變電一次設(shè)計(jì)中無(wú)功補(bǔ)償設(shè)計(jì)分析

中煤西安設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司　李鵬云　張　帆

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變電一次設(shè)計(jì)中無(wú)功補(bǔ)償設(shè)計(jì)分析

中煤西安設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司李鵬云張帆

所謂的無(wú)功補(bǔ)償指的是將感性和容性的兩種功率負(fù)荷的裝置通過(guò)并聯(lián)的方式安裝在同一線路上。所以可以將兩種負(fù)荷裝置視為一種能量的轉(zhuǎn)換器，可以完成兩者的能量之間的相互轉(zhuǎn)換，它們輸出的無(wú)功功率也可以實(shí)現(xiàn)互相補(bǔ)償。將這種技術(shù)應(yīng)用到變電設(shè)計(jì)中，具體而言就是把原來(lái)是變壓器或者電網(wǎng)輸出的無(wú)功功率轉(zhuǎn)換成交流電力容器來(lái)進(jìn)行輸出。本文對(duì)我國(guó)變電一次設(shè)計(jì)以及無(wú)功補(bǔ)償設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，并且根據(jù)我國(guó)電力系統(tǒng)中存在的問(wèn)題，有根據(jù)性的提出了相關(guān)的建議和意見(jiàn)，希望可以更好的促進(jìn)我國(guó)電力行業(yè)的發(fā)展，從而可以更好的穩(wěn)定國(guó)計(jì)民生。

變電；一次設(shè)計(jì)；無(wú)功補(bǔ)償設(shè)計(jì)

1　導(dǎo)言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，我國(guó)的電力資源發(fā)展越來(lái)越快，為了進(jìn)一步優(yōu)化我國(guó)電力資源的調(diào)度，加強(qiáng)電力資源的優(yōu)化配置，從而最大限度地滿足廣大用戶對(duì)電力的消費(fèi)需求。本文就變電一次設(shè)計(jì)中無(wú)功補(bǔ)償進(jìn)行分析研究。

2　無(wú)功補(bǔ)償在變電設(shè)計(jì)中的重要性

異步電動(dòng)機(jī)和變壓器等電力系統(tǒng)中普遍的用電設(shè)備都屬于感性負(fù)荷設(shè)備，這些設(shè)備在運(yùn)行的過(guò)程中需要無(wú)功功率的提供。生產(chǎn)無(wú)功功率基本上是不需要任何能量的，但是無(wú)功功率在沿著電力系統(tǒng)的輸電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳播的過(guò)程中就會(huì)產(chǎn)生非常大的有功功率的消耗和電壓的損失。為了避免這種情況的發(fā)生，最大程度上的減少無(wú)功功率在輸電線路輸送過(guò)程中的損耗，有效的增大配電設(shè)備的工作效率應(yīng)該采用“分級(jí)補(bǔ)償，就地平衡”的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備配置方式，對(duì)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行合理的配置。通過(guò)對(duì)于無(wú)功補(bǔ)償裝置合理的分配以及改變電網(wǎng)的無(wú)功潮流分布，可以極大程度的減少有功功率和電壓在電力輸送過(guò)程中的損耗，達(dá)到改善居民和企業(yè)用電質(zhì)量的目的，同時(shí)也能減少供電單位的經(jīng)濟(jì)損失。在無(wú)功補(bǔ)償裝置設(shè)置的過(guò)程中應(yīng)該具體的從電網(wǎng)電壓、有功分配、調(diào)相調(diào)壓、系統(tǒng)穩(wěn)定性、有功分派、限制諧波電壓、暫時(shí)過(guò)電壓和潛供電流等方面來(lái)考慮無(wú)功補(bǔ)償裝置的地點(diǎn)設(shè)置問(wèn)題、控制方式問(wèn)題、接線形式問(wèn)題，以及保護(hù)措施和技術(shù)條件等問(wèn)題。

3　電力變電設(shè)計(jì)中的無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)

3.1調(diào)相機(jī)

同步調(diào)相機(jī)是最早把無(wú)功補(bǔ)償運(yùn)用到設(shè)備中的，其工作的原理與空載運(yùn)作的同步電動(dòng)機(jī)相似，即利用勵(lì)磁運(yùn)行的作用使得系統(tǒng)接收到無(wú)功功率，進(jìn)而使得無(wú)功電源發(fā)揮作用；如果在欠勵(lì)磁的情況下運(yùn)行，系統(tǒng)便會(huì)把感性功率傳輸給它，從而發(fā)揮無(wú)功負(fù)荷的效果。針對(duì)勵(lì)磁的運(yùn)行在這種裝置中會(huì)安裝自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，使得同步調(diào)相機(jī)能夠按照該裝置產(chǎn)生的電壓對(duì)吸收或者輸出的無(wú)功功率作出相應(yīng)的改變，通過(guò)調(diào)節(jié)電壓來(lái)確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但是同步調(diào)相機(jī)是旋轉(zhuǎn)機(jī)械，這就決定了其有功損耗過(guò)大。而且同步調(diào)相機(jī)如果采取小容量，則會(huì)導(dǎo)致其單位容量的成本顯著提升。就現(xiàn)階段的情況而言，此無(wú)功補(bǔ)償?shù)难b置仍然只是在生產(chǎn)中使用，隨著控制技術(shù)的不斷進(jìn)步，使得其控制性能也獲得了一定程度的改善。

3.2電容器

無(wú)功補(bǔ)償中電容器的運(yùn)用其工作原理就是將電容器并聯(lián)在系統(tǒng)當(dāng)中以提升系統(tǒng)的容性負(fù)載，進(jìn)而再向系統(tǒng)輸出或者吸收容性功率，完成感性負(fù)荷以及線路對(duì)于感性無(wú)功功率的需求，最終實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔谩＠秒娙萜鱽?lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償具備一系列的優(yōu)點(diǎn)，比如一次性投資以及運(yùn)行費(fèi)用較少，安裝調(diào)試便捷，效率高，損耗低，不僅可以集中使用，也可以分散裝設(shè)。就目前的情況而言，我國(guó)電力系統(tǒng)中有90%的無(wú)功補(bǔ)償容量都是通過(guò)并聯(lián)電容器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。但是，該裝置提供的無(wú)功功率與對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)電壓數(shù)值的平方具有正比例的關(guān)系，這就決定了節(jié)點(diǎn)電壓如果很低的情況下想要提升無(wú)功功率難度很大，對(duì)于補(bǔ)償效果來(lái)說(shuō)，改變系統(tǒng)電壓的時(shí)候，就會(huì)使得該裝置的補(bǔ)償效果顯著降低。

3.3電抗器

并聯(lián)電抗器在無(wú)功補(bǔ)償裝置中是非常重要的組成部分，其最大的優(yōu)勢(shì)在于能夠通過(guò)增加感性無(wú)功功率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)中冗余的容性無(wú)功功率的平衡，對(duì)于電力系統(tǒng)輕負(fù)荷、輸送功率小具有很好的效果。如果電力系統(tǒng)出現(xiàn)輕負(fù)荷、輸送功率小的情況，就會(huì)使得輸電線路中的感性無(wú)功功率降低，然而導(dǎo)線中的電容性作用是保證輸電線路產(chǎn)生的容性充電功率超過(guò)感性無(wú)功功率，為了確保系統(tǒng)電壓水平得以平衡，就必須維持系統(tǒng)的無(wú)功平衡，否則便會(huì)使得電力系統(tǒng)的電壓增大，嚴(yán)重威脅著系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。

4　無(wú)功補(bǔ)償設(shè)計(jì)分析

以某煤礦變電所為例，35kV的變電所目前共有兩個(gè)電壓等級(jí)，其中35kV采用雙母線接線，共有出線4回；10kV采用單母分段接線，共有出線28回；該變電所與煤礦地面和井下負(fù)荷連接，是該礦最重要的變電所。

4.1設(shè)定無(wú)功補(bǔ)償目標(biāo)

在對(duì)該變電所進(jìn)行綜合分析后，總結(jié)該變電所負(fù)荷自然功率因數(shù)較低，具有負(fù)荷變化大，變化速度快，加之該礦的大型驅(qū)動(dòng)設(shè)備均采用變頻、整流設(shè)備，因而產(chǎn)生的高次諧波危害煤礦用電設(shè)備的安全運(yùn)行。在此基礎(chǔ)上，我們對(duì)無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪繕?biāo)值進(jìn)行了設(shè)定。

4.2設(shè)計(jì)無(wú)功補(bǔ)償方案

為了對(duì)大量無(wú)功的有效補(bǔ)償和對(duì)高次諧波的抑制，若采用普通的集合式電容器，其投、切電容器的容量級(jí)差太大，難以滿足煤礦的無(wú)功補(bǔ)償要求。因而本次設(shè)計(jì)采用SVG型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，10kV兩段母線各一套，該裝置具有自動(dòng)平滑調(diào)節(jié)無(wú)功補(bǔ)償容量、系統(tǒng)響應(yīng)速度快，保證系統(tǒng)35kV母線功率因數(shù)始終保持在0.95以上，而且加設(shè)的濾波支路可以有效抑制高次諧波對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的危害。

4.3無(wú)功補(bǔ)償運(yùn)行策略的設(shè)計(jì)

通過(guò)上述分析能夠得出，變電所無(wú)功補(bǔ)償運(yùn)行策略需要注意下面三個(gè)問(wèn)題：

（1）控制點(diǎn)的選擇。

（2）快速辨別功率因數(shù)的變化情況。

（3）裝置的靈敏度和相應(yīng)速度。由于變電所無(wú)功電源和負(fù)荷都集中在10kV側(cè)，所以控制電壓要取自10kV，提高系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性；另外還要留有動(dòng)態(tài)無(wú)功備用。

5　結(jié)論

綜上所述，對(duì)變電一次設(shè)計(jì)及其無(wú)功補(bǔ)償設(shè)計(jì)分析是促進(jìn)我國(guó)電力發(fā)展的需要，所以，通過(guò)對(duì)它們的分析，從而更好的對(duì)其進(jìn)行完善，進(jìn)而加快我國(guó)電力的發(fā)展。

［1］余健敏.電力變電設(shè)計(jì)中的無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)探討［J］.中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2015，03:24-25.

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［3］朱承志.變電設(shè)計(jì)中的無(wú)功補(bǔ)償分析［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012，29:134.