配電網無功補償存在的問題及解決方法

胡文慧

(廣州供電局有限公司,廣州 510000)

1 配電網的無功補償

1.1 配電網無功補償裝置

電力電容器是配電網的主要無功電源，目前，并聯電容器是使用最為廣泛的一種補償裝置，無功補償出現了一些新的技術運用，比如，建立在智能控制策略基礎上的晶閘管投切電容器補償裝置、綜合潮流控制器、靜止無功發生器、電力有源濾波器以及晶閘管控制電抗器靜止無功補償裝置等。

1.2 配電網無功補償的方式

配電網無功補償的方式主要有以下幾種：

1.2.1 集中補償方式

大部分具有一定發展規模的企業會在變電站的低壓側母線、總進線以及主饋線上安裝并聯電力電容裝置，主要是進行無功集中補償。

集中補償方式能夠對電壓實施集中調整控制，同時也使供電部門滿足了用戶提出的對功率因數進行規定的要求。單純的集中補償方式，雖然會導致上一級線路中沒有無功電流經過，但是不會對下一級無功電流產生任何影響。

1.2.2 分散補償方式

分散補償方式也稱為分組補償方式，該方式主要是根據每位用戶的各個負荷中心，將補償裝置細分成幾組，并將其安裝在功率因數相對比較低的配電所高壓、村鎮終端變、車間配電室、低壓母線或者變電所分路出線上。分散補償方式的裝置更加接近負荷末端，有助于降低電能損耗。

1.2.3 個別補償方式

個別補償方式也稱為就地補償方式。該方式主要是根據個別用電設備對無功功率的實際需求量，將電容器組和用電設備并聯起來。電容器可以與用電設備共同使用一套斷路器，或者電容器獨立使用一套電容器，利用控制裝置。用電設備以及保護裝置的同時投切，因此，個別補償方式也稱為隨機補償方式。

該補償方式能夠最大幅度地降低符合端電能的損耗，不僅有助于提高線路的功率因數，同時也極大地提高了用電設備的電壓質量；第四，混合補償方式。混合補償方式是個別補償、集中補償與分組補償三種方式中二種以上方式的組合。

1.3 配電網絡無功補償的意義

無功補償是電網建設和發展的重要構成部分，無功補償是保證供電網絡無功平衡的重要保障，有助于提高電壓的質量，降低網絡電能的損耗。采用配電網絡無功補償具有以下意義：首先，節能降耗。

利用補償裝置提供無功功率，將無功功率從原先的cosφ1提高到cosφ2，此時有功功率損耗大約降低：ΔP(%)=[1-（cosφ1/ cosφ2）2]×100，這樣極大地減少了變壓器和線路的電能損耗，有助于提高配電網的經濟性。其次，提高安全性。在進行無功補償時，可以通過以下兩種方式來提高電力系統的安全性：

第一，濾除諧波、控制涌流。濾波電容器和補償回路中串聯的電抗器組成了LC 濾波回路，能夠有效地濾除5 、7 等高次諧波，提高了電網環境質量，促使電力設備能夠安全穩定運行；第二，補償之后，電力系統的電流大約會降低30% 左右，設備承受的實際電流也會減少，這樣有效地避免了因電流過大而引發的電氣事故的發生。最后，促進生產。

如果配電點與電氣設備之間的距離比較遠，且線路過長，引入較大的無功電流則產生較大的壓降，從而導致電氣設備運行困難。采用無功補償之后，阻止了無功電流在電線回路中流動，極大地改善了電壓的質量，增強了輸送有功功率的能力，也解決了電氣設備因電壓過低所引發的運行困難的問題，大大地減少了配電點搬家次數，提高了生產效率。因此，加強對配電網絡無功補償的研究具有非常重要的現實意義，配電網的管理人員需要加強對配電網絡無功補償的重視，加強無功補償管理。

2 傳統的無功補償投切控制器中存在的問題

傳統的容性無功補償設備中的投切控制器在判斷無功補償設備能否進行投切時，主要是根據電氣設備電流的負荷。控制原理是通過低壓側母線上的電流互感器獲取電流信號，或直接通過變壓器的三相數字化電流表獲取電流信號，再通過電流信號比較板驅動可控硅進行投切繼電器操作。

這種操作方式雖然具備可靠性和可操作性，且動作的靈敏度較高，但是經常出現投切過于頻繁的情況，尤其是當變壓器的負荷運行在75%左右時，經常會出現投切控制頻繁閃斷的情形，從而對控制器、電容器產生了極大的破壞、因為這種投切控制器的頻繁使用，提高了控制器和電容器的損壞率。目前采用的是兩種最新技術，對自動投切系統、電容器進行了升級，保證了無功補償系統的安全高效運行。

3 電容器監測系統

由于電容器的結構相對比較簡單，所以在觀測變壓器低壓負荷采集系統采集的數據時，也對電容器的三個項目數據進行了采集，即超聲噪音、溫度和電容值。在采集超聲噪音時，主要是采用壓阻式超聲探頭與聲音分離卡，可以將電容器發出的20～75kHz 的聲音信號分離出來。

因為在這個波段下，基本是聽不到任何因周圍變壓器鐵芯、開關母線的電應力作用而產生的噪音和振動，而電容器內部的擊穿、漏電以及電弧等古戰產生的聲音相對比較清晰。SCM系統會通過獲取到的聲音信號，詳細地記錄電容器內部發出的聲音、音量以及發生頻率。

可以使用GSM/GPRS 通訊系統將這些信息及時發送到調度中心。調度中心再根據這些數據判斷電容器的故障程度，最后再決定是否需要維修或者更換電容器。溫度信號采集相對比較容易理解，系統也相對比較簡單。SCM 系統可以直接讀取數字化溫度表上顯示的度數，利用GSM/GPRS 通訊系統及時發送到調度中心。

如果此時電容器溫度突然升高，則說明電容器出現了故障，應該及時采取有效措施進行處理。通過電容值信號能夠反映出電容器的性能，如果電容器的電容值出現了變化，則說明電容器已經損壞。

這一信號主要是通過電容器綜合保護系統中的SCM系統進行信號采集、匯總之后，再利用GSM/GPRS 通訊模塊將這些數據發送到調度中心。使用電容器監測系統，能夠保證調度中心隨時可以查看任何一臺電容器的運行狀況與故障狀況，可以及時發現故障，制定有效的措施解決問題。

4 SCM 智能化投切控制器

SCM 智能化投切系統主要是采用無功負荷與電壓的雙重標準，充分發揮了SCM的計算功能，對容性的無功功率補償設備進行投切操作。因為無功功率增加情況是，電力系統增加的是電壓，不是電流。

換言之，不能通過電流的增加判定電力系統無功功率增加，如果簡單地通過電流的變化判斷無功功率補償設備是否進行投切，是非常武斷的行為，也無法得到最佳狀態。同時，民用電的無功功率變化非常復雜，還經常會出現各相間負荷不均以及無功功率不均的問題。

在判斷電壓時，將U作為額定功率，設置了1.17U，1.15U，0.95U，0.85U四檔，以400V無功補償為例進行分析，設置的四個界限分別是428V，420V，380V和340V，如果電壓達到了428V 以上或340V以下時，智能化系統會發出斷路器跳閘的信號，從而對末端設備進行過壓保護。

在智能化投切模式的作用下，可以優化投切容量，比如，在400kVA的變壓器低壓側安裝3 組3伊10kVar 的補償，此時智能投切控制器可以選擇投入1組、2組或者3組。這種智能化投切模式下，能夠準確判斷投切區間，進行精細化的投切。

5 配電網無功補償建設應注意的問題

5.1 供電無功管理要無縫覆蓋

目前供電部門采取“按功率因數增收或減收電費”的管理方式，對無功管理采用簡單的懲罰措施，從而導致電費收取管理工作管理不到位。因此供電部門應該加強對電費收取工作的管理，勇于承擔節能環保的社會職責，對電力大宗用戶，尤其是具有無功管理潛力的用戶，應該指導和督促用戶采取有效措施，提高功率因數。

供電管理部門其帶頭作用，將用電節能管理人員、設計人員、運行人員以及調度部門的負荷分析人員組成專家團，采用 “專家會診”的方式。走進基層，全面了解配電設備運行狀況、現場布置、大型用電設備的型號以及生產運行方式，了解接線方式和饋線路徑，及時掌握第一手資料。根據具體問題，制定針對性措施，有效解決用戶無功補償工作中存在的問題。

5.2 配電無功管理要主動承接

配電網的領導需要加強對配電無功管理工作的重視，條件較好的單位可以配置專職負荷管理人員，這樣有助于優化無功管理工作。仔細分析和計算無功負荷，合理調整補償裝置的配置以及補償運行方式；分析和總結上個月的無功負荷運行狀況，制定切實可行的措施；對下個月的無功負荷進行分析和預測，提前制定防范措施。

對于規模較小的配電用戶可以配置兼職負荷管理人員，并實施技術培訓。另外，可以將無功考核量化到負荷管理人員的職責中，這樣有助于督促管理人員提高工作質量和工作效率，從而提高無功管理水平。

6 結語

綜上所述，無功補償有助于提高配電網的電壓水平，有效地提高電能質量，極大地增強了配電網的穩定性和安全性，提高了電力設備了功率輸出，也提高了生產水平。同時，對配電網系統進行合理的無功補償，能夠提高功率因數，保證無功功率的平衡，也最大幅度地降低了配電網的電能損耗，所以，補償功率是節能降耗的一種有效途徑，因此，需要加強對無功補償的研究和重視。

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