配電系統無功補償方法分析

周 榮

國網湖北省電力有限公司襄陽供電公司，湖北 襄陽 441000

0 引言

用電設備在運行過程中，會吸收電源中的有功功率和無功功率，如果電網的無功功率不足，將無法按照要求建立起完整的磁場，導致電網電壓降低，使用電設備無法正常工作。在發電機、高壓輸電線路無法按照實際負荷供給需求提供足夠的無功功率情況下，需要選擇無功補償裝置，將其設置在配電網中提供無功補償，使電壓得以穩定，設備可以正常工作，從而保障電力系統運行的安全性和經濟性。

1 配電系統無功補償概述

1.1 無功補償特點

在企業生產中，異步電動機、變壓器等設備消耗無功功率較多。異步電動機無功功率在電網消耗無功功率量中占比達60%，變壓器占比則約為20%，整流設備、電抗器等約占20%。因此，設備中主要是異步電動機和變壓器消耗無功功率，架空供電線路也存在無功功率消耗，供用電設備無功功率補償方面，可選擇動態、靜態等補償方式。

1.2 無功補償的作用

（1）使系統的功率因數得以增加，相關設備得到充分利用，設備所需容量小、線路和設備損耗降低，實現電能節約目標。（2）提高并穩定受電端和電網的電壓，配電系統穩定性增強，而進一步提高電能質量水平。（3）三相負載不協調的地方設置無功補償，可以使其更加平衡。（4）會增長變壓器、發電機等設備和供電線路的備用量，配電變壓器安裝容量減小，同時降低所需電費。總之，采取無功補償的目的中，主要就是實現電網無功平衡，高電壓水平下無功系統中無功電源比較多可以更好地達到無功平衡要求，同時也會提高系統運行中電壓水平。與之相反，無功缺失的情景下運行電壓水平則會降低。因此，需注意額定電壓下系統無功功率的平衡，合理設置無功補償裝置[1]。

1.3 無功功率對電網的影響

在一般運行過程中，電力系統主要存在兩方面無功功率消耗情況，一是在輸電過程中，電路本身對無功功率的主動消耗；二是用電設備工作消耗，主要有感性負載、非線性負荷消耗無功這兩種情況。用電容量較大的設備，在啟動過程中消耗的無功量大，容易導致電網電壓產生畸變、波動的情況。在受到感性負載不良影響下，電力系統會出現電網功率因數降低的現象。首先，會影響發電機組、輸變電設備，降低電氣設備效率，使其輸電能力變弱，將增加發電、輸變電成本；其次，損耗也會隨之增大，使運營成本增加；最后，電網電壓會產生波動、畸變問題。

2 無功補償技術發展現狀

2.1 補償形式

（1）純電容器補償形式為主。電網中存在不少諧波，而電容器又比較脆弱，采用純電容器形式實施系統無功補償，會放大諧波電力，對用電設備、補償電容器、相關元件等產生破壞。

（2）接觸器為投切開關的方式為主。這種補償方式將接觸器作為投切電容器開關使用，如果用電設備出現較快無功變化，或者系統出現復雜沖擊情況，其緩慢的響應速度難以滿足跟蹤補償要求。電容器投入產生較大涌流，切除則會產生較大的過電壓，再次投入電容器之前，需要進行充分放電。

（3）等容循環投切控制策略為主。采用該控制策略，存在分組粗略、補償精度低的問題。用電系統欠補償狀態長期持續，導致平均功率因數較低。

（4）普通控制器策略。普通控制器缺乏足夠的抗干擾能力，容易出現動作失誤、死機等情況，對于存在諧波的系統不適用，其控制器功能簡單，難以滿足需要多種保護功能的先進補償系統控制要求。

（5）三相共補補償形式為主。三相不平衡負載系統中有效分相補償難以實現。

（6）缺乏完善保護措施，補償設備異常狀態下難以實施有效保護。

（7）成套柜體有著復雜的結構組成，實際組裝作業難度較高。

（8）元器件采購于不同的廠家，其質量參差不齊，相關參數配合不準確不合理，影響補償設備運行的可靠性，易引發故障。

2.2 不良問題

（1）我國無功補償設備市場中，相關產品存在質量和性能較差的問題，這些產品進入市場會對公用電網造成影響，不利于保障電網運行的安全性和電能質量，影響電力系統的發展。

（2）當前在一些有著高補償系統要求的場所中，仍主要采用外國設備產品。

（3）維修作業量大、成本高。在相關調查中顯示，我國使用傳統無功補償裝置只有不足30%的補充設備正常運行、發揮作用，無效設備浪費了大量人力、物力，且節能作用不足，用戶還需支付大量額外費用[2]。

3 配電系統無功補償合理配置原則

（1）有機結合總體平衡與局部平衡，其中以局部平衡為主。主要目標是使區域內電網無功電力達到平衡要求，變電所和配電線路實現無功電力平衡。采取不合理無功電源布局，如補償容量不合理、補充位置有問題等，會對局部地區無功電力產生影響，導致其就地平衡無法實現，分區與分區之間無功電力輸送與交換，需要長途運行，在很大程度上增加電網功率損耗、電能損耗。因此，規劃配置無功補償需保證達到總體要求，然后合理設計各局部補償方式，優化補償組合方式，實現最佳補償效果。

（2）電力部門補償需結合用戶補償。配電系統中約有55%無功功率為用戶消耗，其余主要為配電網消耗。要想減少無功功率的輸送，必須實現就地補償，使電力部門和用戶補償相結合。

4 配電系統無功補償方法

4.1 變電站集中補償

為了提高輸電網絡功率因數，需要采取措施平衡輸電網絡間無功功率，降低主變壓器無功損耗。通常會采取變電站集中補償方式，選取10 kV母線為無功補償點，作為接入線，主要補償裝置為靜態補償器、并聯電容器和同步調相機。無功補償設備又被稱為并聯電容器組，一般其工作模式是對變壓器配合調壓抽頭完成無功補償、電壓調節。在操作、管理和維護方面，集中補償優勢明顯，但無法減少配電網的損耗。

4.2 低壓集中補償

當前低壓配電變壓器所使用的無功補償方式一般為集中補償，主要通過計算機技術對低壓并聯電容器柜加以操控，跟蹤用戶負載水平，使電容器可自動補償。這種方式改善了專用變壓器用戶產生功率，可實現無功功率平衡，維持用戶電壓水平穩定。但是，該方式不適用于電力系統，系統線路電壓水平影響線路電壓水平，集中補償會引發線路波動，但并非主導因素。同時，線路參考電壓不在標準之內，會產生冗余無功電容補償，或者補償不足問題。

4.3 高壓配電線路無功補償

配電網公共變壓器大多采用高壓配電線路無功補償，公共變壓器數量多，傳輸中隨著運作發展其數量增加，需要采取無功補償。通常，安裝10 kV室外并聯電容器可以改變配電網功率因數，減少功率損耗。高壓配電無功優化補償中，需遵循一定的原則，即盡量減少補償點，一條線路采取單點補償方式；控制方式應避免過于復雜，盡量簡單，且分組投切裝置多選擇不設置；接線應簡單，每相最好設置一個電容器；避免過量補償，根據實時功率因數區間合理設置，一般補償容量在0.95～1.00；簡化保護方式[3]。

4.4 用戶終端分散補償

相比上述方法，用戶終端分散補償方式可以降低電壓損耗，減少線路損耗，改善線路供電能力和電壓質量，但在面對不同配電變壓器低壓負載波動情況下，容易引發多電容器輕載限制，降低設備利用效率。此外，使用這一補償方式，需要考慮部分變壓器功率需求，否則會影響低壓無功功率補償的安裝。

4.5 低壓配電線路無功補償

對于380 kV配電線路，其本身較長，負荷較重，產生的無功功率也會不斷增加，導致電壓損耗、線路損耗的增加。為了解決這一問題，需采取無功補償配電方式。此外，低壓配電網存在分支多、配電網布設混亂、節點多等問題，為了優化補償，需要合理配置補償電容器。

5 結論

文章通過研究可知，合理的配電系統無功補償方式，可以維持電壓平衡、減少配電網損耗、提高功率因數，確保配電網運行良好并獲得效益。因此，需合理配置無功補償，根據技術要求和經濟性優化補償方案。