變電站無功補(bǔ)償?shù)淖饔眉盁o功優(yōu)化初探

隋健文

（國(guó)網(wǎng)四川省電力公司檢修公司，四川 成都 610000）

變電站無功補(bǔ)償?shù)淖饔眉盁o功優(yōu)化初探

隋健文

（國(guó)網(wǎng)四川省電力公司檢修公司，四川 成都 610000）

經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展促進(jìn)了我國(guó)電力行業(yè)各項(xiàng)工作的不斷完善，保障了我國(guó)社會(huì)發(fā)展所需的工業(yè)用電和人民的生活用電。但是，由于實(shí)際工作中受到諸多因素的干擾，變電系統(tǒng)的功率受到了很大影響，造成大量功率和電壓損耗問題，這對(duì)電力行業(yè)的安全性、穩(wěn)定性和效益都有著非常不利的影響。為了解決這一問題，我們對(duì)變電站的無功補(bǔ)償作用和優(yōu)化進(jìn)行了研究分析，這對(duì)保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有積極的意義。

變電站；無功補(bǔ)償；作用；無功優(yōu)化

最近幾年來，隨著我國(guó)科技的快速發(fā)展，我國(guó)人民的生活水平也在不斷提高，人們對(duì)電力的質(zhì)量和需求量也越來越高。這在一定程度上導(dǎo)致了我國(guó)電力供給與消耗間的平衡，使用戶和電力企業(yè)間的矛盾更加突出。因此，我們要結(jié)合國(guó)家的基本國(guó)情和企業(yè)的實(shí)際情況，制定積極的措施和方案，以緩解電力缺乏對(duì)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平提升所造成的壓力。按照我國(guó)目前的電力消耗情況，提高電網(wǎng)使用功率、降低輸電線路的能耗損失，是解決上述問題的主要措施。在實(shí)際工作中，無功補(bǔ)償能夠?qū)θ嗖黄胶獾碾娏鬟M(jìn)行有效地調(diào)整，通過在不同相之間或零線與相之間添加不同類型的電容器，能夠顯著改善各個(gè)相的功率因素，從而實(shí)現(xiàn)有功功率的平衡，提高電力企業(yè)的供電質(zhì)量，保證我國(guó)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全運(yùn)行。

一、無功補(bǔ)償技術(shù)介紹

（一）無功功率

無功功率是電力系統(tǒng)中必不可少的重要部分，是電力和負(fù)荷間能力交換的反映，其大小也反映出電力和負(fù)荷間的能量交換幅度。無功功率不是沒有功率，它是指能量進(jìn)行轉(zhuǎn)換、輸送和轉(zhuǎn)換的前提。阻感負(fù)載在電力工業(yè)系統(tǒng)與用電負(fù)荷中占了非常大的比例，它的電流相位要比電壓相位滯后，現(xiàn)在比較常見的應(yīng)用包括異步電動(dòng)機(jī)、變壓器和熒光燈等。到現(xiàn)在為止，我國(guó)已經(jīng)建立的風(fēng)電機(jī)組也都是使用恒速風(fēng)機(jī)——異步發(fā)電系統(tǒng)，其中，異步風(fēng)機(jī)不僅能夠發(fā)出有功的功率，還能同時(shí)從系統(tǒng)中吸收部分無功功率，而且，在電力系統(tǒng)產(chǎn)生的無功功率中，異步電機(jī)和變壓器消耗占據(jù)很高的比例。另外，還有一部分無功功率被電力系統(tǒng)中的電抗器與架空線吸收。由于電器元件的自身性質(zhì)，為保證工作的正常進(jìn)行，阻感負(fù)荷會(huì)消耗部分無功功率。而且隨著科技的發(fā)展，相控裝置等各類非線性設(shè)備被大量使用，使得這些裝置中的電流基波分量要晚于網(wǎng)側(cè)電壓，因此浪費(fèi)大量的無功功率，并使系統(tǒng)電流出現(xiàn)嚴(yán)重的非線性畸變，顯著增加了電網(wǎng)的額外負(fù)擔(dān)，對(duì)電網(wǎng)的正常運(yùn)行和電能質(zhì)量都產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響。除此之外，此類裝置的諧波也會(huì)消耗部分無功功率。

在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，無功功率分為兩個(gè)主要的部分：一個(gè)是由電流非正弦畸變?cè)斐傻母鞔沃C波無功功率，包括同頻率諧波電流電壓之間產(chǎn)生的無功功率與不同頻率諧波電流電壓間產(chǎn)生的無功功率；另一個(gè)是基波電壓與電流相位差造成的基波無功功率，這是由阻感負(fù)載等原因引起的，相對(duì)穩(wěn)定且容量較大。

（二）無功功率對(duì)電力系統(tǒng)的影響

在電力系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，很多負(fù)載任務(wù)和網(wǎng)絡(luò)組件都需要無功功率，而且無功功率必須通過其他設(shè)備提供。在這種情況下，由較遠(yuǎn)位置的發(fā)電機(jī)經(jīng)過長(zhǎng)距離的傳輸是無法完成的。因?yàn)椋魏尾黄胶獾臒o功功率現(xiàn)象都會(huì)造成電壓發(fā)生一定的波動(dòng)，甚至損壞用電設(shè)備。無功功率對(duì)電力系統(tǒng)的影響主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

1.提高了變壓器和線路的電壓降：對(duì)于經(jīng)常性的沖擊性無功負(fù)載用電，如電弧爐用電、軋鋼機(jī)用電等設(shè)備，在使用過程中會(huì)頻繁產(chǎn)生無功沖擊現(xiàn)象，造成電壓的劇烈波動(dòng)，最終導(dǎo)致電能使用質(zhì)量的急劇下降；

2.使設(shè)備容量顯著增加：提高了無功功率會(huì)增大電網(wǎng)的電流，并進(jìn)而提高發(fā)電機(jī)、變壓器等設(shè)備的容量；

3.減少功率因數(shù)：提高了無功功率會(huì)顯著降低功率因數(shù)，并進(jìn)而降低設(shè)備容量的有效利用率；

4.提高了線路和設(shè)備的綜合損耗：提高無功功率會(huì)造成電網(wǎng)電流的增大，使得電力線路和設(shè)備損耗急劇增加。

電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償對(duì)維持電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行和穩(wěn)定發(fā)展都具有重要的作用，對(duì)供電負(fù)荷和系統(tǒng)運(yùn)行十分重要。最近幾年來，無功補(bǔ)償?shù)玫搅烁鲊?guó)研究人員的廣泛關(guān)注，并得到了快速的發(fā)展。由于遠(yuǎn)距離發(fā)送無功功率是無法完成的，因此，我們通常是通過就地補(bǔ)償?shù)姆绞綇浹a(bǔ)無功功率缺額的情況。下面，我們針對(duì)實(shí)際案例對(duì)無功補(bǔ)償?shù)淖饔眠M(jìn)行詳細(xì)地描述。

二、無功補(bǔ)償重要作用分析

這里我們以220kV的變電站無功補(bǔ)償系統(tǒng)為例對(duì)無功補(bǔ)償?shù)闹匾饔眠M(jìn)行信息的分析：

（一）對(duì)110kV變電站電壓進(jìn)行調(diào)控

如果按照10kV情況下的無功補(bǔ)償進(jìn)行容量投切，那么此時(shí)的電壓變化量等于無功變化量與電壓器電抗乘積再除以變壓器變化值。這樣就能夠得出結(jié)論：110kV電壓與變壓器的變比成正比。

（二）對(duì)220kV變電站電壓進(jìn)行調(diào)控

因?yàn)?20kV電力系統(tǒng)的阻抗相對(duì)較小，因此單一變電站的無功補(bǔ)償容量不能滿足母線電壓的控制需求。所以，系統(tǒng)能夠進(jìn)行調(diào)節(jié)的最大能力就是阻抗和無功補(bǔ)償容量的乘積。所以，調(diào)控母線電壓需要通過對(duì)整個(gè)電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)控。

（三）對(duì)110/220kV電壓進(jìn)行調(diào)控

電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行的過程中，兩級(jí)相鄰的220/110kV之間，母線上如果是110kV電壓，則220kV變電站上需要將標(biāo)準(zhǔn)電壓設(shè)置為110kV，這樣才能保證電網(wǎng)的穩(wěn)定和安全運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)無功優(yōu)化。對(duì)于上級(jí)為220kV的電網(wǎng)調(diào)度，則要求變壓器的高壓側(cè)必須和無功優(yōu)化值相同。

通過上面的分析，我們能夠得出：無功補(bǔ)償技術(shù)對(duì)提高電網(wǎng)穩(wěn)定性，降低電能損耗具有積極的作用。具體表現(xiàn)如下：

（一）無功補(bǔ)償能夠顯著改善系統(tǒng)的功率等因素

對(duì)于三相不平衡的負(fù)載情況，合理進(jìn)行無功補(bǔ)償能夠平衡三相有功功率，并有效平衡系統(tǒng)的無功負(fù)荷。

（二）無功補(bǔ)償能夠?qū)﹄妷旱恼{(diào)節(jié)進(jìn)行改善

無功補(bǔ)償能夠提高用電側(cè)電壓的穩(wěn)定性，顯著改善電能的質(zhì)量。遠(yuǎn)距離傳輸過程中在適當(dāng)位置安裝無功補(bǔ)償設(shè)備不僅能夠改善供電設(shè)備的裝置還可以提高供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和供電的能力。

（三）無功補(bǔ)償能夠?qū)ω?fù)載平衡性進(jìn)行有效調(diào)節(jié)

無功補(bǔ)償能夠顯著降低系統(tǒng)的設(shè)備容量，進(jìn)而提高負(fù)載和系統(tǒng)的功率系數(shù)，降低線路和變壓器的功率損耗。

因?yàn)闊o功功率補(bǔ)償?shù)淖饔檬滞怀觯虼藢?duì)無功功率補(bǔ)償?shù)难芯烤途哂惺诛@著的意義。

三、無功優(yōu)化分析

無功優(yōu)化通常包含兩個(gè)方面的內(nèi)容，第一個(gè)是相關(guān)設(shè)備如何進(jìn)行有效的規(guī)劃設(shè)計(jì)，另一個(gè)是如何對(duì)電壓的無功優(yōu)化過程進(jìn)行控制。下面我們從高壓和低壓配電網(wǎng)進(jìn)行介紹：

（一）高壓網(wǎng)

針對(duì)高壓網(wǎng)進(jìn)行的無功優(yōu)化，必須按照分層設(shè)計(jì)、平衡處理的基本補(bǔ)償原則。也就是說，要以電網(wǎng)負(fù)荷的實(shí)際水平和相關(guān)數(shù)據(jù)為前提，并通過有效的規(guī)劃和分析，合理配置變電站電容器與電抗器的安裝容量、安裝地點(diǎn)和分組方式。這樣才能有效解決在高壓網(wǎng)中使用無功補(bǔ)償所帶來的一系列問題，對(duì)降低電網(wǎng)安全隱患，提高系統(tǒng)合格率，增加電網(wǎng)穩(wěn)定性都具有非常重要的意義。

（二）中低壓網(wǎng)

在對(duì)中低壓電網(wǎng)進(jìn)行無功優(yōu)化的過程中，需要綜合對(duì)各個(gè)負(fù)荷類型下的補(bǔ)償需求進(jìn)行分析考慮，并制定一套滿足低壓配電網(wǎng)配置的無功補(bǔ)償優(yōu)化方案，這樣才能有效降低電網(wǎng)的實(shí)施成本，提高無功優(yōu)化的效益。無功補(bǔ)償?shù)脑O(shè)置主要是指針對(duì)相關(guān)設(shè)備位置的設(shè)置、設(shè)備容量的設(shè)置和分組方式的設(shè)置，另外，還要深入分析優(yōu)化前后電網(wǎng)的損耗對(duì)比情況、工程預(yù)算情況和預(yù)期收益情況，并進(jìn)而有效解決中低壓電網(wǎng)中進(jìn)行無功補(bǔ)償時(shí)容量過大、管理規(guī)劃不足等問題。

根據(jù)對(duì)變電站無功補(bǔ)償作用進(jìn)行有效的分析，可以發(fā)現(xiàn)，不僅變電站、發(fā)電廠和用戶都實(shí)現(xiàn)了無功平衡，輸電線路在兩端也實(shí)現(xiàn)了等量補(bǔ)償，從而實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)的分層平衡效果。對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行相鄰級(jí)電網(wǎng)優(yōu)化配置時(shí)，統(tǒng)一協(xié)調(diào)無功電壓，能夠在最大程度上實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電網(wǎng)的無功優(yōu)化，有效提高電網(wǎng)系統(tǒng)的功率、降低線路的輸電損耗，這對(duì)提升我國(guó)電網(wǎng)的供電質(zhì)量，促進(jìn)我國(guó)電力行業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的意義。

結(jié)論

本文通過實(shí)際案例的計(jì)算和分析，對(duì)變電站的無功補(bǔ)償作用和相關(guān)優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行了研究。變電站中的無功補(bǔ)償設(shè)備是電力系統(tǒng)的重要節(jié)能裝置，同時(shí)也對(duì)維持配電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定起到了十分重要的作用。通常情況下，無功補(bǔ)償設(shè)備的前期投資較大，但是在生產(chǎn)和實(shí)際運(yùn)行中，該設(shè)備能夠顯著降低電力損耗，降低電力企業(yè)的綜合運(yùn)行成本，因此具有非常顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。隨著我國(guó)無功補(bǔ)償?shù)目焖侔l(fā)展，無功補(bǔ)償設(shè)備以其完善的性能得到了廣泛的推廣和應(yīng)用，對(duì)電力企業(yè)的成本控制起到了積極的作用。

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