電力系統(tǒng)無功補償裝置配置淺析

1、電力系統(tǒng)無功補償裝置配置淺析 摘要:電力系統(tǒng)的無功平衡，是保證電壓質(zhì)量的基本條件，對保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定與經(jīng)濟(jì)運行起著重要的作用。隨著電力系統(tǒng)無功管理的逐步深入，無功補償裝置的合理配置日益凸顯其重要性，無功補償裝置配置不合理則無功難以平衡，電壓、網(wǎng)損指標(biāo)均難以完成。本文以簡單網(wǎng)絡(luò)為例，闡述了無功平衡的理想狀態(tài)及無功補償裝置配置中應(yīng)該注意的問題。 關(guān)鍵詞 電力系統(tǒng)；無功補償；配置 中圖分類號： f407.6文獻(xiàn)標(biāo)識碼： a 1、無功平衡的基本原則與方法 1.1 無功概念。交流電路中，電感的磁場或電容的電場在一個周期內(nèi)的一部分時間內(nèi)從電源吸收能量，另一部分時間內(nèi)將能量返回電源。能量是在電源、電感

2、、電容之間來回交換的，能量交換的最大值叫做無功功率。但無功交換流經(jīng)的線路、變壓器等設(shè)備上將產(chǎn)生能量消耗。 1.2 無功電源與負(fù)荷。我們通常把感性無功容量稱為無功負(fù)荷，容性無功容量稱為無功電源。無功電源有發(fā)電機、補償并聯(lián)電容器等。無功負(fù)荷有負(fù)載（主要為異步電動機）,變壓器，感應(yīng)電熱設(shè)備等消耗的勵磁功率及補償并聯(lián)電抗器等。發(fā)電機、調(diào)相機、同步電動機調(diào)整其勵磁電流既可以呈容性也可以呈感性。架空輸電線路當(dāng)負(fù)載低時呈容性；當(dāng)負(fù)載高時呈感性。 1.3 無功平衡的基本原則。無功補償?shù)幕驹瓌t：在系統(tǒng)有功負(fù)荷高峰和負(fù)荷低谷運行方式下，保證分（電壓）層和分（供電）區(qū)的無功平衡。無功補償配置應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)情況，從

3、整體上考慮無功補償裝置在各電壓等級變電站、10kv 及以下配電系統(tǒng)和用戶側(cè)配置比例的協(xié)調(diào)關(guān)系，實施分散就地補償與變電站集中補償相結(jié)合，電力系統(tǒng)補償與用戶補償相結(jié)合，高壓補償與低壓補償相結(jié)合，滿足電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)運行的需要。在保證電壓質(zhì)量與電壓穩(wěn)定的前提下，無功平衡以降損為主，這是無功平衡的基本原則。 2、理想的無功平衡 簡單系統(tǒng)（圖1）的理想無功平衡 發(fā)電機發(fā)出無功主要供廠用電及升壓變壓器t1 消耗的無功，發(fā)電廠不向外輸出無功。線路傳送一固定有功功率時，線路電容c1，c2 產(chǎn)生的充電功率和線路電抗消耗的無功功率能相互平衡。功率p+jq 通過阻抗p+jx 產(chǎn)生的無功功率消耗q 的計算公式：35

4、kv及以下線路線路充電功率甚小，忽略不計，它們消耗無功功率。電纜線路較架空線路的充電功率一般大一個數(shù)量級，需要按照電纜型號、說明書具體確定。變電站并聯(lián)電容器c3 主要補償 降壓變壓器t2 的無功損耗。變壓器的勵磁無功損耗q 為：用戶并聯(lián)電容器c5 應(yīng)與用戶消耗的無功平衡，即低壓線路上的無功電流也應(yīng)為0，在用戶無法平衡消耗的無功時，低壓線路上的并聯(lián)電容器c4 給以補償。理想狀態(tài)下各節(jié)點間無無功流動，僅有有功流動產(chǎn)生的損耗，網(wǎng)損最小。 3、無功平衡的困難性 3.1 無功平衡的困難性。用戶低谷不向電網(wǎng)倒送無功，高峰不從電網(wǎng)吸取無功的要求難以同時做到，為了防止低谷電壓高危及設(shè)備安全，允許用戶高峰從電網(wǎng)

5、吸取少量無功但低谷不允許向電網(wǎng)倒送無功。分布復(fù)雜的用戶及t 接線路多的配電系統(tǒng)絡(luò)難以找到理想的位置裝設(shè)補償并聯(lián)電容器，使配電網(wǎng)絡(luò)的無功完全平衡。時刻變化的無功負(fù)荷與不能連續(xù)可調(diào)的補償并聯(lián)電容器使就地完全補償無法實現(xiàn)。綜上所述，無功的流動是不可避免的，我們的工作就是盡量限制無功流動的數(shù)值與距離，最大限度的做好無功平衡工作。 3.2 無功不平衡造成的后果。無功不平衡造成無功的無謂搬動，增大了網(wǎng)損。富裕無功的地區(qū)電壓升高，缺少無功的地區(qū)電壓降低，均使電壓不合格，危及設(shè)備的安全，影響用戶的正常用電。嚴(yán)重的無功不平衡將危及電力系統(tǒng)安全，造成電壓穩(wěn)定問題，近年來國外頻頻發(fā)生的電壓穩(wěn)定事故教訓(xùn)深刻。 4、無

6、功補償裝置配置 4.1 無功設(shè)備優(yōu)化配置。電力用戶在輕負(fù)荷時要避免過補償，倒送無功造成功率損耗增加。將功率因數(shù)提高到0.95 就是合理補償。但必須保證低負(fù)荷期間不向電網(wǎng)倒送無功，高峰負(fù)荷期間盡力提高功率因數(shù)。配電系統(tǒng)補償并聯(lián)電容器應(yīng)該選取合適的位置使配電系統(tǒng)絡(luò)的無功流動的數(shù)值與距離最小，以減少用戶、配電系統(tǒng)與變電站間的無功交換。配電變壓器的無功補償裝置容量可按照變壓器容量的20 40進(jìn)行配置。補償?shù)阶儔浩髯畲筘?fù)荷時其高壓側(cè)功率因數(shù)不低于0.95。220kv 變電站容性無功補償裝置的單組容量，接于35kv 電壓等級時不宜大于12mvar，接于10kv電壓等級時不宜大于8mvar。110kv 變電

7、站容性無功補償裝置的單組容量不應(yīng)大于6mvar，35kv 變電站不應(yīng)大于3mvar。變電站應(yīng)該平衡所連接輸電線路的1/2 無功損耗(或充電功率)，即努力保持圖1 線路中心a點的電流為0，使線路的無功損耗(或充電功率)均分到線路兩端。并入電網(wǎng)的發(fā)電機組應(yīng)具備滿負(fù)荷時功率因數(shù)在0.85(滯相)0.97(進(jìn)相)運行的能力，以保證系統(tǒng)具有足夠的事故備用無功容量和調(diào)壓能力。為了平衡超高壓線路的充電功率，在電廠側(cè)可以適當(dāng)考慮安裝一定容量的并聯(lián)電抗器。 變壓器的變比選擇應(yīng)該防止電容器接入點電壓過高，電容器無法投入運行。發(fā)電廠在保證穩(wěn)定的前提下盡力不向電網(wǎng)送出無功，有條件的電廠可以進(jìn)相運行（尤其是低負(fù)荷及節(jié)日

8、期間）。 4.2 電力系統(tǒng)中常用的無功補償方式：（1）集中補償：在高低壓變電站、線路安裝并聯(lián)電容器或者并聯(lián)電抗器；（2）分組補償：在配電變壓器低壓側(cè)和用戶車間配電屏安裝并聯(lián)電容器；（3）單臺電動機就地補償：在單臺電動機處安裝并聯(lián)電容器。 4.3 對功率因數(shù)的一般要求。應(yīng)避免大量的無功電力穿越變壓器。35kv 220kv 變電站，所配置的無功補償裝置，在主變最大負(fù)荷時其高壓側(cè)功率因數(shù)應(yīng)不低于0.95，在低谷負(fù)荷時功率因數(shù)不應(yīng)高于0.95，不低于0.92。發(fā)電機自帶廠用電時，進(jìn)相能力應(yīng)不低于0.97。配電變壓器的無功補償裝置補償?shù)阶儔浩髯畲筘?fù)荷時其高壓側(cè)功率因數(shù)不低于0.95，100kva 及以上

9、高壓供電的電力用戶，在高峰負(fù)荷時變壓器高壓側(cè)功率因數(shù)不宜低于0.95。其他電力用戶，功率因數(shù)不宜低于0.90。變電站、發(fā)電廠進(jìn)出線路側(cè)及變壓器的高壓側(cè)應(yīng)裝設(shè)功率因數(shù)表、無功電能表. 總結(jié)： 無功補償是無功網(wǎng)損電壓管理工作的基礎(chǔ)，無功電源與負(fù)荷的零散分布與動態(tài)變化，分層分區(qū)就地平衡的要求，使無功平衡工作十分復(fù)雜，任一點不平衡都將造成無功潮流的無謂搬動，造成網(wǎng)損的增加。無功的流動是不可避免的，我們的工作就是盡量限制無功流動數(shù)值與距離，最大限度的做好無功平衡工作，降低網(wǎng)損，提高電壓合格率。以降損為主，是無功平衡的基本原則，降損節(jié)電，就是節(jié)約能源，減少污染，保護(hù)環(huán)境。 參考文獻(xiàn)： 1 陳宇飛 中低壓配電系統(tǒng)無功補償優(yōu)化分析j. 電力設(shè)備 2007年 2 李家坤 配電系