無功補償裝置在電力系統的應用

摘要：本文介紹的是無功補償在電力系統中的應用，無功補償對電網安全、優質、經濟運行具有重要作用，因此無功補償是電力部門在節能減排大背景下越來越關注的一個問題。合理選擇無功補償方案和補償容量，能有效提高系統的電壓穩定性，保證電網的電壓質量，提高發輸電設備的利用率，降低有功網損和減少發電費用；本文是對陽泉電網近幾年來無功系統中低壓配網總結回顧的基礎上，重點對近年來新推出的分組和動態補償裝置展開分析，在補償功率因素和經濟性以及可行性等方面進行探討。

關鍵詞：無功補償裝置 固定 分組 動態 功率因素

1 課題研究背景、意義、要解決的問題及范圍

1.1 本課題的研究背景及意義 根據設計規程，固定無功補償容量不宜過高，一般不應超過主變容量的15%，當主變輕載時，必須及時切除所投入的電容器，否則可能會因為過補償造成電壓升高，進而引發電網和設備事故，已安裝固定電容器組進行無功補償的變電站，其補償方式只能是投或停，不能隨實際無功負荷的變化調整無功補償容量，當無功負荷波動較大時，容易發生過補償或欠補償現象，甚至引發事故，固定補償只適用于負荷變化相對穩定的變電站，隨著近年來經濟的發展，越來越多的企業在當地建立起來，且隨著人民生活水平的提高，用電需求也在不斷的發生變化，這樣使得轄區范圍內的35KV農網變電站的負荷波動也越來越大，固定補償難以滿足需求，已達不到無功補償的目標（補償容量不能隨著下級負荷變化而調整，導致出現過補或者1個站的10kV I段過補反送II段欠補現象）。由此無功補償對電網安全、優質、經濟運行方面具有重要作用，因此無功補償成為各個電力部門在節能減排大背景下越來越關注的一個問題。合理選擇無功補償方案和補償容量，能有效提高系統的電壓穩定性，保證電網的電壓質量，提高發輸電設備的利用率，降低有功網損和減少發電費用；隨著無功補償技術的發展，近幾年市場上出現了一些新的無功補償技術，分組和動態無功補償裝置，新技術和以往固定補償的有機結合，使得電網的無功功率因素達到了一個新的指標。

現今陽泉平定地區負荷變化也相對較大，無功補償優化也顯得尤為必要。平定供電支公司轄區范圍內的全部35KV農網變電站均采用固定無功補償電容器組，每組分別并接在10KV兩段母線上，電容器組采用單星型接線。

近年來陽泉電網的發展較快，考慮到系統增容快、負荷增加等多種情況，此次無功完善工程中無功補償容量擬保留一定裕度。

1.2 本課題要解決的問題 本課題主要解決的問題：如何設計滿足要求的無功補償系統方案及論證方案的可行性，如何最大限度提高電網的無功補償功率因素，進而可以提高系統的電壓穩定性，保證電網的電壓質量，提高發輸電設備的利用率。

1.3 本課題研究的范圍 開展本課題研究的控制對象是無功補償系統；研究的目的是利用無功補償技術發展的最新成果，對電網無功補償方式進行研究；研究工作是在對電網近幾年無功補償全面回顧總結的基礎上，對重點分組補償技術展開研究。

2 無功補償改造方案

以陽泉平定電網為例，現選取五個變電站（萬子足、柏井、大峪、冶西、東回）無功補償系統、無功自動投切系統的完善改造進行說明。根據國家電網文件下達的國家電網科[2010]342號文件《關于印發農村電網無功優化補償技術導則等標準的通知》及陽泉平定地區實際電網情況，提出以下兩個完善改造方案：

2.1 分組自動投切方案 在負荷波動較大的變電站，選用自動投切無功補償模式，可根據無功負荷的變化自動投切電容器組，使功率因數和電壓保持在規定范圍內，避免出現較為嚴重的過、欠補償現象。使無功功率盡可能實現分站、分壓、分線平衡，降低高壓配電網損耗；也可實現電容器組自動循環投切，使電容器及其配套開關設備使用幾率幾乎接近，延長設備使用壽命，還可以與有載調壓變壓器配合，實現電壓無功綜合自動控制，并具有過電壓等保護功能。

2.2 SVG動態平滑無功補償 以進線無功功率及母線電壓作為控制目標，動態跟蹤變電站功率因數及電能質量變化，并根據變化情況動態調節無功輸出，實現變電站在任意負荷下的高功率因數運行。

3 改造方案的可行性

3.1 自動投切無功補償

3.1.1 可行性論證 原固定無功補償電容器組裝于戶外，占地面積2x（長4.9米x寬3米）=29.4平米，采用自動投切無功補償方案，需將原固定電容器拆除，在原位置裝設新的自動投切無功補償裝置（長2.7米x寬2.0米x高2.55米）。增容工程只需在站內原位即可完成，不存在征地拆遷跨越等問題，無功補償更換可以分段分組進行，對全站的供電連續性沒有影響，該方案是可行的。

3.1.2 運行分析 在正常工作狀態下，一、二段母線補償裝置通過控制器之間的配合，使一、二段補償裝置相當于一套補償裝置“二合為一”，每段分3級補償，則可達到分多級補償，共有8種補償方式，最終實現分站、分壓、分線平衡，最大限度的降低高壓配電網損耗的目的。

3.2 SVG動態平滑無功補償

3.2.1 可行性論證 本裝置由鏈式無功發生器（SVG）、鐵芯連接電抗器等組成，成套裝置額定補償容量為感性2000kvar～容性2000kvar。SVG成套裝置戶外布置時，戶外型殼體尺寸為（長5700米x寬2000米x高2750米），需將原固定電容器拆除，同時在長度方向上擴建2米。

增容工程只需在站內原位即可完成，不存在征地拆遷跨越等問題，無功補償更換可以分段分組進行，對全站的供電連續性沒有影響，該方案是可行的。

3.2.2 運行分析 成套裝置應滿足無功功率、電壓調節、功率因數及諧波治理等的技術要求，并可以達到以下技術指標：

①功率因數補償 35/10kV進線點的實時功率因數值高于0.95（滯后、無過補）。

②諧波要求 在補償容量范圍內，注入系統的諧波電流和10kV母線電壓總諧波畸變率低于國家標準《電能質量、公用電網諧波》GB/T14549-93。允許的諧波電壓畸變如下：■

③輸出容量 成套裝置以10kV側母線無功功率、10kV母線電壓作為控制目標，成套裝置無功調節范圍為±2000kvar。

④響應時間 成套裝置可動態跟蹤電網電壓變化及負載變化，并根據變化情況動態調節無功輸出，實現高功率因數運行。閉環響應時間不大于10ms，控制系統響應時間不大于1ms。

⑤諧波特性 成套裝置輸出諧波電流總畸變率（THD）小于3％，成套裝置可實現13次以下有源濾波功能，達到輸出電壓諧波含量滿足國標要求。

⑥過載能力 成套裝置應具有短時過載能力，過載無功補償容量為成套裝置總容量的15%。

⑦冷卻方式 成套裝置采用強制風冷，先進技術，運行安全可靠，適應現場環境。

4 兩種補償方案的比較

4.1 自動投切無功補償 節能降損、提高輸變電設備的輸送能力，其節能效果明顯、跟蹤補償效果好、免維護、自動化程度高、造價合理等。

4.2 SVG動態補償 SVG動態補償（方案二）：其特點是響應迅速，主要用于電弧爐、軋鋼設備、礦井提升機、電力機車牽引等特殊的沖擊性負荷設備，以維持設備正常運行為目的。設備造價極高，運行可靠性中等，后期維護困難，運行成本高。就節能降損投資回報率而言其效果不如分組補償。

參考文獻：

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作者簡介：王韶華（1969-），男，山西陽泉人，畢業于華北工學院，工程師，多年從事電力生產與管理工作。