分布式電站的無功補償裝置的選擇

王彤

摘要：隨著燃氣發電機組的性能提升及節能減排的要求，利用油田伴生氣建立分布式電站，替代柴油發電機組，為油井提供電力，具有十分重要的經濟效益及社會環保效益。為了提高電能質量，減少輸送電能損失，解決好無功補償問題，具有十分重要的意義。根據無功功率的補償要求及技術特點，依據無功補償的原則，介紹無功補償的意義及補償原理，并且明確無功補償裝置選擇的依據。無功電力是影響電壓質量的一個重要因素，電壓質量與無功是密不可分的，可以說，電壓問題本質上就是無功問題，解決好無功補償問題，具有十分重要的意義。

關鍵詞：分布式電站、無功功率;補償

1概況

為了節能減排、充分利用油田上充足的油田伴生氣體，建立分布式燃氣發電站替代柴油發電機組給抽油機提供動力具有十分重要的意義。建立分布式電站替代分散式供電（每口油井配置一臺發電設備）還具有供電可靠性高、管理方便等優點，因此在油田采用分布式電站為附近的油田設備統一輸送電力具有一定的優勢，也是油田設備供電發展的一個趨勢。而油田設備主要以電動機、變壓器為主，自然功率因數較低，功率因數低會對分布式電站造成不好的影響。

2無功補償介紹

電力系統運行的經濟性和電能質量與無功功率有重大的關系。無功功率是電力系統一種不可缺少的功率。大量的感性負荷和電網中的無功功率損耗要求電力系統提供足夠的無功功率，否則電網電壓將下降，電能質量得不到保證。同時，無功功率的不合理分配，也將造成線損增加，降低電力系統運行的經濟性。

在電力系統中，電壓和頻率是衡量電能質量的兩個最重要的指標。為確保電力系統的正常運行，供電電壓和頻率必須穩定在一定的范圍內。頻率的控制與有功功率的控制密切相關，而電壓控制的重要方法之一就是對電力系統的無功功率進行控制。

現如今大部分用電設備為感性負載，自然功率因素較低，用電設備在消耗有功功率的同時，還需無功功率由電源送往負荷。功率因素是供用電系統的一項重要技術指標，通過合理采用無功補償技術，可以減少無功功率在電網中的流動。

3無功補償裝置的確定

根據實際情況，各個油井的設備安裝基本已經就緒，電站的發電設備及配電設備也已經基本確定，并且根據負載具有動態變化但總體功率變化幅度不大的特點，結合無功補償裝置的特點以及考慮經濟型，選擇具有自動補償功能的并聯電容器補償設備，補償方式選擇在電站變壓器6.3kV端進行集中補償。

3.1無功補償容量的選擇

根據負載情況和負載特性來確定比較可行。通過負載和補償前后的功率因數及變壓器的容量，通過理論計算來確定補償電容器的容量比較科學，選擇補償容量過大，造成補償裝置的浪費;過少，補償裝置的意義就沒有發揮出來，所以，補償裝置容量的確定是十分重要的。

3.2串聯電抗器的選擇

由于運行設備中存在變頻器等非線性設備，因此電網中不可避免會存在諧波電流，同時電容器的投入又會產生所謂“諧波放大”現象，加劇諧波危害，造成電網電壓畸變，對包括電容器在內的各種電氣設備造成危害。為了抑制這種現象的發生，一般在電容器回路中串聯電抗器。另外在投切電容器時會產生合閘涌流，為了抑制合閘涌流，也會在電容器回路中串聯電抗率0.1%—1%的電抗器。在電容器回路中串聯不同電抗率的電抗器，其對諧波源所產生的各次諧波電流的作用也是不相同的。實際上電抗器及其電抗率的選擇與諧波源的大小、主要諧波電流的次數、電容器組的容量以及接入處的短路容量有關。

4 1000kvar無功補償裝置的介紹

4.1技術指標

額定電壓：6kV;

額定頻率：50Hz;

電容器容量：1000kvar;

分組方式：100+200+300+400;

工作方式：自動/手動;

電抗率：5%;

電容接線：單星形接線，中性點不接地。

工頻耐壓（6kV）：一次/25kV，1min;二次/2.5kV，1min;

雷電沖擊耐壓：60kV（峰值）。

4.2保護功能：

a）.系統異常保護：當系統出現過壓、失壓、欠壓、欠流、缺相時，控制器自動閉鎖，待系統正常后，控制器自動解鎖并正常運行;

b）.瞬時過壓保護：配置電容專用氧化鋅避雷器實現雷擊過電壓和操作過電壓等瞬時過壓保護;

c）.快速放電保護：配置電容器專用放電線圈，在電容器斷電后其端電壓在5s內自額定電壓峰值降至50V以下。

d）.抑制涌流保護：配置電抗率為5%的串聯電抗器，有效抑制電容器組的投入涌流，同時具有抑制系統5次以上高次諧波的作用。

4.3裝置的結構特點

單套裝置由4臺柜體組成，主要由高壓隔離開關、電容器投切專用真空接觸器、放電線圈、電流互感器、串聯電抗器、高壓并聯電容器、避雷器、高壓無功補償控制器、電容器專用微機綜合保護器等設備元件組成。

采用HWGK型高壓智能補償控制器，該控制器集保護、測量、監視、控制、人機接口、通信等多種功能于一體， 在提高功率因數的同時，最大限度地降低線路無功損耗。

采用HWCZB-1型電容器微機綜合保護器，實現各支路電容的過流保護、速斷保護和開口三角電壓保護等，任一組電容發生故障時保護動作切除相應的電容組，其它電容組仍能正常運行不受影響。

系統融入時限概念，有效保證電容器動作的平滑性，避免因電壓波動、突變暫態擾動引起的電容器頻繁投切或震蕩投切。

可現場設置線路PT/CT參數，電壓上下限參數，無功功率值、功率因上下限參數，各種保護定值及動作延時，電容器日動作次數限制等，確保裝置工作模式合理，保護功能有效。

具有多種控制方式：電壓無功綜合控制、無功功率控制、功率因數控制、電網電壓控制、時間控制、各種延時控制以及每日動作次數控制等。

裝置具備完善的保護閉鎖功能，可按設置的各項保護參數來 執行保護及閉鎖功能。

裝置的進線方向：電纜下進線。

4.4、裝置控制原則

裝置調節控制的原則是：保證供電電壓在允許變動（整定值）范圍內的前提下，充分調節控制裝置的無功補償功能;在保證電壓合格和無功補償效果不變的情況下，有效減少電容器的投切次數，實現電網無功功率就地平衡，降低電網損耗，提高電壓合格率。

1）電壓優先，電容器組自動投切原則

a.電壓超高定值時，切除電容器組;

b.電壓超低定值時，在保證不過補條件下投入電容器組。

2）無功補償控制原則（即電壓合格范圍時的原則）

a.無功欠補投電容器組;

b.無功過補切電容器組;

c.投電容器之前先探詢是否投后電壓超高限，再決定是否投電容（由軟件模糊理論分析決定）

5補償裝置應用后的節能效益

（1）采用無功補償裝置后，為用電負載提供了近100%的無功功率。因幾乎所有的負載都是感性負載，感性負載運行時需要大量的無功功率。無功補償裝置這時就能提供感性負載所需要交換的無功功率，因此，電網的功率因數就得到了極大的提高，并由此帶來了一系列的節能效果。

（2）提高了供配電設備的供電能力。供配電設備的供電能力主要由線路輸出能力和配電變壓器的容量來決定的，對于一定容量的用電負載，當其有功功率為一定值時，功率因數越低，需要提供的電流越大;進行無功補償后，負荷需要的無功部分由補償電容器來提供，線路和變壓器只需要提供有功功率即可，因此線路和變壓器上的電流大大的降低，可以滿足更多的負荷需求，相對來說也就提高了供配電設備的供電能力。

（3）降低了配電變壓器及線路的損耗。根據以上的量性分析和實際情況，由于供電線路和變壓器的電流降低，變壓器與線路上的損耗與電流的平方成正比，因此電流減少，損耗也就大大減少了。

6結束語

安裝無功補償裝置是提高供電電網功率因數，減少供配電設備及輸電線路有功電能損耗的有效節能措施。補償裝置的安裝，給電站帶來了一定的經濟效益和社會效益，是值得推廣的一種節能有效措施。