淺析變電一次設計中無功補償的優化設計

熊鎧

摘 要：變電一次回路是電力系統中的重要設備，變電一次回路中的無功分量對電網中的電能質量帶來了不好的影響。無功補償裝置可以提供容性負荷，感性負荷及容性和感性混合負荷的裝置。無功補償裝置所提供的能量可以消減電網中的無功分量，提高功率因素，減少變電一次設備發熱，減少能量損失，延長一次設備使用壽命。本文通過對一次回路的構成分析以及無功補償裝置的形式以及優化設計原則進行分析。

關鍵詞：一次設計 ;無功補償; 優化設計

一次回路中的無功分量由于電網或負荷的原因而產生了波動，若能對這些隨機出現的無功分量進行實時補償，可保證電壓穩定，減少一次回路中的無功分量同時可以減少無功分量對電網中的設備所帶來的傷害。隨著國家建設的不斷推進，用電設備越來越多，尤其是提供能量轉換的電動機，其運行所產生的無功會源源不斷的饋入電網一次回路中。在一次回路設計過程中，根據相關設計規定，在進行變電一次設計時必須符合國家的法律法規和經濟政策，并依據具體項目的實際情況如：電網波動、諧波大小、自然環境等合理的選擇無功補償裝置的形式及相關參數和控制方式，以保證無功裝置安全可靠經濟運行，并能方便檢修和維護。

1. 變電一次回路簡介

一次回路是指在電力系統中完成輸發電、變配電的主要設備，按照一定的結構形式組合而成的回路。它是電能的主要載體，一次系統上的電能特征主要是電壓高，電流大。常見的一次回路設備主要有完成發電的發電機，完成電壓變換的變壓器，實現電路分斷的熔斷器，高壓斷路器和高壓隔離開關等，完成無功補償的電容投切裝置，靜止型無功功率補償等。實現電氣設備連接的母排，電纜及架空線路等。一次設備相互連接后，可構成單母線形式及雙母線形式，其主要由連接母線結構形式確定。單母線型主要適用于小型發電站及輻射區域小或無重要設備的變電站所。雙母線型也稱為雙匯流排式，其主要特點是由兩根匯流排將設備連接在一起，兩根匯流排之間設立連接開關，供電設備可實現在不影響用戶的情況下進行檢修作業。

變電所是廠網及用戶之間的重要連接樞紐，主要起到匯集和分配電能的作用。變電所按其所實現的功能可分為升壓變電所，降壓變電所及樞紐變電所。按管理形式可分為無人值守及有人值守兩類。按結構形式可分為室內型變電所及室外露天型變電所。按規模或電壓等級可分為500KV，330KV，220KV，110KV，及35KV幾類。升壓變壓器主要修建地點為發電廠內或者是發電廠附近，將發電廠發出的電升高電壓后供入輸電網絡中完成電能高壓輸送以減少電能損耗。降壓變電所主要修建在區域電力負荷中心位置，將電網輸送過來的高壓電降低電壓等級后，供用戶使用。樞紐型變電所主要是多個大電源以及聯絡線路的交匯點。一些重要的或者是需要經常進行操作的變電站所一般都會采取有人值守的形式，值守人員可同時完成變電站所的點巡檢及操作，維護等工作，其他站所大都采用遠程監控，或者是由其他站所完成臨時巡檢操作任務。高壓變電所多數都采用室外布置的形式，在部分人員密集的市區及工廠內或者是環境惡劣地方或者電壓等級在110及以下的變電站所一般會布置在室內。

2. 無功補償裝置

變電一次回路中的無功設備按照變電一次回路的電壓等級安裝地點及負荷變變化情況而選則不同的形式。動態無功補償裝置主要有：調壓式，磁控式，相控式及SVG智能型無功發生器四種。

電容器組前加裝電壓調節器來改變電容器端部的輸出電壓就是調壓式動態補償裝置的原理。改變電容器端電壓可調節無功輸出，進而改變無功輸出容量達到調節系統功率因素的目的。這種類型的裝置多數采用分檔輸出的模式，分接頭多為機械式，在實際的應用過程中存在過補償、欠補償及分接頭響應慢等問題。電容器在調壓過程中處于充放電的狀態，對其壽命產生不好的影響。

電容器組并聯磁控電抗器，磁控電抗器改變鐵芯磁導率，使電抗值連續可調，利用電抗器的電抗值和電容器的電容值相互抵消的方式來實現無功功率的柔性補償。

電容器組并聯一套相控式電抗器，通過SCR來控制流過電抗器的電流從而使電抗器輸出不同的無功容量，和電容器組輸出的無功值為固定值，通過固定的容性無功值和變化的感性無功的組合達到無功實時可調的目的。SCR管容易被擊穿，維護困難，特殊型號還需要水冷卻是相控式無功補償裝置的缺點。

SVG并聯于電網中，相當于給電網并聯了一個可以跟隨負荷無功電流變化而不斷變化的無功電源。可自動補償系統所需的感性或者容性無功功率。占地面積小可布置于室內，節能效果好。

變電站補償是無功補償的重要方式。在變電站進行無功補償可平衡電網的無功功率，改善電網的功率因素，減少系統終端變電站母線電壓的損失，補償主邊及輸電網上的無功。跟蹤補償是將無功補償裝置安裝在變壓器低壓側，自動投切裝置根據用戶側電網內的無功分量，自動將無功補償裝置分級投切以實現跟蹤補償的效果。

3 無功補償裝置的設計原則

無功補償原則上應按就地，分區，區分電壓等級，使系統樞紐點位的電壓在故障后均能穩定在規定的范圍內。變電站內的無功裝置的容量和形式，應根據電力系統的相應現狀和遠期規劃，充分調研調相，調壓以及對電能質量的要求來選取。無功補償裝置可按照無功負荷變化的情況以及電網結構的演變情況來進行分期裝設。

并聯電容器組和并聯電抗器組的補償容量應低于主變壓器容量的30%，分組投切時應充分考慮高次諧波諧振以及抑制有害諧波。分組投切時對變壓器中壓側的母線電壓擾動值應控制在2.5%以內。在選擇分組投切的并聯電容器組的串聯電抗率時，應充分考慮電容器組的合閘涌流，充分驗算諧波放大對系統的影響以及是否在電容器組承受的范圍內。如果進入母線的諧波分量沒有實測值時，按照SD126中規定的相關值進行計算。

無功補償裝置的額定電壓應與所接入的網站電壓相匹配。其接線方式應根據補償性質，設備性質以及無功補償裝置的分組情況確定。無功補償裝置宜采用單母線接線，為保證載波通訊的質量，阻播器母線側適宜安裝無功補償裝置。

當母線短路電流超過低壓并聯電抗器回路的斷路器允許值時，可在斷路器前方加裝起限制電流作用的電抗器，或將斷路器安裝于電抗器中性點側。

串聯電抗器最好選用空心干式電抗器，其安裝位置是安在電容器的中性點處還是安裝在電源側，應根據電容器的接線方式，電抗器的動熱穩定電流以及母線的短路容量來確定。高壓并聯電抗器在兩個回路共用一個電抗器時應加裝斷路器，在靠近電抗器的位置裝設線路型的避雷器來保護高壓電抗器。無功補償裝置中的電器及導體長期運行的電流按照大于最終電抗器運行電流1.1倍選取。

4總結

本文通過分析一次回路的構成，無功補償裝置的類型，講述了變電一次回路中無功補償裝置的優化設計原則。無功補償裝置的選型原則應依據項目所在地的實際情況以及中遠期規劃來選擇補償裝置的形式，以及補償方式。在設計無功補償裝置時應根據電能質量要求指標合理確定斷路器的安裝位置，接線方式以及電抗器的防雷保護形式等。

參考文獻：

[1]劉鑫，楊延勇，單金博.變電站無功補償設計優化方法研究[J].電力勘測設計，2019（08）：49-51+69.