无功补偿技术应用探讨

无功补偿技术应用探讨

陈晓川

汕头经济特区广澳电力发展公司 515041

[摘要]本文结合当前人们关注的电网无功补偿问题，重点分析、比较了配电网常用无功补偿方案特点，并通过对无功补偿应用技术的分析,提出了配电网无功补偿工程应注意问题和相关建议。

[关键词]无功补偿;降损节能;技术措旋

引言

伴随着我国经济的快速发展，各个产业都迫切要求电网能够安全、稳定、可靠运行。但是在实际的工业生产过程中，生产现场的大多数负载都会消耗无功功率，如果这些无功功率不加外界补偿而从电网中获取，则会导致电网功率因数过低，增加电网的线路损耗，增大发、输电设备的容量，增加投资和电力损耗，不利于电力的输送与合理应用。本文主要针对低压配电系统进行研究。

1. 无功补偿技术的研究现状和发展

1.1同步调相机

同步调相机实际上是一台空载运行的同步电动机，专门向电网输送无功功率。它不带机械负荷也可以进行过励磁或欠励磁运行。如果电网电压偏低，同步调相机处于过励磁运行状态供给无功功率，此时可调高系统电压；如果电网电压偏高，同步调相机则处于欠励磁运行状态吸收无功功率，此时可调低系统电压。故这种自动调节的励磁装置能够在电力系统端电压波动变化时对无功功率进行自动调节，从而维持系统电压，提高系统运行的稳定性。

1.2并联电容补偿

并联电容补偿就是将固定的电容器与感性负载相并联，改变负载的相位角，从而提高负载的功率因数，实现对负载侧的无功补偿。它既可被安装于配电变压器侧，又可对负载进行就地补偿。和调相机相比，其优点是结构简单、经济实用，但由于其阻抗是不变的，所以无功输出的大小不可调节，不能实时适应负荷的无功功率变化，即不能实现动态的无功补偿。

1.3静止无功补偿

静止无功补偿装置简称静止补偿器（英文缩写为SVC），主要有断路器和电力电子开关两种，由于用断路器作为接触器的开关速度较慢，不能及时跟踪负荷的无功功率变化，所以应用较少。随着电力电子技术的发展，交流无触点的投切开关开始被大量应用于电力系统中。这种静止无功补偿装置主要包括晶闸管控制电抗器和晶闸管投切电容器，通过用不同的静止开关投切电容器或电抗器，使得它能吸收或发出无功功率，进而增大系统的功率因数，提高系统的稳定性。SVC与一般并联电容器补偿装置的区别在于其能够实时跟踪电网和负荷的无功变化，对系统的无功功率进行动态补偿。

1.4静止无功发生器

在低压供电无功补偿领域中，比SVC 更为先进的现代补偿装置是静止无功发生器（SVG），由于采用高频电力电子开关器件和特殊的电力电子电路结构，通过对控制算法的改进，使得它不仅可以实时、精确地补偿无功功率，而且能够起到滤波和抑制谐波的作用，因此静止无功发生器日益成为无功功率补偿的重要手段。由于SVG 在其直流侧只需要较小容量的电容器维持其电压，所以比需要大容量的电抗器、电容器等储能器件的SVC 灵活方便，经济实用。

另外SVG通过不同的控制，既可以发出无功功率，又可以吸收无功功率，从而进行双向调节。随着大功率电力电子器件的不断发展，SVG在电力系统中的应用也越来越广泛。另外，其他新型的智能化无功功率补偿方式越来越受到关注，如无涌流电容投切器、电力有源滤波器、综合潮流控制器等。

2. 无功补偿方法

从发电机和高压输电线供给的无功功率，远远满足不了负荷的需要，所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率，以保证用户对无功功率的需要，这样用电设备才能在额定电压下工作。这就是电网需要装设无功补偿装置的道理。

电网中的电力负荷如电动机、变压器等，大部分属于感性负荷，在运行过程中需向这些设备提供相应的无功功率。在电网中安装并联电容器等无功补偿设备以后，可以提供感性电抗所消耗的无功功率，减少了电网电源向感性负荷提供、由线路输送的无功功率，由于减少了无功功率在电网中的流动，因此可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗，这就是无功补偿。无功补偿可以提高功率因数，是一项投资少，收效快的降损节能措施。

配电网无功补偿方案有变电站集中补偿、配电变低压补偿、配电线路固定补偿和用电设备分散补偿等等。供电所主要针对变电站10kV出线后的配电网的管理，变电站集中补偿一般是集中接在变电站10kV 母线上，这种补偿方案对10kV 配电网的降损不起作用，现供电所需针对变电站出线外的高低压配电网无功补偿方案进行分析。

1）10kV线路无功补偿分析

在10kv线路上进行无功补偿，一般都是针对所接配电变压器和线路电抗消耗的无功功率。

线路的无功损耗。

当线路输送功率时，线路感抗上所消耗的无功功率为：

ΔQ=Σ3I_f²X_l×10^-3= ×10^-3 式（1）

式中X_L＝各线路区间的电抗，单位Ω；

I_f＝流过各段线路的负荷电流，单位A;

P_k＝各段线路末端的有功功率，单位kW;

Q_k＝各段线路末端的无功功率,单位kVar;

U_l＝各段线路末端的电压，单位kV。

由于线路的电抗值是平均分布的，线路损耗的无功功率在各区间是均匀递增的，配网输电线路越长，其消耗的无功功率也跟着递增。由于越靠近线路末端，线路的电抗X 越大，式（1）可以看出，越靠近线路末端装设无功补偿装置效果越好。

例如：线路外加50Hz、10kv的正弦电压，其有功功率P₁=10000kW，功率因素λ₁＝0.85。若要使线路的功率因素提高到λ₂＝0.9（一般为欠补偿），求需在并接的电容值。

补偿前：Q₁=P₁ tanφ₁=6190kvar补偿后的电网无功Q＝13333－C，要求cosφ为0.95，可求tanφ＝0.3287，于是有tgφ＝ = =0.3287,C=2903 kvar。

2）配变无功功率补偿分析

配变的无功损耗由Q1、Q2两部分组成。Q1 是用来建立磁场的励磁无功损耗，与负荷电流无关，称为变压器的固定无功损耗。Q2是与负荷电流成平方的漏磁中的无功损耗，已在负荷处进行补偿。配变固定无功损耗的补偿，应根据配变固定无功损耗和线路无功损耗来确定补偿容量和补偿位置。

ΔQ=Q1+Q2= + X_B 式（2）

其中：I₀－变压器空载电流；S_e- 变压器容量,Kva；P₀- 变压器空载损失，kw；P-变压器负载有功功率，kw；Q-变压器负载无功功率，kvar；U-变压器额定电压，kv；X_B-变压器感抗，kΩ。

其中，励磁支路损耗的百分值基本上等于空载电流I₀的百分值，约为1％～2％；绕组漏抗中的损耗，载变压器满载时，基本上等于短路电压U_k的百分值，约为10％。因此对于一台变压器或一级变压的网络来说，变压器的无功功率损耗，满载时约为它额定容量

的百分之十几。

如果配网线路过长或所接配变过多，可适当考虑在10kV 线路上安装电容器组。安装在10kV 线路上的电容器组，主要补偿的是配变励磁无功损耗和线路上电抗消耗的无功功率。10kV线路补偿一般采用固定补偿，因此存在适应能力差，重载情况下补偿度不足等问题。自动投切线路补偿由于投资较大，并且技术要求较高，在大部分10kV线路中仍很少使用。

电容补偿不消耗无功功率，并联电容不会影响线路的复功率，但是并联电容后，电容的无功功率“补偿”了电感的无功功率，减少了电源的无功功率，从而提高了电路的功率因数。并联电容后减少了电源的无功“输出”，从而减少了电流的输出，提高了电源设备的利用率，也减少了输电线上的损耗。

结论

在实际的电力系统中，大多数的用电设备和电网中的各级变压器都是感性的，电网要对这些感性设备提供大量的无功功率，尤其是在低压配电网中，由于输电线路长、配电变压器多，使得电网在传输中会损耗较多的电能。因此，对低压配电网进行无功补偿，对现代电力系统的高效、可靠运行具有重要的意义。

参考文献：

[1]《电力系统电压和无功管理条例》，中国电力出版社.

[2]《10kV长线路杆上无功优化补偿》张勇军，任震，廖美英等，中国电力出版社.

[3]《配电网无功补偿方案比较和补偿工程应注意的问题》，刘连光刘宗岐，华北电力大学电气工程学院.

刊名：电源技术应用（总第181期 2014年第3期）

刊号：CN61-1489/TM

ISSN0219-2713