淺析變電一次設(shè)計中無功補償?shù)膬?yōu)化設(shè)計

熊鎧

摘 要：變電一次回路是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備，變電一次回路中的無功分量對電網(wǎng)中的電能質(zhì)量帶來了不好的影響。無功補償裝置可以提供容性負(fù)荷，感性負(fù)荷及容性和感性混合負(fù)荷的裝置。無功補償裝置所提供的能量可以消減電網(wǎng)中的無功分量，提高功率因素，減少變電一次設(shè)備發(fā)熱，減少能量損失，延長一次設(shè)備使用壽命。本文通過對一次回路的構(gòu)成分析以及無功補償裝置的形式以及優(yōu)化設(shè)計原則進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：一次設(shè)計 ;無功補償; 優(yōu)化設(shè)計

一次回路中的無功分量由于電網(wǎng)或負(fù)荷的原因而產(chǎn)生了波動，若能對這些隨機出現(xiàn)的無功分量進(jìn)行實時補償，可保證電壓穩(wěn)定，減少一次回路中的無功分量同時可以減少無功分量對電網(wǎng)中的設(shè)備所帶來的傷害。隨著國家建設(shè)的不斷推進(jìn)，用電設(shè)備越來越多，尤其是提供能量轉(zhuǎn)換的電動機，其運行所產(chǎn)生的無功會源源不斷的饋入電網(wǎng)一次回路中。在一次回路設(shè)計過程中，根據(jù)相關(guān)設(shè)計規(guī)定，在進(jìn)行變電一次設(shè)計時必須符合國家的法律法規(guī)和經(jīng)濟政策，并依據(jù)具體項目的實際情況如：電網(wǎng)波動、諧波大小、自然環(huán)境等合理的選擇無功補償裝置的形式及相關(guān)參數(shù)和控制方式，以保證無功裝置安全可靠經(jīng)濟運行，并能方便檢修和維護。

1. 變電一次回路簡介

一次回路是指在電力系統(tǒng)中完成輸發(fā)電、變配電的主要設(shè)備，按照一定的結(jié)構(gòu)形式組合而成的回路。它是電能的主要載體，一次系統(tǒng)上的電能特征主要是電壓高，電流大。常見的一次回路設(shè)備主要有完成發(fā)電的發(fā)電機，完成電壓變換的變壓器，實現(xiàn)電路分?jǐn)嗟娜蹟嗥鳎邏簲嗦菲骱透邏焊綦x開關(guān)等，完成無功補償?shù)碾娙萃肚醒b置，靜止型無功功率補償?shù)取崿F(xiàn)電氣設(shè)備連接的母排，電纜及架空線路等。一次設(shè)備相互連接后，可構(gòu)成單母線形式及雙母線形式，其主要由連接母線結(jié)構(gòu)形式確定。單母線型主要適用于小型發(fā)電站及輻射區(qū)域小或無重要設(shè)備的變電站所。雙母線型也稱為雙匯流排式，其主要特點是由兩根匯流排將設(shè)備連接在一起，兩根匯流排之間設(shè)立連接開關(guān)，供電設(shè)備可實現(xiàn)在不影響用戶的情況下進(jìn)行檢修作業(yè)。

變電所是廠網(wǎng)及用戶之間的重要連接樞紐，主要起到匯集和分配電能的作用。變電所按其所實現(xiàn)的功能可分為升壓變電所，降壓變電所及樞紐變電所。按管理形式可分為無人值守及有人值守兩類。按結(jié)構(gòu)形式可分為室內(nèi)型變電所及室外露天型變電所。按規(guī)模或電壓等級可分為500KV，330KV，220KV，110KV，及35KV幾類。升壓變壓器主要修建地點為發(fā)電廠內(nèi)或者是發(fā)電廠附近，將發(fā)電廠發(fā)出的電升高電壓后供入輸電網(wǎng)絡(luò)中完成電能高壓輸送以減少電能損耗。降壓變電所主要修建在區(qū)域電力負(fù)荷中心位置，將電網(wǎng)輸送過來的高壓電降低電壓等級后，供用戶使用。樞紐型變電所主要是多個大電源以及聯(lián)絡(luò)線路的交匯點。一些重要的或者是需要經(jīng)常進(jìn)行操作的變電站所一般都會采取有人值守的形式，值守人員可同時完成變電站所的點巡檢及操作，維護等工作，其他站所大都采用遠(yuǎn)程監(jiān)控，或者是由其他站所完成臨時巡檢操作任務(wù)。高壓變電所多數(shù)都采用室外布置的形式，在部分人員密集的市區(qū)及工廠內(nèi)或者是環(huán)境惡劣地方或者電壓等級在110及以下的變電站所一般會布置在室內(nèi)。

2. 無功補償裝置

變電一次回路中的無功設(shè)備按照變電一次回路的電壓等級安裝地點及負(fù)荷變變化情況而選則不同的形式。動態(tài)無功補償裝置主要有：調(diào)壓式，磁控式，相控式及SVG智能型無功發(fā)生器四種。

電容器組前加裝電壓調(diào)節(jié)器來改變電容器端部的輸出電壓就是調(diào)壓式動態(tài)補償裝置的原理。改變電容器端電壓可調(diào)節(jié)無功輸出，進(jìn)而改變無功輸出容量達(dá)到調(diào)節(jié)系統(tǒng)功率因素的目的。這種類型的裝置多數(shù)采用分檔輸出的模式，分接頭多為機械式，在實際的應(yīng)用過程中存在過補償、欠補償及分接頭響應(yīng)慢等問題。電容器在調(diào)壓過程中處于充放電的狀態(tài)，對其壽命產(chǎn)生不好的影響。

電容器組并聯(lián)磁控電抗器，磁控電抗器改變鐵芯磁導(dǎo)率，使電抗值連續(xù)可調(diào)，利用電抗器的電抗值和電容器的電容值相互抵消的方式來實現(xiàn)無功功率的柔性補償。

電容器組并聯(lián)一套相控式電抗器，通過SCR來控制流過電抗器的電流從而使電抗器輸出不同的無功容量，和電容器組輸出的無功值為固定值，通過固定的容性無功值和變化的感性無功的組合達(dá)到無功實時可調(diào)的目的。SCR管容易被擊穿，維護困難，特殊型號還需要水冷卻是相控式無功補償裝置的缺點。

SVG并聯(lián)于電網(wǎng)中，相當(dāng)于給電網(wǎng)并聯(lián)了一個可以跟隨負(fù)荷無功電流變化而不斷變化的無功電源。可自動補償系統(tǒng)所需的感性或者容性無功功率。占地面積小可布置于室內(nèi)，節(jié)能效果好。

變電站補償是無功補償?shù)闹匾绞健Ｔ谧冸娬具M(jìn)行無功補償可平衡電網(wǎng)的無功功率，改善電網(wǎng)的功率因素，減少系統(tǒng)終端變電站母線電壓的損失，補償主邊及輸電網(wǎng)上的無功。跟蹤補償是將無功補償裝置安裝在變壓器低壓側(cè)，自動投切裝置根據(jù)用戶側(cè)電網(wǎng)內(nèi)的無功分量，自動將無功補償裝置分級投切以實現(xiàn)跟蹤補償?shù)男Ч?/p>

3 無功補償裝置的設(shè)計原則

無功補償原則上應(yīng)按就地，分區(qū)，區(qū)分電壓等級，使系統(tǒng)樞紐點位的電壓在故障后均能穩(wěn)定在規(guī)定的范圍內(nèi)。變電站內(nèi)的無功裝置的容量和形式，應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)的相應(yīng)現(xiàn)狀和遠(yuǎn)期規(guī)劃，充分調(diào)研調(diào)相，調(diào)壓以及對電能質(zhì)量的要求來選取。無功補償裝置可按照無功負(fù)荷變化的情況以及電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的演變情況來進(jìn)行分期裝設(shè)。

并聯(lián)電容器組和并聯(lián)電抗器組的補償容量應(yīng)低于主變壓器容量的30%，分組投切時應(yīng)充分考慮高次諧波諧振以及抑制有害諧波。分組投切時對變壓器中壓側(cè)的母線電壓擾動值應(yīng)控制在2.5%以內(nèi)。在選擇分組投切的并聯(lián)電容器組的串聯(lián)電抗率時，應(yīng)充分考慮電容器組的合閘涌流，充分驗算諧波放大對系統(tǒng)的影響以及是否在電容器組承受的范圍內(nèi)。如果進(jìn)入母線的諧波分量沒有實測值時，按照SD126中規(guī)定的相關(guān)值進(jìn)行計算。

無功補償裝置的額定電壓應(yīng)與所接入的網(wǎng)站電壓相匹配。其接線方式應(yīng)根據(jù)補償性質(zhì)，設(shè)備性質(zhì)以及無功補償裝置的分組情況確定。無功補償裝置宜采用單母線接線，為保證載波通訊的質(zhì)量，阻播器母線側(cè)適宜安裝無功補償裝置。

當(dāng)母線短路電流超過低壓并聯(lián)電抗器回路的斷路器允許值時，可在斷路器前方加裝起限制電流作用的電抗器，或?qū)嗦菲靼惭b于電抗器中性點側(cè)。

串聯(lián)電抗器最好選用空心干式電抗器，其安裝位置是安在電容器的中性點處還是安裝在電源側(cè)，應(yīng)根據(jù)電容器的接線方式，電抗器的動熱穩(wěn)定電流以及母線的短路容量來確定。高壓并聯(lián)電抗器在兩個回路共用一個電抗器時應(yīng)加裝斷路器，在靠近電抗器的位置裝設(shè)線路型的避雷器來保護高壓電抗器。無功補償裝置中的電器及導(dǎo)體長期運行的電流按照大于最終電抗器運行電流1.1倍選取。

4總結(jié)

本文通過分析一次回路的構(gòu)成，無功補償裝置的類型，講述了變電一次回路中無功補償裝置的優(yōu)化設(shè)計原則。無功補償裝置的選型原則應(yīng)依據(jù)項目所在地的實際情況以及中遠(yuǎn)期規(guī)劃來選擇補償裝置的形式，以及補償方式。在設(shè)計無功補償裝置時應(yīng)根據(jù)電能質(zhì)量要求指標(biāo)合理確定斷路器的安裝位置，接線方式以及電抗器的防雷保護形式等。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉鑫，楊延勇，單金博.變電站無功補償設(shè)計優(yōu)化方法研究[J].電力勘測設(shè)計，2019（08）：49-51+69.