變電所高壓自動無功補償技術的應用分析

馬廷棟

（國網寧夏中衛供電公司，中衛 755000）

變電所高壓自動無功補償技術的應用分析

馬廷棟

（國網寧夏中衛供電公司，中衛 755000）

隨著我國社會經濟的發展，對電力需求日益旺盛，促使我國電力行業快速發展，電力系統也逐漸完善。當前，電壓質量差、無功分配不均衡、功率因素低、供電半徑過長等問題是變電所面臨的主要問題，是影響我國電力系統正常運行的重要因素。高壓自動無功補償技術的使用對提高電網無功分配合理性、電壓水平的穩定性和提高電網供電的質量等具有積極意義，能最大限度地降低不必要的電能損失。本文分析了高壓自動無功補償技術的優勢，論述了高壓自動無功補償的主要技術及其運用分析，并就變電所高壓自動無功補償技術的優化進行闡述。

變電所 高壓自動無功補償 應用

1 高壓自動無功補償技術在變電所使用的優勢

1.1 具有節約電能的作用

在電力系統中，功率數值能反映出電力的使用效益，數值越高，則使用效率越高，反之則越低。功率數值每提高0.1，則線損率可降低18%～20%左右，網損率則可以下降30%左右。例如，某變電所目前的功率值為0.75，若將其提高到0.9，則其功率因素提高了0.15，其線損率降低了27%～30%，網損率下降45%，其節電效益清晰可見。

1.2 對提高電氣運行安全具有積極意義

實現對母線的高壓自動無功補償后，能提高功率因素，降低電流負荷，在過濾掉有害高次諧波后，有功電流將保持不變，能有效降低變電站內各項設備的運行溫度，進而緩解和避免因溫度過高而導致絕緣體的老化，在提高其使用壽命的同時，還能增強其抗電壓、電流的能力，進而促使電壓運行安全水平的提高。例如，如前文所述，運用高壓無功補償將功率因素提高至0.9，則可使符合電流下降至33%左右，電氣運行安全也能得到提高。

1.3 具有良好的經濟效益

高壓自動無功補償在變電所的應用，能降低有功損耗，表現出積極的經濟效益。

公式（1）和公式（2）分別是高壓電網供電線路原始的功率損耗和投入無功補償裝置后的功率損耗。通過公式（3）對兩者的對比，則能得出無功補償裝置的經濟效益，如公式（4）所示。具體計算公式如下：

在以上公式中，PQ所表示的是以Q為單位的，由電阻值引起的無功功率高壓線路中的流量；CQ則指的是在特定的單位內，無功功率達到和通過高壓線路并在電阻的作用下，所產生的有功損失；而QC除以Q則表達的是高壓電網無功功率的變化值，是衡量無功補償能力的重要指標。事實上，在電網中，要最大限度提高無功補償的經濟效益，就必須要采用科學的方法，在充分分析高壓電網實際運行狀況的基礎上，運用計算公式，計算出其無功補償的電容值，以確保電網的運行穩定。

2 高壓自動無功補償技術分析

目前，高壓自動無功補償技術主要有靜態無功發生器、可控硅控制電容器組和接觸器控制電容器組等三種。

第一，靜態無功發生器也被稱為Staitc Var Genera tor，簡稱SVG。靜態無功發生器的工作原理在于使用電抗器將電壓型變流器接入電網中，實現對變流器交流側輸出電壓相位的調整，確保其與電源相位一致，再對變流器交流側所輸出電壓進行調節，即可實現對無功電流的吸收和發出。圖1為靜態無功功率發生裝置示意圖。

圖1 靜態無功功率發生裝置示意圖

該技術能具有反應速度快、接觸點電壓對無功率輸出影響小等特點，同時還實現雙向連續的無功功率輸出。但該技術也存在一些弊端，比如，投資費用較高，且設備的體積較大，另外，其補償電流中還存在著少量諧波。

第二，接觸器控制電容器組也被稱為High Voltage Capacitor，簡稱HVC。接觸器控制電容器的工作原理是利用真空接觸器實現對分組投切電容器的控制，進而實現高壓自動無功補償。其優勢在于裝置簡便小巧，且資金投入小，能較好滿足負荷平穩、波動小的變電站的高壓自動無功補償需求。但同時，該技術也存在一定的缺點：首先，如果變電站的負荷不穩定或是波動較大，則接觸器控制電容器組將無法滿足其無工補充的需求。其次，無法滿足連續補償的需求。在分組投切的過程中，無功補償的精度相對較差，無法滿足連續補償的需求。再次，會對其他設備的正常運行造成影響。在該技術中，電容器在電容投入的一瞬間會造成電壓波形的凹陷，對電力系統中的電能質量造成影響，進而對電力系統其他設備的正常運行造成影響。最后，接觸器控制電容器組的電源特性不佳。當系統電壓處于較低位置時，系統對無功補償的需求也較大，但在該系統中，電容器的輸出補償量會隨著電壓的下降急劇下降，對電力系統的穩定性造成影響。

表1 高壓自動無功補償技術比較表

第三，可控硅控制電容器組也被稱為Thyristor Swit ching Capacitor，簡稱TSC。可控硅控制電容器組技術的原理在于，利用了可控硅技術，實現了對元件開關的分組投切電容器，進而實現了無功自動跟蹤補償。圖2為可控硅分組投切電容器示意圖。

首先，可控硅控制電容器組具有反應速度快的優勢，它能實現對電壓負荷狀態進行快速跟蹤，實現動態化投切。其次，可控硅控制電容器組自身不會產生諧波，降低甚至是避免了諧波對電流的影響。最后，避免了沖擊波的產生。可控硅控制電容器組采用了先進的零投切技術，能避免電容器在投切的瞬間產生沖擊涌流。但與其他技術一樣，可控硅控制電容器組也存在一些不可避免的弊端，比如，電容器在分組投切的過程中，其補償的容量存在差異，導致其無法實現連續的輸出。另外，若無功補償精確需求高，則所需的分組就相對較多，表現出體積大，且資金投入多的不足。

筆者對靜態無功發生器、可控硅控制電容器組和接觸器控制電容器組三種技術的原理、工作方式、優劣勢等進行了比較。通過對表1的分析，我們可以發現，接觸器控制電容器組在資金投入方面具有較為明顯的優勢，而靜態無功發生器則在響應速度方面有超強的表現，且能夠實現雙向連續的輸出，自身也不會產生諧波，這些優勢使其性能都勝過了可控硅控制電容器組和接觸器控制電容器。

圖2 可控硅分組投切電容器示意圖

3 高壓自動無功補償技術應用分析

3.1 選擇合適的高壓自動無功補償形式

目前，變電站的高壓自動無功補償形式主要有三種，分別是分組補償、集中補償和就地補償。其中，就地補償強調是在變電站工作中，在無功功率支出裝置高壓自動無功補償設備，實現就地補償，這種方式雖較為便捷，但安裝分散，日常管理難度較大。分組補償指的是在變電站的變壓器側裝置無功補償電容器組。集中補償則指的是在變電站高壓電路側設置電容器組，進而達到降低整個系統無功功率的目的。高壓自動無功補償的形式需要以變電站的實際情況為依據，以確保無功補償的效果最佳。具體選擇哪種技術，也應在綜合分析利弊的基礎上，結合實際情況進行選擇。

3.2 設置固定濾波器以及可調節晶閘管電抗組合設備

固定濾波器等裝置能夠使變電所負序電流處于相對平衡的狀態，使線路中的無功功率和有功功率相對平等，以提高線路的功率因數。該裝置的反應快速，能滿足變電所不同的需求，提高了高壓無功補償的智能性。

3.3 裝置固定濾波器和可控電抗器組合設備

固定濾波器和可控電抗器組合設備可安裝于變電所高壓側線路中，通過對固定濾波器的飽和程度和對可控電抗器的控制，實現對變電所線路回路中電流的調節，進而改變系統回路中的電流，促使系統回路中的無功功率趨于平衡，以最大限度提高變電所供電系統的供電能力。

3.4 裝置有源濾波器

在變電所線路中安裝有源濾波器的作用在于減少變電所線路中的無功電流，其原理在于有源濾波器能夠產生出與諧波電流和負序電流相位相反的電流，在變點多運行過程中，兩股線路電流能夠相互抑制，最終達到減少線路無功電流的目的。在實際運用中，混合式有源濾波器的使用效果較好，具有良好的靈敏度和機動性，能快速且有效地緩解無功補償過程中的過償問題，還能快速準確地檢測出諧振運動，因此，其運用也相對廣泛。該模式下，高壓自動無功補償的補償方案能夠因實際情況而異，其投資效益和使用的性價比相對較高。

4 結語

總而言之，變電所高壓自動無功補償技術多種多樣，其實際運用也往往因變電站實際情況不同而有所區別。在變電所供電系統中運用無功補償技術，一方面是為提高供電系統的穩定性，另一方面也是為了能夠更好地獲取綜合效益。高壓自動無功補償技術作為一項正在發展中的技術，在未來的發展中，其發展的前景必然更加廣闊。

[1]張忠旭.變電所高壓自動無功補償技術的應用[J].有色礦冶，2015，（3）：43-45，48.

[2]周道明，寧世紅，王睦.高壓無功自動跟蹤補償技術在10kV線路上的應用[J].四川電力技術，2008，（1）：48-53.

[3]陳海軍.勝利油田110kV坨八變電站電壓無功自動補償技術應用及分析[J].硅谷，2010，（1）：12-13.

Application Analysis of the High Voltage Automatic Reactive Power Compensation Technology in Substation

MA Tingdong
(Zhongwei Ningxia Power Supply Company, Zhongwei 755000)

Along with the development of social economy in China, the demand of electric power is increas ing rapidly, which makes China's electric power industry develop fast, and power system is gradually perfected. At pres ent, the problems such as poor voltage quality, unbalanced distribution, low power, and long power supply are the m ain problems which affect the norm al operation of electric power system in China. T he use of high voltage autom atic reactive power compensation technology has positive s ignificance to im prove the rationality of reactive power distribution, the stability of the voltage level and improve the quality of power supply. This paper analyzes the advantages of high voltage automatic reactive power compensation technology, discusses the main technology and the application of high voltage automatic reactive power compensation.

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