攀煤變電站無功補償問題研究與應用

王金柱，蔡 友

（川煤（集團）華榮能源公司水電分公司，四川攀枝花 617000）

1 攀煤電網使用并聯電容器補償方式的原因

攀煤電網補償主要是在6 kV 母線上并聯無功補償裝置，并結合攀煤電網的線路長、變壓器較多的特點。使用這種功率補償控制模式的優點主要在于運行中通過并聯開關電容器的一個容性輸入電流驅動可以直接抵消一個感性驅動電流，使得信號傳輸器與控制元件如電源變壓器、線路中相對無功功率大幅度減小，不僅可以大大降低設備由線路下載的系統功率損耗，還大大減少了系統電壓的損耗，提高系統功率因數。因此，直接采用三相并聯電容器對各級動力電網進行無功電流補償技術，是目前國際電力系統中最廣泛的一種技術應用。

2 攀煤電網系統選用SVG+FC 無功補償方式的理由

攀煤礦山企業屬于煤礦供電網絡系統，絕大多數礦山設備運行都需要消耗無功功率。例如：煤礦使用的風力通風機、壓風機，水廠等企事業單位使用的電機、電力專用變壓器、電焊機等。這些電力設備不但需要從電力系統中吸收有功，還需要從電網下載一定量的無功，以達到便于產生這些電力設備正常工作運行所必須的交變電磁場。這就需要一種能夠提供固定補償無功的FC，及能夠隨著負荷不斷變化而提高或者減少無功輸出的動態無功補償SVG。這種補償方式是根據攀煤供電系統的特點而選擇的。該系統在投入運行后，總是出現一些問題，如功率因數在后臺監控系統中顯示過低等，但是FC 和SVG 都投入運行不可能出現這種情況。這種特殊情況的出現會給公司帶來很大的經濟損失，因為如果電力部門在輸送有功功率一定的條件下，無功功率的增大，可能降低整個供電系統的功率損失。我國電力部門要求企業在進一步提高其自然功率損失因數的前提和基礎上，合理地裝置各種無功補償器件，使企業的功率損失因數能夠達到0.9 以上。

3 利用電壓與電流的相位差處理問題

在三相四線制供電系統中，三項電流之間的相位差夾角為120°，三相電流之間的相位差夾角為120°，相電流與電壓之間夾角的相位差的余弦值就是功率因數。當電流相位超前于電壓時系統呈現容性負載，當電流相位滯后于電壓時則呈現感性負載。利用這個相位原理來分析處理實際遇到的問題（圖1）。

圖1 電壓與電流向量圖

4 攀煤電網投入運行以來出現的問題及分析

4.1 電網監控后臺和微機保護裝置功率因數顯示不正確

分析：二次接線錯誤導致。繼電保護裝置功率因數的計算是由電壓互感器二次側的電壓和電流互感器二次電流的采樣計算而來。在安裝過程中，從微機保護控制柜到電流、電壓互感器柜的需要用電纜連接，由于安裝人的技術水平和責任心不強，導致二次線接線出現錯誤。這種情況造成功率因數顯示不正確和影響計量結果。

（1）相序混亂。例如：根據保護裝置出現的情況可得電壓的角度UA=0°、UB=240°、UC=120°，電流的角度IA=210°、IB=90°、IC=330°。根據以上條件畫出相位圖，可知A、B、C 三相的電壓與電流不在同一個相序上，電壓相序恒定不變時，A 相電流接在B相電流上，B 相電流接在C 相電流上，C 相電流接在A 相電流上。正確的相位是UA超前IA相位角為14°，功率因數為cos14°=0.97。

（2）極性相反。錯誤原因有：①電流互感器的一次線接反；②電壓互感器的一次線或者二次線接反；③從設備到裝置的二次電纜接線錯誤；④設備的二次采樣電流、電壓互感器接反。

（3）極性和相序都錯誤。當出現A、B、C 三相電流的相序錯誤，極性也錯誤，最好的調整方法是先調整相序，再調整極性。在整變電站系統測試中，試驗人員往往在試驗過程中只重視保護二次線而不檢查測量二次線的接線情況，導致接線錯誤，給變電站計量工作和監控造成很大的損失和影響。

4.2 功率因數出現很小值的情況

分析：由于容性無功補償不夠導致。電網在運行中，投入的感性設備較多，設備需要的無功比較大時，由于某些原因導致電網提供的無功和電容器提供的無功較少，導致功率因數較小。根據電壓電流相位角判斷，當電壓與電流功率因數角度為69°時，功率因數cos69°=0.36。或者是系統為感性負載時，電流超前電壓，系統呈感性，需要容性無功與之抵消，但容性無功不足。由公式可得，當線路提供是容性無功不足時，線路需要的總無功較大，由公式cosΦ=P/S、S2=P2+Q2，無功Q 較大，視在功率較大，P不變時，功率因數較小。

4.3 系統出現過補償情況判斷

分析：線路提供的容性無功過多超過了系統所需要的感性無功。當系統所補償的容性無功超過了感性無功時，由公式（總無功=感性無功-容性無功）可知，總無功為負數，根據相位圖，當電流超前電壓時，系統呈容性，此時系統會向線路反送無功，造成變壓器和線路的負擔和經濟損失。

根據電流與電壓的相位關系可知，電壓與電流無限接近時功率因數才達到要求值，如果系統所需要的感性無功與系統提供的容性無功相等，也就是電壓與電流相位角為0°時，整個系統的功率因數將達到1（理想狀態下，現實中不可能完全相等）。但是隨著用電負荷的不斷變化，系統所需要的感性無功也在不斷變化，這種情況下就需要一種能夠隨時提供變化的無功補償系統，也就是公司現在所用的動態無功補償SVG 系統。但是當系統在最低負荷情況下所需的感性無功小于FC 電容補償時，就會出現過補現象。

4.4 變壓器低壓側柜電流與各配出柜電流之和不相等

分析：造成這種情況的原因是由于6 kV 母線并聯電容補償系統。6 kV 進線柜中的電流分為有功電流和無功電流，該無功電流由發電廠提供。當6 kV 系統向線路下載的無功為0 時，該進線的功率因數達到1。剩余的無功是由并聯電容器通過6 kV母線直接補償到各個配出柜，不經過變壓器低壓側柜，因此會出現變壓器低壓側電流低于各配出柜電流之和。

5 實際運用

基于上述情況，本公司繼電班的維護人員與計量部門配合，先在保護裝置查看三相電流的角度與三相電壓的角度。利用上述知識對圖形進行分析，確定是由哪一種情況引起的，根據問題調整電流電壓二次進行的位置或方向，或者改變保護裝置后面電壓電流線的方向，或位置調整完后檢查保護裝置界面的有功、無功、功率因數是否正常，最后系統后臺界面顯示是否正確。對每個變電站的高峰期負荷和用電低峰負荷進行分析，確定了無功功率的補償值的大小，使整個變電系統能夠良好運行，同時也避免了電力部門的罰款。

6 使用的依據及創新

該創新方法提出的理論依據是電壓與電流的相位差的余弦值為功率因數，在電力系統電壓超前電流為感性負載，電壓滯后電流為容性負載。該方法處理無功補償問題尚屬首次。這是基于多年的工作經驗和理論提出的一種創新方法，是實踐與理論很好結合的產物。對在以后的工作中解決實際問題提供了參考資料和培訓的依據。利用電壓與電流相位差的方法處理35 kV 變電站的功率因數問題，間接避免了電力部門的罰款。同時，利用分析相位，對公司計量出現的問題進行整改，防止了電量的丟失，減少了單位損失。該研究報告書對無功補償在應用實踐中出現的問題提出了新的處理方法。該方法不需要借助任何儀器，而利用變電站內資源對問題進行現場分析，為實際工作處理提供了依據，同時也可作為培訓作業人員很好的教材。

7 結束語

電容無功補償在整個變配電系統屬于專業知識比較強的項目，很多工作人員在處理電容補償問題時易無從下手，不知道如何分析問題的故障點和采取何種措施解決問題，希望本文能提供一些有益的信息，找到學習電容無功補償的方法。