變電一次設計中無功補償設計探析

趙卉

摘 要：隨著社會經濟的不斷發展和進步，我國的電力資源發展越來越快。在這一過程中，大量電力電子和功率變換設備投入使用對我國電力資源的調度和優化配置提出了新的挑戰。為最大限度地滿足廣大用戶對電力的消費需求，本文就變電一次設計中無功補償方案進行了一些分析和研究。

關鍵詞：變電一次設計 無功補償技術 電抗器 電容器

引言

所謂的無功補償指的是將感性和容性的兩種功率負荷的裝置通過并聯的方式安裝在同一線路上。所以可以將兩種負荷裝置視為一種能量的轉換器，可以完成兩者之間能量的相互轉換，它們輸出的無功功率也可以實現互相補償。將這種技術應用到變電設計中，通過無功補償裝置的適當調節，電力系統中功率因數得到提高，線路損耗得到改善，電力資源得到更好的優化配置。

1、無功補償在變電設計中的重要性

異步電動機和變壓器等電力系統中普遍的用電設備都屬于感性負荷設備，這些設備在運行的過程中需要無功功率的提供，但是無功功率在沿著電力系統的輸電網絡進行傳播的過程中就會產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生，最大程度上的減少無功功率在輸電線路輸送過程中的損耗，有效的增大配電設備的工作效率應該采用“分級補償，就地平衡”的無功補償設備配置方式，對無功補償設備進行合理的配置。通過對于無功補償裝置合理的分配以及改變電網的無功潮流分布，可以極大程度的減少有功功率和電壓在電力輸送過程中的損耗，達到改善居民和企業用電質量的目的，同時也能減少供電單位的經濟損失。隨著新能源技術的發展，大量的電力電子設備投入使用，這對系統無功功率補償提出了新的要求和挑戰。在無功補償裝置設置的過程中應該具體的從電網電壓、有功分配、調相調壓、系統穩定性、有功分配、諧波抑制、暫時過電壓和潛供電流等多方面來考慮無功補償裝置的地點設置問題、控制方式問題、接線形式問題，以及保護措施和技術條件等問題。

2、電力變電設計中的無功補償技術

2.1調相機同步

調相機是最早使用的無功補償設備，其工作的原理與空載運作的同步電動機相似。當同步電機處于過勵運行時，從電力系統汲取超前與電壓相位的勵磁電流，使得系統接收到無功功率，調相機起到無功電源的作用；在欠勵運行狀態下的調相機則會從系統中吸收無功功率，從而起到無功負荷的效果，使得同步調相機能夠按照該裝置產生的電壓對吸收或者輸出的無功功率作出相應的改變，通過調節電壓來確保系統的穩定性。但是同步調相機是旋轉機械，這就決定了其有功損耗過大。而且同步調相機如果采取小容量，則會導致其單位容量的成本顯著提升。雖然隨著控制技術的不斷進步，其控制性能也獲得了一定程度的改善。但就現階段的情況而言，此無功補償的裝置仍然只是在生產中使用。

2.2 電容器

無功補償中電容器的運用其工作原理就是將電容器并聯在系統當中以提升系統的容性負載，進而再向系統輸出容性功率，完成感性負荷以及線路對于感性無功功率的需求，最終實現無功補償的作用。利用電容器來實現無功補償具備一系列的優點，比如一次性投資以及運行費用較少，安裝調試便捷，效率高，損耗低，不僅可以集中使用，也可以分散裝設。就目前的情況而言，我國電力系統中有90%的無功補償容量都是通過并聯電容器來實現的。但是，該裝置提供的無功功率與對應節點電壓數值的平方具有正比例的關系，這就決定了節點電壓較低的情況下使用電容器進行無功補償的效率很低。對于補償效果來說，改變系統電壓的時候，也會使得該裝置的補償效果顯著降低。

2.3 電抗器

并聯電抗器在無功補償裝置中是非常重要的組成部分，其最大的優勢在于能夠通過增加感性無功功率，從而實現對電力系統中冗余的容性無功功率的平衡，對于輕負荷、輸送功率小的電力系統具有很好的效果。如果電力系統出現輕負荷、輸送功率小的情況，就會使得輸電線路中的感性無功功率降低，然而傳輸線的電容特性使容性無功功率超過感性無功功率。為了確保系統電壓水平，就必須維持系統的無功平衡，否則便會使得電力系統的電壓產生波動，嚴重威脅著系統運行的安全性與穩定性。

3、無功補償設計分析

以某煤礦變電所為例，35k V的變電所目前共有兩個電壓等級，其中35k V采用雙母線接線，共有出線4回；10k V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荷連接，是該礦最重要的變電所。

3.1 設定無功補償目標

在對該變電所進行綜合分析后，總結該變電所負荷自然功率因數較低，具有負荷變化大，變化速度快，加之該礦的大型驅動設備均采用變頻、整流設備，因而產生的高次諧波危害煤礦用電設備的安全運行。在此基礎上，我們對無功補償的目標值進行了設定。

3.2 設計無功補償方案

為了對無功功率進行有效補償和對高次諧波的抑制，若采用普通的集合式電容器，其投、切電容器的容量級差太大，難以滿足煤礦的無功補償要求。因而本次設計采用SVG型動態無功補償裝置，10kV兩段母線各一套，該裝置具有自動平滑調節無功補償容量、系統響應速度快，保證系統35kV母線功率因數始終保持在0.95以上，而且加設的濾波支路可以有效抑制高次諧波對系統產生的危害。

3.3 無功補償運行策略的設計

通過上述分析能夠得出，變電所無功補償運行策略需要注意下面三個問題：（1）控制點的選擇。（2）快速辨別功率因數的變化情況。（3）裝置的靈敏度和相應速度。由于變電所無功電源和負荷都集中在10k V側，所以控制電壓要取自10k V，提高系統電壓的穩定性；另外還要留有動態無功備用。

4、結論

綜上所述，對變電一次設計及其無功補償設計分析是促進我國電力發展的基本需要，所以，通過對它們的分析，從而更好的對其進行完善，進而加快我國電力資源的發展。

參考文獻

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