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对变电站无功补偿问题的分析
作者：邢艳微 张慧
来源：《中国科技博览》2013年第17期
[摘 要]无功功率不足会使系统电压及功率因数降低，从而损坏用电设备，严重时会造成电压崩溃，系统瓦解，造成大面积停电的问题。本文对无功补偿的重要性进行了阐述，对无功补偿设备进行了介绍，并对变电站实时无功补偿进行了探讨。 [关键词]无功补偿 无源补偿 有源补偿
中图分类号：TM411+.4文献标识码：A文章编号：1009-914X（2013）17-0005-02 一、无功补偿的重要性
交流电力系统需要电源供给两部分能量：一部分将用于做功而被消耗掉，这部分电能将转换成为机械能、光能、热能或化学能，我们称为“有功功率”；另一部分能量是用来建立磁场，用于交换能量（电能——磁能——电能）使用的，对于外部电路它并没有做功，我们称为“无功功率”。无功是相对于有功而言，不能说无功是无用之功，没有这部分功率，就不能建立感应磁场，电动机、变压器等设备就不能运转。其物理意义是：电路中电感元件与电容元件正常工作所需要的功率交换。在电力系统中，除了负荷无功功率外，变压器和线路的电抗上也需要大量无功功率。无功功率不足，无功电源和无功负荷将处于低电压的平衡状态，将给电力系统带来诸如设备出力不足、电力系统损耗增加、设备损坏等一系列的危害，甚至可能引起电压崩溃事故，造成电网大面积停电。因此，要保证无功功率的平衡，以保证电网正常运行。 二、无功补偿设备 1.无功功率的电源
在发电机允许的范围内，增加其励磁电流，多发无功，发电机所增加的有功损耗相当小，从这一点而言，发电机可作为电网中不需投资的无功电源。但由于受到网损、备用和电压水平的限制，220kV变电站距离电厂的远近直接关系到电厂无功电源的利用程度。因此，应在满足技术经济要求的情况下 （首先保证有充足的无功备用容量），积极利用电厂的无功电源。 大多数网络元件消耗无功功率，大多数负载也需要消耗无功功率。网络元件和负载所需要的无功功率必须从网络中某个地方获得。显然，这些无功功率如果都要由发电机提供并经过长距离传送是不合理的，通常也是不可能的。合理的方法應是在需要消耗无功功率的地方产生无功功率，这就是无功补偿。 2.无功补偿设备
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变电站的无功补偿设备：并联电容器补偿，串联电容器补偿，静止补偿器；超高压变电站常采用断路器投切无功补偿装置和无功静止补偿装置。当电压滞后电流时，则为滞相，此时输出为容性；当电压超前电流时，则为进相运行，此时输出为感性；静补进相运行时吸收无功，滞相运行发出无功。根据补偿的效果而言，电容器可以补偿负荷侧的无功功率，提高系统的功率因数，降低能耗，改善电网电压质量。电抗器可以吸收电网多余的线路充电功率，改善电网低谷负荷时的运行电压，减少发电机的进相运行深度，提高电网运行性能。 （1）无源补偿设备装置
并联电抗器、并联电容器和串联电容器。这些装置可以是固定连接式的或开闭式的，无源补偿设备仅用于特性阻抗补偿和线路的阻抗补偿，如并联电抗器用于输电线路分布电容的补偿以防空载长线路末端电压升高，并联电容器用来产生无功以减小线路无功输送，减小电压损坏；串联电容器可用于长线路补偿（减小阻抗）等。电力系统变电站内广泛安装了无功补偿电容器 ，用来就地无功平衡，减少线损，提高电压水平。 （2）有源补偿装置
通常为并联连接式的，用于维持末端电压恒定，能对连接处的微小电压偏移做出反应，准确 地发出或吸收无功功率的修正量。如用饱和电抗器作为内在固有控制，用同步补偿器和可控硅控制的补偿器作为外部控制的方式。 3.无功补偿设备的作用
（1）改善功率因数：尽量避免发电机降低功率因数运行，防止向远方负载输送无功引起电压和功率损耗，应在用户处实行低功率因数限制，即采取就地无功补偿措施。
（2）改善电压调节：负载对无功需求的变化，会引起供电点电压的变化 ，对这种变化若从电源端进行调节，会引起一些问题，而补偿设备就起着维持供电电压在规定范围内的重要作用。
（3）调节负载的平衡性：当正常运行中出现三相不对称运行时，会出现负序、零序分量，将产生附加损耗，使整流器波纹系数增加，引起变压器饱和等，经补偿设备就可使不平衡负载变成平衡负载。
三、变电站的实时无功补偿
变电站的无功补偿主要是对主变的补偿。为了实行实时无功补偿，提出了一种全网无功补偿和电压优化实时控制方法，提高全网各节点电压合格率，减少网损，取得较好的经济性。以全网网损尽量小、各节点电压合格为目标，以调度中心为控制中心，以各变电站的有载调压变压器分接头调节与电容器投切为控制手段。首先从调度自动化系统采集数据，送入电压分析模
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块和无功分析模块进行综合分析，形成变电站主变分接头调节指令、变电站电容器投切指令，由调度中心、集控中心、配调中心控制系统执行，循环往复。无功电压实时控制流程见图1。 图1 无功电压实时控制流程图
变电站电压调整首先考虑系统的无功功率，在无功功率不足的情况下，首要的是投运无功功率补偿设备，而不能只靠调整变压器电压的方法。通常变电站并联电容器作为无功补偿设备，变电运行值班人员必须合理适时地投运电容器组；反之，系统无功功率过剩的时候，要及时退出无功补偿设备。当在无功电源相对充裕的时候，通过有载调压变压器来调节电压是在各种运行方式下保证电网电压质量的关键手段。
电容器的接线方式通常分为三角形和星形两种。此外，还有双三角形和双星形之分。一般变电站采用的都是星形接线，星形接线最大优点是可以选择多种保护方式，少数电容器因故障击穿短路后，单台的保护熔丝可以将故障电容器迅速切除，不致造成电容器爆炸。电容器一次侧接有串联电抗器和并联放电线圈。
由于电容器组需要经常进行投入、切除操作，其间隔可能很短，电容器组断开电源后，其电极间储存有大量电荷，不能自行很快消失，在短时间内，其极间有很高的直流电压，待再次合闸送电时，造成电压叠加，将会产生很高的过电压，危及电容器和系统的安全运行。因此，必须安装放电线圈，将它和电容器并联，形成LC（感容）并联谐振电路，使电能在谐振中消耗掉。电容器配套设施设置的串联电抗器是为了限制合闸涌流和限制谐波。 参考文献
[1] 唐寅生.变电站无功补偿的作用、设计及全网武功优化协调运行分析[J].华中电力.2007.2. [2] 吴蓉.变电站无功补偿策略研究[D].浙江大学.