电力系统中的无功补偿技术分析

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摘 要：合理的无功功率补偿，能够确保系统足够的电压水平，降低有功网损，提高网络输送容量，降低发电费用。本文主要分析了无功功率补偿的特点，探讨了电力系统无功补偿技术的主要方式。

关键词：电力；无功；补偿；谐波

中图分类号：F407 文献标识码： A

电力系统中各节点的无功功率是否平衡会直接影响到该节点的电压水平，因为目前电力系统中的很多用户都在使用一些无功功率频繁变化的电气设备，而且很多用户使用了大量对系统电压稳定性要求高的精密设备，所以，亟需优化发展电力系统中的无功功率补偿技术。

1 无功功率补偿的特点

1.1 功率因数利用率高

根据国家的电费标准，将功率因数标准值分成三种分析。一些低压供电的农业的功率因数在0.8以上，一些低压供电企业的功率因素超过了0.8，一些高压供电用电单位功率因数普遍在0.9以上。

1.2无功补偿装置降低了能耗

无功补偿能有效提高电力系统和负载的功率因数，降低设备容量，稳定电网的电压，提高供电质量，平衡三相有功及无功负载，这是由于无功补偿装置可以补偿掉负序电流分量，同时通过合理的绕组接线使零序电流无法流通，就可使三相负荷平衡口。无功功率的工作原理主要是通过交换电路中的电场与磁场，在电力设备中构建电功率，但是并不对外做功，而是直接转化为其他能量。

早期的无功补偿装置是并联电容器和同步调相机多在系统的高压侧进行集中补偿，并联电容器花费较少，安装维护方便。但是电容量是既定的，无法做到系统无功的无级补偿，因为受到电容器的负电压效应的影响，系统电压会快速大幅度下降，在系统存在谐波时，可能出现并联谐振，放大谐波电流。上述一系列的缺点使得并联电容器逐渐被时代所淘汰。于是，逐渐提高了功率因数，这样一来，便可降低线路损耗和变压器的铜耗。设R为线路电阻，P1为原线路损耗，P2为功率因数提高后线路损耗，则线损减少，当功率因数从0.8提高至0.9时，通过上式计算，可求得有功损耗降低21%左右。在输送功率P=3Uicos不变情况下，cos提高，I相对降低，设I1为补偿前变压器的电流，I2为补偿后变压器的电流，铜耗分别为P1，P2；铜耗与电流的平方成正比，功率因数从0.8提高至0.9时，铜耗相当于原来的80%。

1.3 降低了线路的压力变化

因为线路传送电流变小，降低了系统的线路电压损失，能有效稳定系统电压，轻载时要注意避免超前电流导致的电压过快上升，以便于大电机的起动。

2 电力系统无功补偿技术的主要方式

为了确保电力系统中电压的稳定，应该保证电力系统中的无功功率平衡，也就是确保系统中的无功电源的无功功率≥负荷所需的无功功率和网络中的无功损耗。系统中无功功率的平衡关系式应该满足下述条件：

Qge一Qfe―Ql=Qb

其中，Qge为电源发出的无功功率之和；

Qfe为无功负荷之和；

Ql为网络中的无功损耗之和；

Qb为系统可提供的备用无功功率。

当Qb>0时，系统中无功功率可以有效平衡；当Qb

2.1变电站集中补偿方式

针对输电网的无功平衡，在变电站进行集中补偿，补偿装置主要是并联电容器，主要目的是改善输电网的功率因数、提高终端变电所的电压和补偿主变的无功损耗。这些补偿装置一般连接在变电站的二次电压母线上，因此具有管理容易、维护方便等优点，但是这种方案对配电网的降损起不到什么作用。

2.2低压集中补偿方式

目前，国内普遍采用的无功补偿方式是集中补偿配电变压器380V侧，通常采用自动补偿控制器控制的低压并联电容器柜，容量在几十至几百千伏不等，按照用户负荷水平的波动投入相应数量的电容器进行跟踪补偿。能有效提高专用变用户的功率因数，实现无功的就地平衡，能有效降低配电网和配电变的降损，也有助于保证该用户的电压水平。这种补偿方式的投资及维护均由专用变用户承担。目前，国内各厂家生产的自动补偿装置通常是根据功率因数来进行电容器的自动投切的，也有为了保证用户电压水平而以电压为依据进行控制的。这种方案虽然有助于保证用户的电能质量，但对电力系统并不可取。因为虽然线路电压的波动主要由无功量变化引起，但线路的电压水平是由系统情况决定的。当线路电压基准偏高或偏低时，无功的投切量可能与实际需求相去甚远，出现无功过补偿或欠补偿。

对配电系统来说，除了专用变压器之外，还有许多公用变压器。而面向广大家庭用户及其他小型用户的公用变压器，由于其通常安装在户外的杆架上，进行低压无功集中补偿则是不现实的，难于维护、控制和管理，且容易成为生产安全隐患。这样，配电网的补偿度就受到了限制。

2.3配电线路补偿方式

因为配电网中存在大量公用变压器没有低压补偿，使得补偿度受到限制。因此出现了很多无功缺口，需要由变电站或发电厂来填，大量的无功沿线传输使得配电网网损仍然居高难下。因此可以采用lOkV户外并联电容器安装在架空线路的杆塔上进行无功补偿，以提高配电网功率因数，达到降损升压的目的。由于杆上安装的并联电容器远离变电站，容易出现保护不易配置、控制成本高、维护工作量大、受安装环境和空间等客观条件限制等工程问题。因此，杆上无功优化补偿必须满足下述要求：

（1）尽量减少补偿点，配电线路上最好使用单点补偿，避免使用多点补偿。

（2）尽量简化控制方式，杆上补偿不设分组投切。

（3）补偿容量不宜过大。补偿容量太大会导致配电线路在轻载时的过电压和过补偿现象；另外杆上空间有限，太多的电容器同杆架设，不安全，也不利于电容器散热。

（4）尽量简化接线。最好是每相只采用一台电容器装置，以减少整套补偿设备的故障率。

（5）简化保护方式。采用熔断器和氧化锌避雷器来进行电流和电压保护。显而易见，配电线路无功补偿主要是针对10kV馈线上沿线的公用变所需无功进行补偿，这种补偿方式投资小，回收快，补偿效率高，便于维护，适合于功率因数较低且负荷较重的长配电线路，但是因负荷经常波动而该补偿方式是长期固定补偿，故其适应能力较差，主要是补偿了无功基本负荷，不能随着负荷的变化而自动投、切，补偿度一般是不能达到所期望的程度。应该开发电容器组能自动投切的杆上自动无功补偿技术。

2.4用户终端分散补偿

现阶段，随着电力用户用电量的大幅递增，企业和小区中对无功的需求量都相当大，直接对用户末端进行无功补偿，会大大降低电网的损耗，并维持网络的电压水平。

容量越大，负荷平稳，经常使用的用电设备无功负荷宜单独就地补偿。所以，企业和厂矿中的电动机应该采取就地无功补偿的方式；小区用户终端因为用户负荷小，波动大，地点分散，无人管理，所以，可以开发一种新型低压终端无功补偿装置，并且一定要符合下述要求：智能管理，维护方便；体积小，便于安装；功能完善，所需造价低。

跟上述三种补偿方式比较，本补偿方式具有明显的优越性：能有效降低线损率和电压损失，改善电压质量，改善用电设备启动和运行条件，释放系统能量，提高线路供电能力。但是也有一定的局限性，因为低压无功补偿通常按配电变压器低压侧最大无功需求来确定安装容量，而各配电变压器低压负荷波动的不同时性，导致了大量电容器在较轻载时的闲置，设备利用率不高。

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