浅谈配电系统无功补偿技术

陈应霞 梁德华

（国网重庆大足区供电有限责任公司，重庆 402360）

1 目前我国电网中常见的无功补偿方式分类及其特点

1.1 按补偿方式进行分类

（1）在变电站集中补偿：在高低压配电线路中安装并联电容器组，用以补偿主变的空载无功损耗并适当补偿输电线路的无功功率损耗，以改善输电网的功率因数，提高终端变电站电压；（2）随线补偿：在高压配电线路上分散安装并联电容器，主要补偿配电线路的无功功率，以提高配电网功率因数，达到降损升压的目的；（3）随器补偿和随机补偿：在配电变压器低压侧和用户车间配电屏或电动机上直接安装并联补偿电容器，接线简单，投资少，安装容易，配置方便灵活，维护简单，事故率低，但易产生铁磁谐振；（4）低压集中补偿：在用户专用变压器及农网中广泛采用，但在公用变压器上由于管理、维护问题，容易成为生产安全隐患而难以采用，而且无法减少低压线路上的无功传输；（5）低压分散补偿：在节能降损、改善电压质量、提高线路供电能力方面效果明显，但容易造成补偿容量和地点较难选择，电容器在轻载时闲置，使设备利用率不高；（6）单台电动机就地补偿：在单台电动机处安装并联电容器等无功补偿设备，不仅可使功率消耗小，功率因数提高，还可以充分挖掘设备输送功率的潜力。

1.2 按补偿设备进行分类

（1）同步调相机：同步调相机实质是一种不带机械负载的同步电动机，它在过激运行时向系统供应感性无功功率，欠励运行时从系统吸收感性无功功率，对提高电力系统的稳定性有很大好处；（2）静止补偿装置：该装置主要由并联电容器和饱和电抗器组成，能平滑无级地调节无功功率和电压，可实现在几个周波内进行快速调节；（3）同步电动机：同步电动机过激运行时向系统供应感性无功功率，欠励运行时从系统吸收感性无功功率，能明显改善系统的功率因数，但设备投资成本高，维护工作量大；（4）移相电容器：移相电容器设备投资少，有功损耗小，维护工作量小，不会增大系统的短路容量，但只能分级补偿，不能吸收无功功率，且对环境温度及运行电压要求较高。

2 无功补偿技术在电气自动化中的应用与分析

2.1 无功功率补偿技术的原理及作用

在交流电路中，有功功率将电能转换为机械能、光能、热能；无功功率则用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场就要消耗无功功率。无功功率决不是无用功率，它的用处很大，电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动，从而带动机械运动，电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的；变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压，如果没有无功功率电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合

无功补偿电压的调整：

1）电容器投入对变压器负载侧电压的调整:在电容器投入前变压器负载侧功率因数为cosψo，负载侧电压值为偏，而当电容器投入后负载功率因数提高为cosψ，则电容器投入后负载侧电压值增加为U20，其计算式为:

式中，嘛为变压器负载侧额定电压（kV） ; U1:为变压器电源侧运行电压（kV）；U2为变压器电源侧运行电压分接头值（kV） 。

2）电容器切除对变压器负载侧电压值的调整:在电容器切除前变压器负载侧功率因数为coscψo，负载侧电压值为U20，而当电容器切除后负载侧功率因数下降为cosψo，则电容器切除后负载侧电压值下降为U1，则电容器切除后负载侧电压值下降为U2，其计算

式为:

2.2 应用无功功率补偿技术的必要性

无功功率补偿的主要目的是为了提高功率因数，常用电气设备的功率因数除白炽灯、电热器等接近1外，电动机、变压器、架空线及电气仪表的功率因数均小于1，如交流异步电动机，在空载时的功率因数只有0.2-0.3；在轻载时均为0.5；在额定负载时均为0.7-0.89。负载时功率因数低对供、用电设备会产生一定的不良影响，具体为：（1）降低发电机有功功率的输出；（2）降低输、变电输电线路供给的无功功率，使得供电质量降低；（3）造成线路电压损失增大和电力系统电能损耗的增加；（4）造成低功率因数运行和电压下降，使电力系统和用电企业的电气设备不能被充分利用。对电力系统输配电线路来说，当输送同样大小的有功功率P＝IUcosφ准时，功率因数cos准越低，输电线路中的电流I＝P/Ucosφ准就越大，势必造成线路中电压降增大，这将导致线路末端的电压降低，所以在电网中要设置一些无功补偿装置来提高功率因数是非常必要的，这样可保证用电设备在额定电压下工作及用户对无功功率的需求，不仅提高电力系统和用电企业设备的利用率，减小电能损耗，也是提高用电质量、节约用电的一项很重要的技术措施。

2.3 电力系统无功补偿技术的现状和策略

在电力系统中一个非常重要的评价标准是电能质量，而电压是电能质量的最核心的影响因素。近些年，我国对电气自动化中的无功补偿技术做了很多深入的研究，采用的无功补偿技术主要有：（1）真空断路投切电容器；（2）可控饱和电抗器；（3）有源滤波器；（4）固定滤波器、电容器和电抗器的调压；（5）有源滤波器和无源滤波器等，应用在变电站方面居多，一般的220kV变电站有较多的无功调节功能，其调节的容量根据地区的不同而有所不同，负荷功率因数在最高峰时可以达到0.98左右，要根据实际情况来对变压器合理地进行调整和补偿，还需要有具体细化的应用方案来提升无功补偿的应用效果。我国的电气化铁路对无功补偿的应用主要方式是AT供电方式，用的是SCOTT变压器，用晶闸管电子开关来控制电容的投切，这个策略在我国铁路的现状上来看，能够很大程度地降低较长辐射线路上存在的负序问题，既降低了资源浪费的可能性，也提高了电气自动化系统的安全性。

3 无功补偿技术在供电系统中的应用

3.1 变电站

无功补偿技术变电站是一个供电区域的供电中心，用不同电压等级的配电线路向用户供电。按照“分级补偿，就地平衡”的原则，配电线路和电力用户应该基本达到无功功率平衡，不向变电站索取无功电力。容性无功补偿装置以补偿主变压器无功损耗为主，并适当兼顾负荷侧的无功补偿。容性无功补偿装置的容量可根据主变压器容量来确定，可按主变压器容量的10%～30%配置，并满足220～500kV主变压器最大负荷时，其高压侧功率因数不低于0.95的要求。当主变压器单台容量为40MVA及以上时，每台主变压器应配置不少于两组的容性无功补偿装置。变压器为建立并维持交变磁场所需消耗的无功功率约占30%，一般约为其额定容量10%～15%，他的空载无功功率约为满载时的1/3。变压器的无功功率损耗由两部分组成，励磁支路的无功功率损耗和绕组漏抗中的无功功率损耗。励磁支路的无功功率损耗与变压器所施加的电压有关，绕组漏抗中的无功功率损耗与变压器的通过功率成比例。无功功率不宜长距离输送，所以一般在超高压枢纽变电站主变压器低压侧安装无功补偿装置来满足无功功率的就地平衡，使其平衡在系统额定电压运行水平。

3.2 配电线路的无功补偿

（1）以分支线路所带配电变压器的空载无功损耗来确定分组补偿容量；（2）选择负荷较大的分支线确定补偿点；（3）小分支和个别配电变压器，可视为主干线上的近似均匀分佰负荷，可按需要确定补偿点和补偿容量；（4）所有配电变压器的负载无功损耗均以用户自主补偿为主，如果用户未进行补偿或补偿容量不足，仍需向主干线索取无功。从以上分析可见，线路的补偿容量是按配电变压器的空载无功损耗来确定的。带上负载以后，如果用户补偿设备投人不足，线路就会处于欠补偿状态。这虽然不是最优补偿方式，但可以达到补偿无功需求量70%左右的水平，对于目前我国的配电线路来讲，能做到也不容易了。研究表明，输电线路的无功过剩部分应在本线路的两端等量补偿，即在本线两端等量动态就地平衡。无功就地动态平衡指的是哪里有无功负荷就在哪里补偿，有多少无功负荷就补偿多少，什么时候用就什么时候补偿。

3.3 电力用户的无功补偿

用户无功补偿目的主要有两个：一是通过无功补偿，使用户内部供电网络的无功线损降到最低限度，以求获得最大的降损节电效益；二是通过补偿，达到国家规定的功率因数标准，并争取获得更多的电费奖励。加强用户侧无功补偿的管理和节能降损宣传力度，使用户认识到即使是未进行功率考核的小容量用户，加强无功补偿可以减少内部因传输和分配无功功率造成的有功功率损耗，因而相应可以减少电费的支出。因此在确定该单位应达到的功率因数最佳水平后，应分析并确定采用的最佳补偿方式和最优补偿容量电力用户的无功补偿方式，根据用户的供电规模和供电方式，分为三种形式：集中补偿、分组补偿和个别补偿。

[1]谢常华.电气自动化的发展[J].企业导报，2010（11）.

[2]李征光.中低压配电网的无功补偿优化[J].农村电气化，2006.