配電系統無功補償技術分析

鄭則勇

摘 要：隨著電源負荷的增加及電弧爐和電焊機等設備的廣泛應用在很大程度上增加了高次諧波對電網系統的污染。本文介紹了電力系統中配電系統運行中的諧波污染，探討無功補償技術幾種方法在配電系統中的應用。

關鍵詞：配電系統；無功補償；諧波；電容 ；晶閘管

前言

隨著用電需求的增加，電力系統也越來越復雜，在此基礎上無功補償技術不僅能減小諧波污染對電網系統產生影響，且能改良各地區的無功分布，在一定程度上減少電力系統運行中產生的損耗，對未來電力系統的建設發展具有重大意義。

一、配電系統中的問題

1、諧波污染

配電系統運行中產生的諧波污染會使電網內繼電保護裝置誤動或者拒動，主要原因是由于諧波電流影響電路電壓，使電路電流發生畸變，進而對電器電路中的保護裝置造成干擾，在很大程度上降低電網的安全性。造成諧波污染的因素主要有以下幾點：

①諧波污染使電氣設備的電機出現震動和噪聲，造成低功率因數運行電壓下降。

②諧波電流的增大導致設備變壓器電機溫度升高，加速零件老化速度縮短設備使用壽命，增大線路電圧損失和電能損耗。

2、無功倒送

無功倒送是指補償的無功功率大于需要的無功功率，多余的無功功率被送上電網。常見的問題點有以下兩種：

①單位功率因數不達標時，安裝補償電容就有可能出現無功倒送，其不僅可能造成線路損耗和變壓器損壞，而且會增加線路的負擔。

②在負荷處于低谷的電路中使用固定電容器補償方式引起無功倒送的現象。

二、無功補償技術概念

在電力網運行過程中，存在有功功率和無功功率，如何增大功率因數，不只是提高有功功率就可實現，而是應在總功率達到一定時盡可能減小無功功率，只有提高功率因數，才能充分發揮供電設備生產能力，減少線路損失，改善電壓質量。

三、無功補償法的技術方法

1、電容器補償無功功率的作用及方法

電力電容器作為補償裝置通常有兩種方法：串聯補償和并聯補償。串聯補償是指在被補償設備電路中直接串聯一個電容器，此方法常應用在高壓遠距離輸電線路上；并聯補償是在被補償設備電路中直接并聯一個電容器，又根據并聯位置不同分三種方式：

（1）集中補償

集中補償是在高低壓配電線路中安裝并聯電容器組，主要運用在企業或地方降壓變電所的6～10kV母線上，既可減少高壓線路無功損耗，又能提高供電質量和變電站的功率因數。

（2）分組補償

分組補償是在配電變壓器和用戶配電屏間安裝一個并聯補償電容器，主要用在功率因數較小的車間和鄉鎮終端配電所，這是運用較為普遍的一種補償方法。

（3）就地補償

就地補償主要是在獨立小型發電機與用電設備之間，又稱單獨補償，主要設用于中小型設備。

2、10KV配電無功補償的技術方法

（1）自飽和型電抗器無功補償法

自飽和型電抗器無功補償的電路結構由一個多項諧波補償電抗器和一個可切電容器并聯組成，此補償法原理是改變電抗器中通過鐵芯工作點的磁通量來達到補償目的。

電路中的電容器可改善超前功率偏置情況，電感器憑借自身穩定性控制無功功率補償幅度，故自飽和型電抗器無功補償法在控制電流的超前偏置、控制電壓的大幅偏移，改善電壓閃變等領域具有重要價值。

（2）晶閘管控制電抗器無功補償法

晶閘管控制電抗器無功補償法的電路主要由兩個并聯相反可控晶閘管和一個電感及若干電容器組成。此補償法的工作原理是改變整個電路的等效電抗，讓電感中通過的電流能夠與需要補償的無功補償容量相匹配，如需改變等效電感則需要改變可控晶閘管的觸發角度或是電容器的等效電容值。此種補償法的優勢及缺點如下：

①缺點：因為此種無償補償法對超高壓系統提高無功補償的技術還不夠成熟，無法直接為超高壓系統提供合適的無功補償，且反向并聯的可控晶閘管運行不易維護，故此補償方法只能用于低壓配電網絡的無功補償。

②優勢：在電路中擁有一個電感和電容組成的振蕩回路，可吸收部分諧波分量，減弱諧波污染對電力設備的損耗；此補償法可根據實際應用情況對電路分享調節，能為系統提供感性和容性無功功率。

（3）晶閘管投切電容器無功補償法

晶閘管投切電容器無功補償法的電路由兩個反向并聯的可控晶閘管與若干個容器C相串聯所構成，其工作原理是設置可控晶閘管的導通參數，讓可控晶閘管兩端在端電壓過零時刻接入到配電系統中，從而讓與電容C串聯的總回路中形成電流，從而為配電網絡提供無功補償。

此方法的電路電流會有一定波動，需在電容器的支路上串接一些數值較小的電抗器，用于抑制電路突然導通形成的沖擊電流，改善電流的波動情況。

四、無功補償技術的應用

1、變電站無功補償技術

變電站作為一個以不同電壓等級的配電線路向用戶供電的中心，要完善配電管理的監督機制，遵循“分級補償，就地平衡”的無功補償原則，保證電力系統基本達到無功功率平衡。容性無功補償裝置的容量需根據供電單位的實際情況而定。比如：主變壓器容量過大，超過40MVA時，應配置兩組容性無功補償裝置。變壓器的無功損耗由勵磁支路的無功功率損耗和繞組漏抗中的無功功率損耗組成。變壓器所施加的電壓影響勵磁支路的無功功率損耗，繞組漏抗中的無功功率損耗與變壓器的通過功率有比例關系。普遍在高壓樞紐變電站主變壓器低壓側安裝無功補償裝置以達到就地平衡目的，是因為無功功率不易于長距離輸送。

2、配電線路的無功補償

就目前配電線路而言，無功補償達到僅達到需求量的70%，采取的無功補償原則如下：

①以負荷較大的分支線為補償點。

②小分支和個別配電變壓器，按照配電變壓器自身需求確定補償點和補償容量。

③以分支線路所帶配電變壓器的無功損耗確定分組補償容量。

④配電變壓器本身存在的負載無功損耗則由用戶自己進行無功補償，線路的空載無功損耗決定線路的補償容量。

⑤輸電線路的無功補償應在本線兩端等量動態就地平衡。

3、電力用戶的無功補償

個人用戶進行無功補償，主要運用三種方法：集中補償、分組補償、個別補償三種，用戶需要根據實際情況選擇合適的補償方法。

結語

綜上所述，無功補償技術不僅能保障電網系統的安全運行，應用科技創新技術建立線損管理網，科學規劃無功補償方案，合理的選擇無功補償方式，節約電能損耗、提高供電質量，實現社會效益和企業經濟效益，利于電能企業的可持續發展。

參考文獻：

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