蹤補償將無法有效進行實施。在電容器投入的時候勢必會有相對較大涌流的出現。在電容器切除的時候，將會有較高過電壓的產生，而電容器若要再次投入的話，之前需充分地進行放電。

3.3 等容循環投切的控制措施

在選取等容循環投切的控制措施時，其具有較粗的分組，并且補償精度也相對不足，因而導致用電系統長時間處在欠補償狀態中，其平均功率因數也較低。

3.4 普通型控制器

此種控制器具有薄弱的抗干擾能力，在工作中經常發生誤動作或者出現死機，在有諧波的系統中不太適合使用。該控制器的功能方面相對簡單些，對于先進的補償系統的控制要求它將起不到多大的作用。

3.5 以三相共補的補償形式為主

在負載系統出現三相不平衡時，分相補償將難以有效地進行實施；在補償設備發生不尋常情況時，難以有效地實施保護；制作柜體結構成套裝置通常選取分離元器件，并且柜體內部的結構也相當復雜，具有很大的組裝工藝難度。

3.6 元器件質量水平整體偏低

因元器件分別來自各個生產廠家，質量水平當然也就有所不同，各種元器件之間的參數匹配性難免會出現誤差情況，從而導致補償設備運行可靠性偏低，具有較高的故障率。

4 無功補償設備的合理配置原則

4.1 總體及局部平衡相互結合

要使城鎮電力網的無功電力趨于平衡狀態，應當首先讓整個縣級電網的無功電力平衡得到滿足，其次要滿足分站、分線的無功電力平衡。若是選擇無功電源的布局不合理，部分區域的無功電力將難以就地平衡，勢必導致部分變電站或線路的無功電力增多，電壓出現過高，過多的無功電力需要向外輸出或是導致部分變電站或線路的無功電力出現不足情況。電壓出現過低，勢必要向上提取無功電力。如此還是會引起異同分區間的無功電力的長輸送與交換，從而增加電網的電能損耗。所以，在進行規劃的過程中，應當在總體平衡的原則下，對各個不同局部的補償方案進行研究，然后選擇最優化的組合，方可實現上佳的補償效果。

4.2 供電部門及用戶補償互相結合

據相關資料顯示，用戶消耗的無功功率在城鎮電網中約占到五成，而在工業性網絡中約占將近六成。所以，在網絡中為了減少無功功率的輸送，就要盡量實行無功就地補償與就地平衡，并且一定要由供電部門與用電用戶協同進行補償。

以往有些地區，通常只有用戶單一進行補償。而對供電網絡本身的補償有所忽視，有些盡管補償設備已經裝設好，但因為怕增加麻煩或懼怕出現事故，而遲遲未能投入運行，導致補償設備的利用率相當低下，沒有得到想要的效果。還有部分地區則有另外一種傾向的出現，只對供電部門的無功電力建設有所注重，卻忽視發揮用電客戶的效用。這樣將會導致電網的無功電力平衡產生嚴重失調。因此需要按照總的無功電力需求，并且發揮供電部門與用電客戶兩者的積極性，一起協同建設與管理好無功電力。

4.3 分散及集中補償相互結合

無功補償需要做到總體及局部均平衡，不但需要對供電部門進行補償，而且也要進行用電用戶的補償，這勢必需要采取分散及集中兩種不同的補償方式。在國內目前農村電力配網中，分散補償主要是指在配電網絡中分散的負荷區分散進行的無功補償，而集中補償指的是裝置較大容量的電容于變電站里集中進行補償。

根據有關理論分析顯示，變電站中的集中補償主要是對主變壓器的無功損耗進行補償，另外可使輸電線路傳輸的無功電力得到減少，從而能夠有效降低供電網絡的無功損耗。由于用電客戶所使用的無功損耗還需要經由變電站以下的配電線路向負荷端進行輸送，因此為了讓線損得到有效降低，就一定要進行分散補償。

在城鎮電力網中，因為配電網的線損占到全網總損失的七成左右，所以應采用分散補償為宜。唯有如此方可讓配電網的無功線損有效地得到降低，進而有助于降低城鎮電力網的總線損。

4.4 降損和調壓相互結合

采取電容器并聯進行無功補償，其宗旨主要是為了實現無功電力就地平衡，讓網絡中的無功損耗得以養活，從而有利于降低線損。同時也能夠選取電容器組的分組投切，對電壓進行適當調整，但是僅為電容器并聯補償的輔助效果而已。在通常的情況下，政權以降損作為主導，調壓作為輔助。

對于部分關鍵性或電壓水平時常低下的變電站而言，有時候需要裝置較大容量的電容器組，以便于對網絡的無功潮流加以控制與有效改善電壓水平。但其終極目標都是為了實現無功電力平衡，從而能夠保證電網的經濟安全運行。在這里需要明白一點，采取電容器并聯提高電壓水平具有一定的局限性，通常只有3%～5%。若是這個限度被超越，勢必會使容量選取過大。

5 配電網無功補償現存的問題

隨著無功補償技術的不斷更新，在現階段配電系統中低壓側無功補償技術也開始普及。無論是從靜態補償到動態補償，還是從有觸點補償到無觸點補償，都已爭取獲得了相當豐富的運行經驗。但是由于在實踐過程中也暴露出諸多不足之處，因此要對此引起足夠的重視。

5.1 諧波治理問題

電容器本身具有一種抗諧波的功能，在電網的諧波污染中起著非常好的濾除效果。但是諧波含量若是超出臨界值時將會縮短電容器的使用期限，嚴重的話會導致電容器損壞過早，此外，諧波會干擾影響到動態無功補償柜的控制環節，最終將會引起控制失靈，所以在需無功補償又有較大諧波干擾的地點，需要充分考慮增設濾波裝置。該問題一直以來未能得到普遍的重視，導致部分補償設備無緣無故地受到損壞，所以在進行無功補償的設計時一定要對諧波治理加以考慮。

5.2 無功補償容量的選擇問題

電力系統不允許過補償導致的無功倒送，因為會造成增加損耗線路與變壓器，無形之中讓線路負擔有所加重。在負荷處于低谷時，若選取固定電容器補償方式，很有可能會引起無功倒送。在三相負荷沒有對稱的情況下選擇接觸器控制的補償柜，也有可能引起無功倒送。而對于晶閘管控制的補償柜而言，三相的補償量雖然能夠加以分調，但絕大多數廠商為了節省成本，僅只選取一相作為采樣與無功分析。因此在對補償方式進行選擇時，應當對這一點有所充分考慮。

5.3 補償方式問題

大多數部門目前無功補償的宗旨依然放在用戶一側，也即是只對補償用戶的功率因數有所注意，而真正目的不在于讓電力網的損耗有所降低。若從電力系統角度對問題進行考慮，如增設補償箱1臺可以提高某電力負荷的功率因數。雖然有利于實現降損的效果，但一定要對無功潮流進行計算，進而能夠確定各點的最佳補償量與補償方式，方可讓有限的投資成本充分發揮最大的收益。實踐工作經驗顯示：為了使10kV配電線路的損耗得到有效降低，最佳選擇是在配電變壓器的低壓側安裝補償裝置，即分散就地補償方法。

5.4 電壓調節的補償設備引起的問題

部分無功補償設備確定無功投切量時主要依據電壓，如此便于讓用電客戶的電能質量獲得保證，但是對于電力系統而言并非理想之舉。盡管線路電壓的波動原因皆由無功量變化所致，但是由系統情況來決定線路的電壓水平。線路電壓基準若是出現偏高或者偏低時，無功的投切量可能與實際需求產生無功過補或欠補。

總而言之，提高配電網的電壓水平有賴于無功補償發揮的作用，它既能夠提高電能的質量，又可以使配電網更趨于穩定與安全，不但可以提高電力設備的功率輸出，也使得生產水平獲得一定程度的提高。此外，對配電網系統進行合理的無功補償，能夠讓功率因數有所提高，從而能夠確保無功功率保持平衡，也盡可能地讓配電網的電能損耗得到降低。在節能降耗方面補償功率也是一種上佳的途徑，所以應當重視對無功補償的研究與探索。

作者簡介：杜子敏（1975-），男，廣東中山人，廣東電網有限責任公司中山供電局規劃建設分部主管，黃圃配網業主項目部主要負責人，研究方向：中低壓配電網規劃與建設。

（責任編輯：蔣建華）