變電設計中的無功補償作用及其研究與分析

李平

摘? 要：社會發展速度不斷加快，中國的經濟呈現出突飛猛進的發展勢態，電力資源的需求量越來越多，電力行業迎來了新的發展機遇。電力系統運行的過程中，包括電壓的變換以及電流的變換都是在變電站實現的，變電站還發揮電能配置的功能，可見其對電力系統的安全穩定運行至關重要。在變電設計中，發揮無功補償的作用，可以提高供電質量，提高電力系統的運行可靠性。本論文著重于研究變電設計中的無功補償作用。

關鍵詞：變電設計;無功補償;作用

一、無功補償所發揮的重要作用

電網輸出的功率中直接消耗電能的是有功功率，就是轉化電能為其他的能源，諸如較為常見的是熱能、機械能，還會轉化為化學能以及聲能等等，這些能可以做功，發揮其應有的價值[1]。 無功功率基本不消耗電能，主要是電感、電容等儲能元件從電網中吸收一部分能量用以建立、維持電場和磁場，這部分能量在儲能元件與電網中來回交換，周期性的將能量進行存儲和釋放，每周期的平均功率為零。電能在交換過程一直存在于電網并未被消耗不計鐵芯和介質的損耗，因此這部分用來建立和維持電磁場的功率稱為無功功率。

無功功率并不是無用功率，凡有電磁線圈的電器設備，如電動機、含變壓器的電源等，這些電器設備若要正常運行，需要無功電能先在線圈中產生磁場，電機的轉子才能轉動，變壓器才能正常輸出電壓。沒有無功功率，上述電器設備則不能工作。通常從發電機和高壓線路供給的無功功率，滿足不了負荷的需求，需要在電網中要設置一些無功補償裝置來補充無功功率。同一個線路上安裝裝置，如果分別是容性功率負荷裝置和感性功率負荷裝置，采用并聯的方式，就要發揮無功補償的能量轉換作用，無功功率輸出，也會進行相互之間的能量補償[2]。變電設計中通過安裝無功補償裝置，變壓器運行中所輸出的無功功率就會轉變為交流電輸出。在工業生產中應用無功功率，雖然不需要能量，但是在傳輸無功功率的時候會有大量損耗，在這種情況下如果電力系統將功率向用戶傳輸，就會影響企業的經濟效益，對企業的發展非常不利，此時就要采用分級補償的方式，達到就地平衡的效果，避免產生大量的無功補償損耗，提高用戶的供電質量。

二、變電設計中的無功補償技術

（一）調相機對無功補償技術的應用

調相機在無功補償技術的應用中，可以向電網提供可連續調節的感性或容性無功，維持電網電壓。調相機是一種特殊運行狀態下的同步電機，雖運行于電動機狀態，但不帶機械負載，其功率因素為0，只向電力系統提供或吸收無功功率。當其處于過勵磁狀態時，調相機輸出感性無功功率補償于電網;當處于欠勵磁狀態時，調相機從電網吸收感性無功功率。變電設計中，調相機作為一種最早采用的無功補償設備，具有跟蹤速度快、補償范圍廣、故障率低、單機容量大等優點。但是，調相機也存在不能適應三相不平衡運行、增加系統短路電流、運行維護復雜、有功功率損耗大、噪聲大等缺點。目前調相機已很少使用。

（二）電容器對無功補償技術的應用

電容器在系統中并聯，容性負載有所提高，之后系統吸收容性功率和輸出容性功率，使得無功功率滿足線路的需求以及感性負荷的需求，由此獲得良好的無功補償效果。在考慮電容器裝置進行無功補償時，無論是裝置的購進、安裝和運行，資金的投入都是一次性的，成本比較低。在變電設計中，無功補償裝置一般優先考慮并聯電容器組，且一般裝設于變壓器的低壓側，當條件允許時，裝設于變壓器的主要負荷側。補償容量不宜超過主變壓器容量的30%，當投切一組電容器時，所引起接入母線電壓的變動值應不超過母線額定電壓的2.5%。由于并聯電容補償裝置投入電網后，可能會發生電網諧波放大現象。對此需引起重視，目前較常用的應對措施是在電容器支路中串聯電抗器，從而減小系統諧波電壓。

（三）電抗器對無功補償技術的應用

變電設計中，電抗器是重要的裝置，電力系統運行的過程中工會產生多余的容性無功功率，要對其予以平衡，就需要將感性無功功率增加。當電力系統處于運行狀態的時候，如果輸電線路運行中出現降低感性無功功率的問題，是因為導線中的電容性所發揮的作用是：讓輸電線路運行中所產生的容性充電功率比感性無功功率高，為了確保系統電壓保持平衡，系統就要處于無功平衡狀態，才可以保證系統的安全穩定運行。通常選擇并聯電抗器安裝于母線進行無功補償，當使用于10～110kV母線時，并聯電抗器的主要技術性能與并聯電容器相似，但應注意并聯電抗器總損耗值不宜大于其額定容量的0.5%。

（四）無功補償器對無功補償技術的應用

無功補償器一般稱作靜止無功補償裝置，主要用于輸電系統的波阻補償，也可以用于負載無功補償。無功補償器有不同的種類，包括晶閘管控制電抗器和固定電容器、晶閘管投切電抗器以及晶閘管投切電容器，每種補償器都有其優勢，也存在不足。比如，晶閘管投切電抗器發揮無功補償的作用，是通過對晶閘管觸發角進行控制，改變原有的接入系統等效電路，調節無功功率輸出。無功補償器處于運行狀態的時候，晶閘管如果經過觸發之后被導通，此時并聯電抗器投入電網進行感性無功功率補償，但新并網的電抗器不僅受電力系統的諧波影響，電抗器自身也會產生大量的諧波，需要配套采用濾波器組進行濾波。變電設計中無功補償器適用于660V以下的低壓配電端和6～66kV中高壓輸電網絡。

（五）靜止無功發生器對無功補償技術的應用

靜止無功發生器是現代科技發展環境中應運而生的，又被稱為“靜止同步補償器”，這種裝置所使用的是自換相變流技術。靜止無功發生器作為第三代無功補償裝置，其所應用的器件是全控制的，能夠有效地控制交流電壓相位、幅值以及電流，實現動態無功補償。靜止無功發生器通過改變輸出電壓幅值和相位來控制與其連接的電抗器的電流，即控制該電流的相位超前電網電壓相位 90°，或者滯后電網電壓相位 90°，從而可以獲得輸出無功功率或者吸收無功功率的效果。在變電設計中，由于靜止無功發生器的造價成本較高，一般在遠距離輸電系統或者在大規模風電場、光伏電站接入系統，或者需采用動態無功補償設備抑制電壓閃變時，才考慮選用靜止無功發生器。

結束語：

通過上面的研究可以明確，電力變電設計中，無功補償所發揮的作用是需要高度重視的。對無功補償技術深入研究，使得電力系統的硬件性能有所保障，日常的電能供應更為可靠，由此提高電力行業的服務質量。

參考文獻：

[1] 羅茂， 趙煒， 申軍. 變電站無功補償設計優化方法研究[J]. 冶金管理， 2019（15）：25-26.

[2] 樊友權. 當前我國電網變電站中的無功補償技術改進探討[J]. 中國科技投資， 2019（03）：73-73.