关于变电站无功补偿容量的确定

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摘要：合理进行无功补偿是保证电压质量和电网稳定运行的必要手段，对提高输送能力和降低电网损耗具有重要意义。本文首先分析了无功功率补偿的目的，进而阐述了变电站补偿容量的确定原则，最后论述了按调压要求并联电容器补偿容量的选择，以供参考。

关键词：变电站 无功补偿；容量；确定

随着电力负荷的增加，必然要求电网系统利用率的提高。但由于接入电网的用电设备绝大多数是电感性负荷，自然功率因素低，将会影响发电机的输出功率；降低有功功率的输出；影响变电、输电的供电能力；降低有功功率的容量；增加电力系统的电能损耗；增加输电线路的电压降等。因此，连接到电网中的大多数电器不仅需要有功功率，还需要一定的无功功率。当前，随着电力网的发展而引起的无功潮流的变化，以及用户无功补偿水平的提高，变电站的无功补偿要随时相应的进行调整，有的时候甚至需要拆迁。因此，在确定变电站的补偿容量时，要兼顾近期与远期。

1 无功功率补偿的目的

电网中的无功功率负荷部分属于感性负荷，如异步电动机、输电线路、变压器；而无功功率的电源主要有发电机、并联电容器、同步调相机、静止补偿器。无功功率的产生基本不消耗能源，但是无功功率沿电力网传输却要引起有功功率损耗和电压损耗。合理配置变电站无功功率补偿容量，可改善功率因数，尽量避免发电机降低功率因数运行，减少网络中的有功功率损耗和电压损耗；可改善电压调节，使用户端的供电电压维持在规定范围内；可调节负载的平衡性，使不平衡负载变成平衡负载等。

在具体设置补偿装置时，应遵循分散补偿和降低网损的原则，根据电网电压、系统稳定性、有功分配、无功平衡、调相调压，以及限制谐波电压、潜供电流、暂时过电压等因素，须经过电网计算才能合理的确定补偿位置和补偿容量，以达到节约投资降低网损的效果。

2变电站补偿容量的确定原则

2.1 35kV及以上电压等级的变电站，其无功功率补偿主要在于补偿主变压器的无功功率损耗（包括空载无功功率损耗和负载无功的损耗），因此，35～63kV变电站的补偿容量，一般可按主变压器的10％～15％确定；110kV变电站的补偿容量，一般可按变压器容量的15％～20％确定。

2.2 35kV变电站的无功补偿容量的确定应遵循以下原则：1）变电站的无功补偿容量必须根据主变参数、负荷情况、35kV线路长度进行实际计算；2）根据只能欠补不能过补的原则，实际补偿容量必须小于计算值；3）电容器单台容量不宜选的过大，以便系统参数有变时调整容量；4）每组电容器的补偿容量必须根据相应的主变容量而确定，不宜平均分配；5）由于35kV线路不会太长，且其无功损耗占的比重较小，因此，一般35kV变电站的补偿容量确定为主变容量的7%～10%为宜。

2.3变电站并联电容器组和低压并联电抗器组的补偿容量，宜分别为主变压器容量的30%以下。

2.4 城乡电网的110kV变电站若有调压要求时，或35～63kV变电站的6～10kV母线压降很大时，可按提高电压要求计算补偿容量，且为了节约投资和缩小电容器室面积，其中一部分容量应用为临时性装置处理。

2.5 若35～63kV变电站的出线较多，线路所带负荷又靠近变电站出口侧时，则可适当增加在变电站6～10kV母线上装设的电容器组容量。

2.6 为了减少开关设备和安装费用，及更好地适应变压器的分台运行和二次侧母线的分段运行和检修方便，当补偿总容量确定以后，变电站的电容器组宜分为两组。分组的主要原则是根据电压波动、负荷变化、谐波含量等因素来确定的。

3 按调压要求并联电容器补偿容量的选择

电力系统中，无功功率电源主要有发电机、同调相机、并联电容器、静止补偿器等。电容器并联系统中，可以发出容性无功功率，使局部电压提高相对于其他无功功率电源，其主要优点就是费用低每单位容量的投资较小，安装简单，既可以集中使用又可分散装设，运行时功率损耗也较小，约为额定容量的0.3～0.5％，此外，它没有旋转部件，维护也较方便，已广泛地应用于输电线路和配电系统中。

在变电站装设无功功率补偿容量，应和变压器分接头选择结合起来考虑，这样既可充分发挥变压器的调压作用，同时又充分利用了无功功率补偿容量，节约了设备的投资。

3.1 精确计算法

装设并联电容器前后的潮流

装设电容器前，送电端的有功负荷和无功负荷分别为P1和Q1，电压为U1，受电端的有功和无功负荷功率分别为P2和Q2，电压为U2，其电压降为：

U=（P1R＋Q1X）/ U1＋J（P1X－Q1R）/ U1（1）

装设并联Qb后，线路送电端的无功负荷功率为Q1－Qb，线路末端电压由U2提高到U′2，其电压降为：

U′=[P1R＋（Q1－Qb）X）]/ U1＋J [P1X－（Q1－Qb）R）]/ U1（2）

电压提高量为：

U= U′2－U2=U－U′

=（P1R＋Q1X）/ U1＋J（P1X－Q1R）/ U1－[P1R＋（Q1－Qb）X）]/ U1－J [P1X－（Q1－Qb）R）]/ U1（3）

若忽略电压降为横向分量：

U= U2－U′2≈（P1R＋Q1X）/ U1－[P1R＋（Q1－Qb）X）]/ U1= QbX/ U1 （4）

则可以得出电压有U2提高到U′2所需要的补偿容量为：

Qb=（U′2－U2）U1/X（KVar）（5）

由式（5）可以看出，补偿容量的大小，不仅取决于调压的要求，还与降压变压器变比P的数值有关。在确定补偿容量Qb之前，先要选择适当的变压器分接头，以确定变压器的变比。选择变比的原则：满足调压要求的情况下，使无功补偿容量最小。

3.2简化计算法

由于U′2－U2=U，U2≈U1，则提高电压所需要的补偿容量为：

Qb=U U2/X（KVar）

式中：U――要求提高的电压或者减少的电压降（V）；

U2――变电站母线的实际电压，或以额定电压代替，应折算到低电压侧的电压（kV）；

X――变电站以上线路的电抗值（计算到上一级变电站）。

3.3 已知三相短路容量时的补偿容量计算法

如果已知三相短路电容量，则补偿容量可按下式计算：

Qb=SdU/ U2

式中：Qb――提高电压所需要的补偿容量（kVar）；

Sd――变电站母线上的三相短路容量（MVA）。

由以上式子可见，当需要将变电站母线电压提高U时，则所需增加的电容器容量，恰好等于该母线的三相短路容量Sd，除以该母线电压U2，再乘以U。由于变电站的短路容量一般是已知的，因能方便的求出所需要的补偿容量。

4 结束语

综上所述，变电站安装投运无功补偿装置，有利于降损节能，改善电能质量，是保证电压质量和电网稳定运行的必要手段，对提高输送能力和降低网损具有重要意义。在本文中，主要分析了无功功率补偿的作用、变电站补偿容量的确定原则、按调压要求电容器补偿容量的选择等，以期能为同行提供参考。

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