變電所高壓自動無功補償技術(shù)的應(yīng)用分析

馬廷棟

（國網(wǎng)寧夏中衛(wèi)供電公司，中衛(wèi) 755000）

變電所高壓自動無功補償技術(shù)的應(yīng)用分析

馬廷棟

（國網(wǎng)寧夏中衛(wèi)供電公司，中衛(wèi) 755000）

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對電力需求日益旺盛，促使我國電力行業(yè)快速發(fā)展，電力系統(tǒng)也逐漸完善。當(dāng)前，電壓質(zhì)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(tǒng)正常運行的重要因素。高壓自動無功補償技術(shù)的使用對提高電網(wǎng)無功分配合理性、電壓水平的穩(wěn)定性和提高電網(wǎng)供電的質(zhì)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(shù)的優(yōu)勢，論述了高壓自動無功補償?shù)闹饕夹g(shù)及其運用分析，并就變電所高壓自動無功補償技術(shù)的優(yōu)化進(jìn)行闡述。

變電所 高壓自動無功補償 應(yīng)用

1 高壓自動無功補償技術(shù)在變電所使用的優(yōu)勢

1.1 具有節(jié)約電能的作用

在電力系統(tǒng)中，功率數(shù)值能反映出電力的使用效益，數(shù)值越高，則使用效率越高，反之則越低。功率數(shù)值每提高0.1，則線損率可降低18%～20%左右，網(wǎng)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(wǎng)損率下降45%，其節(jié)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(xiàn)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(fù)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(nèi)各項設(shè)備的運行溫度，進(jìn)而緩解和避免因溫度過高而導(dǎo)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(jìn)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(jīng)濟(jì)效益

高壓自動無功補償在變電所的應(yīng)用，能降低有功損耗，表現(xiàn)出積極的經(jīng)濟(jì)效益。

公式（1）和公式（2）分別是高壓電網(wǎng)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(jīng)濟(jì)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(nèi)，無功功率達(dá)到和通過高壓線路并在電阻的作用下，所產(chǎn)生的有功損失；而QC除以Q則表達(dá)的是高壓電網(wǎng)無功功率的變化值，是衡量無功補償能力的重要指標(biāo)。事實上，在電網(wǎng)中，要最大限度提高無功補償?shù)慕?jīng)濟(jì)效益，就必須要采用科學(xué)的方法，在充分分析高壓電網(wǎng)實際運行狀況的基礎(chǔ)上，運用計算公式，計算出其無功補償?shù)碾娙葜担源_保電網(wǎng)的運行穩(wěn)定。

2 高壓自動無功補償技術(shù)分析

目前，高壓自動無功補償技術(shù)主要有靜態(tài)無功發(fā)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(tài)無功發(fā)生器也被稱為Staitc Var Genera tor，簡稱SVG。靜態(tài)無功發(fā)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(wǎng)中，實現(xiàn)對變流器交流側(cè)輸出電壓相位的調(diào)整，確保其與電源相位一致，再對變流器交流側(cè)所輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，即可實現(xiàn)對無功電流的吸收和發(fā)出。圖1為靜態(tài)無功功率發(fā)生裝置示意圖。

圖1 靜態(tài)無功功率發(fā)生裝置示意圖

該技術(shù)能具有反應(yīng)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(xiàn)雙向連續(xù)的無功功率輸出。但該技術(shù)也存在一些弊端，比如，投資費用較高，且設(shè)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(xiàn)對分組投切電容器的控制，進(jìn)而實現(xiàn)高壓自動無功補償。其優(yōu)勢在于裝置簡便小巧，且資金投入小，能較好滿足負(fù)荷平穩(wěn)、波動小的變電站的高壓自動無功補償需求。但同時，該技術(shù)也存在一定的缺點：首先，如果變電站的負(fù)荷不穩(wěn)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(xù)補償?shù)男枨蟆Ｔ诜纸M投切的過程中，無功補償?shù)木认鄬^差，無法滿足連續(xù)補償?shù)男枨蟆Ｔ俅危瑫ζ渌O(shè)備的正常運行造成影響。在該技術(shù)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(tǒng)中的電能質(zhì)量造成影響，進(jìn)而對電力系統(tǒng)其他設(shè)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(dāng)系統(tǒng)電壓處于較低位置時，系統(tǒng)對無功補償?shù)男枨笠草^大，但在該系統(tǒng)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(tǒng)的穩(wěn)定性造成影響。

表1 高壓自動無功補償技術(shù)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(shù)的原理在于，利用了可控硅技術(shù)，實現(xiàn)了對元件開關(guān)的分組投切電容器，進(jìn)而實現(xiàn)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(yīng)速度快的優(yōu)勢，它能實現(xiàn)對電壓負(fù)荷狀態(tài)進(jìn)行快速跟蹤，實現(xiàn)動態(tài)化投切。其次，可控硅控制電容器組自身不會產(chǎn)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(chǎn)生。可控硅控制電容器組采用了先進(jìn)的零投切技術(shù)，能避免電容器在投切的瞬間產(chǎn)生沖擊涌流。但與其他技術(shù)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?shù)娜萘看嬖诓町悾瑢?dǎo)致其無法實現(xiàn)連續(xù)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(xiàn)出體積大，且資金投入多的不足。

筆者對靜態(tài)無功發(fā)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(shù)的原理、工作方式、優(yōu)劣勢等進(jìn)行了比較。通過對表1的分析，我們可以發(fā)現(xiàn)，接觸器控制電容器組在資金投入方面具有較為明顯的優(yōu)勢，而靜態(tài)無功發(fā)生器則在響應(yīng)速度方面有超強的表現(xiàn)，且能夠?qū)崿F(xiàn)雙向連續(xù)的輸出，自身也不會產(chǎn)生諧波，這些優(yōu)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(shù)應(yīng)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(diào)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(shè)備，實現(xiàn)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(cè)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(cè)設(shè)置電容器組，進(jìn)而達(dá)到降低整個系統(tǒng)無功功率的目的。高壓自動無功補償?shù)男问叫枰宰冸娬镜膶嶋H情況為依據(jù)，以確保無功補償?shù)男Ч罴选＞唧w選擇哪種技術(shù)，也應(yīng)在綜合分析利弊的基礎(chǔ)上，結(jié)合實際情況進(jìn)行選擇。

3.2 設(shè)置固定濾波器以及可調(diào)節(jié)晶閘管電抗組合設(shè)備

固定濾波器等裝置能夠使變電所負(fù)序電流處于相對平衡的狀態(tài)，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(shù)。該裝置的反應(yīng)快速，能滿足變電所不同的需求，提高了高壓無功補償?shù)闹悄苄浴?/p>

3.3 裝置固定濾波器和可控電抗器組合設(shè)備

固定濾波器和可控電抗器組合設(shè)備可安裝于變電所高壓側(cè)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(xiàn)對變電所線路回路中電流的調(diào)節(jié)，進(jìn)而改變系統(tǒng)回路中的電流，促使系統(tǒng)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(tǒng)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(chǎn)生出與諧波電流和負(fù)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(dá)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(zhǔn)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?shù)难a償方案能夠因?qū)嶋H情況而異，其投資效益和使用的性價比相對較高。

4 結(jié)語

總而言之，變電所高壓自動無功補償技術(shù)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(qū)別。在變電所供電系統(tǒng)中運用無功補償技術(shù)，一方面是為提高供電系統(tǒng)的穩(wěn)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(shù)作為一項正在發(fā)展中的技術(shù)，在未來的發(fā)展中，其發(fā)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(shù)的應(yīng)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(shù)在10kV線路上的應(yīng)用[J].四川電力技術(shù)，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(shù)應(yīng)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.

substation, high voltage automatic reactive power compensation, application