淺談變電設計中的無功補償

摘 要:本文主要講述了什么是無功補償，無功補償的原理，在變電設計中為什么要進行無功補償，以及在變電站設計中如何進行無功補償。

關鍵詞:變電站功率因數無功補償無功補償容量

中圖分類號:TM63文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)08(b)-0067-01

1 有關無功補償的基本概念

(1)視在功率。視在功率是指電路中電壓與電流的乘積，用符號S表示，計算單位:伏安(vA)、千伏安(KvA)。變壓器的容量是用視在功率表示。并且S2=P2+Q2 。

(2)有功功率。在交流電路中，電源在一個周期內發出瞬時功率的平均值(或負載電阻所消耗的功率)，稱為有功功率，用符號P表示。

(3)無功功率。在具有電感或電容的電路中，在每半個周期內，把電源能量變成磁場(或電場)能量貯存起來，然后，再釋放，又把貯存的磁場(或電場)能量再返回給電源，只是進行這種能量的交換，并沒有真正消耗能量，我們把這個交換的功率值，稱為無功功率，用符號Q表示。

電力系統中常用并聯電容器的辦法來補償用電設備需要的無功功率，以此來提高功率因數，這被稱為電容無功補償法。通常我們用相位超前90°的容性無功電流抵消一部分相位滯后90°的感性無功電流，或者說補償一部分無功電流(也就是說使IL﹥IC)。并聯電容器以后，功率因數角比補償前的功率因數角減小了，功率因數COSφ就增大了。但并不改變感性功率負載的有功功率。只是得到同樣的有功功率所需的視在功率減少了。

2 變電設計中無功補償的必要性

電力系統中常見的用電設備如異步電動機、變壓器等，還有一部分輸電線路，大部分屬于感性負荷，在運行過程中需要向這些設備提供相應的無功功率。而無功電源主要有發電機、靜電電容器、同步調相機、靜止補償器。無功功率的產生基本不消耗能源，但是無功功率沿電力網傳輸卻要引起有功功率損耗和電壓損耗。如果由發電企業直接向用戶提供所需的大量無功功率，會導致輸電線路及變壓器因輸送大量無功功率而造成大量的電能損耗，這是不經濟的。為了最大限度地減少無功功率的傳輸損耗，提高輸配電設備的效率，無功補償設備的配置，應按照“分級補償，就地平衡”的原則，合理布局。

合理配置無功功率補償容量，以改變電力網無功潮流分布，可以減少網絡中的有功功率損耗和電壓損耗，從而改善用戶端的電壓質量。設置補償裝置時，應由系統專業根據電網電壓、系統穩定性、有功分配、無功平衡、調相調壓，以及限制諧波電壓、潛供電流、暫時過電壓等因素，提出補償裝置的設置地點、種類形式、容量和電壓等級。電氣專業要從安裝地點的自然環境條件，裝置的接線方式、布置形式、控制保護方式，設備的技術條件，以及避免或限制補償裝置引起的操作過電壓和諧振過電壓等角度出發，予以配合。無功補償不僅對供電公司有利，而且對電力用戶也有很大好處。

3 無功補償的原理

無功功率的傳輸加重了電網負荷，使電網損耗增加，系統電壓下降。故需對其進行就近和就地補償。并聯電容器可補償或平衡電氣設備的感性無功功率。當容性無功功率QC等于感性無功功率QL時，電網只傳輸有功功率P。根據國家有關規定，高壓用戶的功率因數應達到0.9以上，低壓用戶的功率因數應達到0.85以上。無功補償的實質是要盡量減少無功功率在網絡中傳遞，設法就地安裝無功電源，從而滿足電力用戶及網絡元件對無功功率的需求。

在無功補償電路中應用諧波抑制器能有效地抑制涌流，對高次諧波形成低阻抗通路。

4 無功補償的方式

如果單就理論上而言，無功補償最好的方式是哪里需要無功，就在哪里補償，整個系統將沒有無功電流的流動。但在實際電網當中這是不可能做到的。因為無論是變壓器、輸電線路還是各種負載，均會需要無功。所以實際電網當中就補償裝置的安裝位置而言有如下幾種補償方式:(1)在變電所母線集中安裝并聯電容器組;(2)在高低壓配電線路中分散安裝并聯電容器組;(3)在配電變壓器低壓側和用戶車間配電屏安裝并聯補償電容器;(4)在單臺電動機處安裝并聯電容器等。

現在我在進行變電設計時，通常采用在變壓器低壓側和用戶開關柜之間安裝并聯補償電容器。在變壓器的低壓側利用無功功率自動補償控制器，隨著負荷的變化，根據測得的功率因數自動地投入或切除電容器的部分或全部容量。

5 采用無功補償之后達到的效果

(1)提高功率因數;

(2)提高設備供電能力，從而可減小設備容量，節省投資;

(3)降低電網中的功率損耗和電能損失;

(4)改善電能質量，減少線路電壓損失;

(5)減少用戶電費開支，降低生產成本;

6 變電設計中無功補償容量的配置

變電站安裝投運電容器裝置能減少線路中無功功率的傳遞，降低線路的損耗，有利于降損節能，改善電能質量，提高輸變電設備有功出力，使有限的電能發揮更大的效益。但是在變電站中有的因過補電容器投不上，有的因電容器投上后電壓過高而不得不將電容器退下來，雖然增加了高額基建投資，卻未發揮應有的作用。《電力系統電壓和無功補償電力技術導則》(SD325-89)規定:“220kV及以下電壓等級的變電站，應根據需要配置無功補償設備，其容量可按主變壓器容量的0.10～0.30確定。

因此，在變壓器低壓側進行無功補償時，可考慮:(1)在輕負荷時，防止向10kV配電網倒送無功。倒送無功造成功率損耗增加，也是不經濟的。(2)要取得最大的節能效果。功率因數越高，每千乏補償容量減少損耗的作用將變小，通常情況下，將功率因數提高到0.95就是合理補償。

因此，可以將無功補償容量配置為變壓器容量的0.10～0.15倍。

本著只能欠補不能過補的原則，按照變壓器設計國家標準:《GB6451.2-86》得出變電站無功補償容量的配置原則如下:(1)變電站的無功補償容量必須根據主變參數，主變負載系數，線路參數進行實際理論計算。(2)根據只能欠補不能過補的原則，防止無功倒流，實際補償容量必須小于理論計算值。(3)每組電容器的補償容量必須根據相應的主變容量確定，不宜平均分配，以利隨主變的投停及負荷情況投退相應的電容器。

當然，對于整個系統來說，無功補償容量的配置，應按照“全面規劃，合理布局，分級補償，就地平衡”的原則，要把降損與調壓相結合，以降損為主;又要把集中補償與分散補償相結合，以分散為主;同時供電部門補償與用戶補償相結合，以就地平衡為主，共同搞好無功補償的配置和管理，從而取得無功補償的最大經濟效益。

參考文獻

[1]馬懷心.進網作業電工培訓教程—高壓電工分冊.

[2]戴曉亮.無功補償技術在配電網中的應用.

[3]電力系統電壓和無功補償電力技術導則.SD325-89.

[4]變壓器設計國家標準.GB6451.2-86.