變電站無功補償的作用及無功優化初探

郝麗

摘要：隨著我國社會經濟的快速發展，電力行業逐漸完善，為社會工業生產用電和人們生活用電提供了強有力的保障。但是在變電站實際工作中，由于較多不利因素的影響，使得系統功率因素下降，引起大量電壓及功率損耗，對電力系統運行的穩定性、安全性以及經濟性帶來了較大的阻礙作用。為了更好的解決上述問題，筆者結合自身多年工作經驗，就變電站無功補償的作用及其無功優化進行了研究分析，從而確保電力系統運行的穩定性，使其在國家和社會安全用電中發揮出最大的價值。

關鍵詞：變電站無功補償無功優化

0 引言

近年來，我國科學技術飛速發展，人民生活水平不斷提升，對電力的需求量越來越高，打破了電力消耗與供給之間的平衡，加劇了電力企業與用戶之間的矛盾，使得電力緊缺的程度越來越高。在這樣的背景下，國家結合各地電力部門制定相關方案與措施，以解決電力緊缺給我國經濟發展和人民生活帶來的不利影響。根據目前我國電力使用情況分析，降低輸電線線路電能損耗量，提高電網運行的功率因素，是改善我國電力緊缺的關鍵措施。在電力系統中，無功補償可以調整三相不平衡電流，在相與相以及相與零線之間引入不同容量的電容器，可以將各相功率因素補償接近至1，實現各相有功功率達到平衡，從而提高供電質量，確保電力系統安全有序運行。

1 電力系統元件無功補償分析

在我國電力系統中，無功優化的最終目的是實現無功就地動態平衡，這種平衡狀態是指哪里有無功負荷就在哪里進行補償，有多少補償多少，什么時候用就什么時候補償，實現無功補償不受時間、數量的干擾。在任何一種電力系統中，主要元件有4項，即發電廠、變電站、輸電線路以及用電用戶。其中發電廠、變電站以及用電用戶都可以實現無功動態平衡，使它們與電網的無功交換在任何時刻都可以實現0。但是輸電選路無功就難以做到無功就地動態平衡。據相關數據統計分析，輸電線路充電無功與線路消耗無功過剩部分需要在本線兩端等量動態就地平衡，這樣發電廠與變電站的無功交換實時值就難以達到0。在變電站或者發電廠中，只有做好無功就地動態平衡才能實現全網優化運行，從而提高電力系統運行的安全性與穩定性，促進供電質量的提升。

2 變電站無功補償的作用分析

2.1 無功補償設備

目前，在我國電力系統運行過程中，無功功率大多數都是由發電機和輸電線路等無功功率電源產生。但是由于兩者產生的無功功率已經無法滿足電網無功功率的需求，電力企業勢必會添加相應的無功補償設備。

2.1.1 無功功率電源

在發電機允許范圍內，若想發電機所增加的有功損耗減小，可以使其多發無功，并且增加其勵磁電流。由于發電機的特殊性，在電網運行中，將其作為不需要投資的無功電源。但是變電站和電廠距離往往與電廠無功電源的利用率有直接聯系，這主要是因為受到網損以及電壓水平的限制。為了更好地利用電廠無功電源，就需要保證充足的無功備用容量。由于大多數網絡元件和負載消耗的無功功率需要從網絡中獲得，這就使得這些無功功率全部由發電機進行長距離提供，不管是理論還是實踐顯然是不合理的，也是不可能的。因此為了使其運行時獲得足夠的無功功率，需要在消耗無功功率的地方產生無功功率，實現無功補償。

2.1.2 無功補償設備

我國變電站現行的無功補償設備往往有串聯電容器補償、并聯電容器補償、靜止補償器等。在電壓滯后電流時，輸出為容性，電壓超前電流時，輸出為感性。為了確保電網電壓質量的最佳效果，往往通過電容器對補償負荷側無功功率實現，并以此提高系統的功率因數，實現最佳的補償效果，提高電力系統運行的穩定性和安全性。電網多余線路充電功率的吸收，可以大大改善電網運行電壓以及發電機運行深度，要促進該過程的實現就需要增加電抗器，同時提高電力系統運行的性能。

2.2 無功補償的作用

以220kV變電站無功補償為例進行其作用分析。

①不只是調控110kV電壓。在10kV無功補償容量投切下，110kV電壓變化量等于電壓器電抗與無功變化量的乘積除以變壓器的變化，因此可以得出110kV電壓，是隨著變壓器變比的變化而變化的。

②不只是調控220kV電壓。由于220kV系統阻抗較小，使得一個變電站無功補償容量無法對母線電壓進行控制，其調節的最大能力等于無功補償容量與阻抗的乘積。因此母線電壓主要是依靠于整個電網的調控，而電壓水平依賴于電網中所有變電站以及發電站控制。

③調控220/110kV電壓。在電力系統運行過程中，相鄰兩級110/220kV之間，可以在220kV變電站的110kV母線上設置滿足110kV標準電壓，確保110kV電網能安全穩定運行，實現110kV電網的無功優化運行。上級220kV電網調度需要變壓器高壓側無功值必須滿足無功優化值的需要，實現自控中將自動閉鎖OLTC。

通過對220kV變壓器無功補償的上述分析，可以得出其作用如下：

①改善功率因素。為了最大程度避免遠距離傳輸無功引起的功率與電壓消耗，同時防止發電機降低功率因素運行，需要采取相關的無功補償措施，在電能入戶時對低功率因數進行限制。

②改善電壓調節。由于負載對無功需求的變化，可能會對供電點電壓造成不同程度的影響。如果從發電廠或者變電站對這些影響進行調節，可能會出現較大問題，因此需要進行無功補償，通過無功補償設備，可以盡可能使供電電壓維持在規定范圍內，從而起到改善電壓的調節作用。

③調節負載的平衡性。在電力系統運行過程中，如果出現三相不對稱的情況，可能造成負序、零序分量，從而使整流器波紋系數增加，產生不必要的附加損耗，引起變壓器飽和，降低了系統運行的平衡性。采取相關的補償措施，可以使不平衡的負載變為平衡負載，提高電力系統運行的可靠性與安全性。

3 無功優化運行

無功優化主要包括兩個方面，一是無功補償設備的優化規劃，另外一方面是電壓無功優化控制。無功補償裝置優化主要分為高壓配電網和中低壓配電網。

3.1 對于高壓網無功優化來講，需要遵循“分層分區、就地平衡”的無功補償原則，結合電網實際負荷水平或者負荷預測數據，通過對設備投資和調壓效果分析，對220kV和110kV變電站并聯電容器和并聯電抗器的安裝地點、安裝容量以及分組方式進行規劃，更好的解決傳統高壓配網無功補償帶來的不合理問題，提高了電壓合格率，降低了電網損害，使電網的穩定性得到了明顯的改善。

3.2 在中低壓網無功優化中，應該對各種典型負荷水平下補償的需求進行綜合考慮，制定出適合低壓配網無功補償配置的規劃方案，以實現電網有功損耗和電容器安裝購置費用之和最小。無功補償配置主要包括無功補償設備配置的位置、容量以及分組方式，同時對配置前后電網損耗情況、工程預算以及預期收益進行深入分析，從而改善中低壓配電網無功補償配置計算量大、配置管理不足等缺點，有效的解決了中低壓配電網電容器的補償容量、地點以及分組等問題。

根據上文對變電站無功補償設備以及其作用進行分析，除了可以使發電廠、變電站以及用戶實現無功就地平衡外，輸電線路也做到了本線路兩端等量補償，在電網中實現了無功分層平衡。在電力系統相鄰兩級電網中，對無功電壓進行統一協調運行，可以最大程度實現電網無功優化，為提高功率因素、降低輸電線路損耗，提升電網供電質量有著重要的意義。

4 結束語

電網供電質量不僅對電力系統運行的安全穩定性有著重要的影響，對我國經濟健康、快速發展具有深遠的意義。對電網無功補償及其作用進行分析，深入開展無功優化規劃工作，能有效實現無功設備科學調控和無功功率就地平衡，對降低電網損耗、維持電壓質量合格具有不可或缺的作用。

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