变电设计中的无功补偿分析

陈潮华

【摘要】无功电力则是影响电压质量的重要因素之一，可以说电压问题的实质就是无功问题。因此，对变电设计中的无功补偿进行分析论述就显得十分必要，对于我国电力优化具有积极的现实意义。

【关键词】变电；设计；无功补偿

前言：电力系统中常见的用电设备如异步电动机、变压器等，还有一部分输电线路，大部分属于感性负荷，在运行过程中需要向这些设备提供相应的无功功率。而无功电源主要有發电机、静电电容器、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。如果由发电企业直接向用户提供所需的大量无功功率，会导致输电线路及变压器因输送大量无功功率而造成大量的电能损耗，这是不经济的。

一、有关无功补偿的基本概念

无功补偿也被称之为无功功率补偿，在供电系统中，对于电网功率因数有着良好的提高作用，同时对降低供电变压器及输送线路中的先损耗和提高供电效率，改善供电环境都是十分重要的。一般而言，在配电系统中，无功补偿装置是一个不可缺少的基础装置，有着十分重要的地位与作用。在变电工作中，合理的无功补偿装置不但可以最大限度的降低线路造成的电能损耗，同时对于提高供电质量，供电稳定性有着重要意义。反之，如果在工作中电力系统中无功补偿装置的选择不当，极容易造成供电系统中电压出现大幅度变动，甚至是带来严重的谐波隐患和现象。目前常见的无功补偿主要可以分为视在功率、有功功率和无功功率三种。

1. 视在功率。视在功率主要值得是在电力线路中，电压和电流之间存在的差距与两者之间的乘积，通常在计算的过程中都是采用符号S表示，在计算的过程中通常都是有电流和电压进行相乘得出的一种功率形式。

2. 有功功率。指的是在交流电路中，电源在一定周期内发生的顺时功率变化和平均值变动现象，就目前的电力能源输送情况分析而言，有功功率主要值得是其在工作中所负载电阻消耗的能源和功率。这种能源形势通常以P 来表示。

3. 无功功率。在一般情况下，电感或者电容在线路中的运行情况下，通过将电源能量将电能质量转变成为相关能量储存起来，然后在应用的过程中将其返还给电磁场或者电源，以供电源进行良好工作。这种交换过程中没有受到其他环节的影响，也未曾发生过相关电能变动，因此在这个过程一般而言都是无功率值的过程，也被称之为无功功率，用符号Q 表示。电力系统中常用并联电容器的办法来补偿用电设备需要的无功功率，以此来提高功率因数，这被称为电容无功补偿法。通常我们用相位超前90 的容性无功电流抵消一部分相位滞后90。的感性无功电流，或者说补偿一部分无功电流（也就是说使ILIC）。并联电容器以后，功率因数角比补偿前的功率因数角减小了，功率因数C0S 就增大了。但并不改变感性功率负载的有功功率。只是得到同样的有功功率所需的视在功率减少了。就无功补偿装置而言，其在输入的过程中通过将具体的功率符合装置与感性功率负荷装置并联在一起，形成一个统一的电路形式，同时通过两者之间的能量转换来进行能源交接，这种方式通常被称之为无功功率补偿。

二、无功补偿的原理

无功功率的传输加重了电网负荷，使电网损耗增加，系统电压下降。故需对其进行就近和就地补偿。并联电容器可补偿或平衡电气设备的感性无功功率。当容性无功功率QC 等于感性无功功率QL 时，电网只传输有功功率P。根据国家有关规定，高压用户的功率因数应达到0.9 以上，低压用户的功率因数应达到0.85 以上。无功补偿的实质是要尽量减少无功功率在网络中传递，设法就地安装无功电源，从而满足电力用户及网络元件对无功功率的需求。在无功补偿电路中应用谐波抑制器能有效地抑制涌流，对高次谐波形成低阻抗通路。

三、变电设计中无功补偿的方式

从理论层面上来讲，最好的无功补偿方式为哪里需要，哪里补偿，在系统中不存在无功电流流动。但就电网的实际情况来看，这过于理想化，不可能实现，究其原因，是因为输电线路、变压器，乃至各种负载，均需要无功。从电网补偿装置安装的位置来看，主要包括以下几种无功补偿方式：在高低压配电线路中进行并联电容器组的分散安装；在变电所母线进行并联电容器组的集中安装；在

单台电机处进行并联电容器的安装；在用户车间配电屏和配电变压所低压侧进行并联补偿电容器的安装。在实施变电设计时，通常选择在用户开关柜与变压器低压侧间进行并联补偿电容器安装的方式，运用无功功率在变压器低压侧完成对控制器的自动补偿，且伴随负荷变化，以所测得的功率因数为依据来自动地切除或投入电容器的全部或部分电容。

四、变电设计中的无功补偿容量配置分析

变电站中电容器装置的安装投运能够降低无功功率的线路传递，减少线路损耗，节能降损下，促进电能质量改善和输变电设备效率的提高，服务于有限电能效益最大化的实现。但就变电站实际运行来看，存在因投上电容器后电压过高或过补电容器投不上的情况，从而得退下电容器，这样，不但基建投资增加了，且应有作用未得到发挥。相关技术导则中有如下规定：电压等级≤ 220KV 的变电站，应当结合需要，来进行无功补偿设备的配置，并按照主变压器容量来确定其电容。因此，在进行变压器低压侧无功补偿时，可做出如下考虑：一方面，

轻负荷情况下，配电网倒送无功会增加功率损耗，不具备经济性，故应当加以避免；另一方面，越高的功率因数，单位补偿容量的降损效果就会降低，出于对节能效果最大化的考虑，提高功率因数至0.95 较为科学、合理。故在配置无功补偿容量时，就可定为约0.125倍数的变压器容量。变电站电容器无功补偿装置是作为电力系统的重要节能设备存在的，是维持电网电压的关键设备，需要较大的投资，在电力生产与电能传输中，无功的合理分配和补偿是摆在设计人员面前的艰巨任务。遵循“不能过补，只能欠补”的原则，结合国家变压器设计标准，总

结出如下几点变电无功补偿容量配置的主要原则：

1. 变电无功补偿容量应当以线路参数、主变负载系数、主变参数为依据，来实施理论性的计算；

2. 以“不能过补，只能欠补”为前提，来避免无功倒流，且理论计算值必须大于实际的补偿容量；

3. 电容器每组的补偿量应当以相应主变容量为依据来加以确定，不适合平均分配，从而为随负荷情况投退或随主变投停相应电容量提供便利。对于变电系统的整体来讲，应当以“合理布局，全面规划，就地平衡，分级补偿”的基本原则为参照，来配置无功补偿量，将调压于降损有效结合，突出降损的主要地位，将分散补偿与集中补偿有效结合，突出分散补偿的主要地位，将用户补偿与供电部门补偿有效结合，突出就地平衡的主要地位，从而合理落实变电设计中无功补偿的配置与管理，促进无功补偿经济效益最大化的实现。

五、结束语

电压是电能的主要质量指标之一。电压质量对电网稳定及电力设备的安全运行影响重大，而无功功率又是影响电压质量的一个重要因素。随着电力系统联网容量的增大和输电电压的提高，输电功率变化和高压线路的投切都将引起很大的无功功率变化，系统对无功功率和电压的调节和控制能力的要求越来越高；合理的无功补偿点的选择以及补偿容量的确定，能够有效地维持系统的电压水平，提高系统的电压稳定性，避免大量无功的远距离传输，从而降低有功网损，减少发

电费用。

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