变电一次设计中无功补偿设计探析

赵卉

摘 要：随着社会经济的不断发展和进步，我国的电力资源发展越来越快。在这一过程中，大量电力电子和功率变换设备投入使用对我国电力资源的调度和优化配置提出了新的挑战。为最大限度地满足广大用户对电力的消费需求，本文就变电一次设计中无功补偿方案进行了一些分析和研究。

关键词：变电一次设计 无功补偿技术 电抗器 电容器

引言

所谓的无功补偿指的是将感性和容性的两种功率负荷的装置通过并联的方式安装在同一线路上。所以可以将两种负荷装置视为一种能量的轉换器，可以完成两者之间能量的相互转换，它们输出的无功功率也可以实现互相补偿。将这种技术应用到变电设计中，通过无功补偿装置的适当调节，电力系统中功率因数得到提高，线路损耗得到改善，电力资源得到更好的优化配置。

1、无功补偿在变电设计中的重要性

异步电动机和变压器等电力系统中普遍的用电设备都属于感性负荷设备，这些设备在运行的过程中需要无功功率的提供，但是无功功率在沿着电力系统的输电网络进行传播的过程中就会产生非常大的有功功率的消耗和电压的损失。为了避免这种情况的发生，最大程度上的减少无功功率在输电线路输送过程中的损耗，有效的增大配电设备的工作效率应该采用“分级补偿，就地平衡”的无功补偿设备配置方式，对无功补偿设备进行合理的配置。通过对于无功补偿装置合理的分配以及改变电网的无功潮流分布，可以极大程度的减少有功功率和电压在电力输送过程中的损耗，达到改善居民和企业用电质量的目的，同时也能减少供电单位的经济损失。随着新能源技术的发展，大量的电力电子设备投入使用，这对系统无功功率补偿提出了新的要求和挑战。在无功补偿装置设置的过程中应该具体的从电网电压、有功分配、调相调压、系统稳定性、有功分配、谐波抑制、暂时过电压和潜供电流等多方面来考虑无功补偿装置的地点设置问题、控制方式问题、接线形式问题，以及保护措施和技术条件等问题。

2、电力变电设计中的无功补偿技术

2.1调相机同步

调相机是最早使用的无功补偿设备，其工作的原理与空载运作的同步电动机相似。当同步电机处于过励运行时，从电力系统汲取超前与电压相位的励磁电流，使得系统接收到无功功率，调相机起到无功电源的作用；在欠励运行状态下的调相机则会从系统中吸收无功功率，从而起到无功负荷的效果，使得同步调相机能够按照该装置产生的电压对吸收或者输出的无功功率作出相应的改变，通过调节电压来确保系统的稳定性。但是同步调相机是旋转机械，这就决定了其有功损耗过大。而且同步调相机如果采取小容量，则会导致其单位容量的成本显著提升。虽然随着控制技术的不断进步，其控制性能也获得了一定程度的改善。但就现阶段的情况而言，此无功补偿的装置仍然只是在生产中使用。

2.2 电容器

无功补偿中电容器的运用其工作原理就是将电容器并联在系统当中以提升系统的容性负载，进而再向系统输出容性功率，完成感性负荷以及线路对于感性无功功率的需求，最终实现无功补偿的作用。利用电容器来实现无功补偿具备一系列的优点，比如一次性投资以及运行费用较少，安装调试便捷，效率高，损耗低，不仅可以集中使用，也可以分散装设。就目前的情况而言，我国电力系统中有90%的无功补偿容量都是通过并联电容器来实现的。但是，该装置提供的无功功率与对应节点电压数值的平方具有正比例的关系，这就决定了节点电压较低的情况下使用电容器进行无功补偿的效率很低。对于补偿效果来说，改变系统电压的时候，也会使得该装置的补偿效果显著降低。

2.3 电抗器

并联电抗器在无功补偿装置中是非常重要的组成部分，其最大的优势在于能够通过增加感性无功功率，从而实现对电力系统中冗余的容性无功功率的平衡，对于轻负荷、输送功率小的电力系统具有很好的效果。如果电力系统出现轻负荷、输送功率小的情况，就会使得输电线路中的感性无功功率降低，然而传输线的电容特性使容性无功功率超过感性无功功率。为了确保系统电压水平，就必须维持系统的无功平衡，否则便会使得电力系统的电压产生波动，严重威胁着系统运行的安全性与稳定性。

3、无功补偿设计分析

以某煤矿变电所为例，35k V的变电所目前共有两个电压等级，其中35k V采用双母线接线，共有出线4回；10k V采用单母分段接线，共有出线28回；该变电所与煤矿地面和井下负荷连接，是该矿最重要的变电所。

3.1 设定无功补偿目标

在对该变电所进行综合分析后，总结该变电所负荷自然功率因数较低，具有负荷变化大，变化速度快，加之该矿的大型驱动设备均采用变频、整流设备，因而产生的高次谐波危害煤矿用电设备的安全运行。在此基础上，我们对无功补偿的目标值进行了设定。

3.2 设计无功补偿方案

为了对无功功率进行有效补偿和对高次谐波的抑制，若采用普通的集合式电容器，其投、切电容器的容量级差太大，难以满足煤矿的无功补偿要求。因而本次设计采用SVG型动态无功补偿装置，10kV两段母线各一套，该装置具有自动平滑调节无功补偿容量、系统响应速度快，保证系统35kV母线功率因数始终保持在0.95以上，而且加设的滤波支路可以有效抑制高次谐波对系统产生的危害。

3.3 无功补偿运行策略的设计

通过上述分析能够得出，变电所无功补偿运行策略需要注意下面三个问题：（1）控制点的选择。（2）快速辨别功率因数的变化情况。（3）装置的灵敏度和相应速度。由于变电所无功电源和负荷都集中在10k V侧，所以控制电压要取自10k V，提高系统电压的稳定性；另外还要留有动态无功备用。

4、结论

综上所述，对变电一次设计及其无功补偿设计分析是促进我国电力发展的基本需要，所以，通过对它们的分析，从而更好的对其进行完善，进而加快我国电力资源的发展。

参考文献

[1]余健敏.电力变电设计中的无功补偿技术探讨[J].中国高新技术企业，2015，03：24-25.

[2]聂宁.变电设计中无功补偿装置的设计方式探析[J].通讯世界，2015，05：124-125.

[3]朱承志.变电设计中的无功补偿分析[J].科技创新与应用，2012，29：134.