浅析变电一次设计中无功补偿的优化设计

熊铠

摘 要：变电一次回路是电力系统中的重要设备，变电一次回路中的无功分量对电网中的电能质量带来了不好的影響。无功补偿装置可以提供容性负荷，感性负荷及容性和感性混合负荷的装置。无功补偿装置所提供的能量可以消减电网中的无功分量，提高功率因素，减少变电一次设备发热，减少能量损失，延长一次设备使用寿命。本文通过对一次回路的构成分析以及无功补偿装置的形式以及优化设计原则进行分析。

关键词：一次设计 ;无功补偿; 优化设计

一次回路中的无功分量由于电网或负荷的原因而产生了波动，若能对这些随机出现的无功分量进行实时补偿，可保证电压稳定，减少一次回路中的无功分量同时可以减少无功分量对电网中的设备所带来的伤害。随着国家建设的不断推进，用电设备越来越多，尤其是提供能量转换的电动机，其运行所产生的无功会源源不断的馈入电网一次回路中。在一次回路设计过程中，根据相关设计规定，在进行变电一次设计时必须符合国家的法律法规和经济政策，并依据具体项目的实际情况如：电网波动、谐波大小、自然环境等合理的选择无功补偿装置的形式及相关参数和控制方式，以保证无功装置安全可靠经济运行，并能方便检修和维护。

1. 变电一次回路简介

一次回路是指在电力系统中完成输发电、变配电的主要设备，按照一定的结构形式组合而成的回路。它是电能的主要载体，一次系统上的电能特征主要是电压高，电流大。常见的一次回路设备主要有完成发电的发电机，完成电压变换的变压器，实现电路分断的熔断器，高压断路器和高压隔离开关等，完成无功补偿的电容投切装置，静止型无功功率补偿等。实现电气设备连接的母排，电缆及架空线路等。一次设备相互连接后，可构成单母线形式及双母线形式，其主要由连接母线结构形式确定。单母线型主要适用于小型发电站及辐射区域小或无重要设备的变电站所。双母线型也称为双汇流排式，其主要特点是由两根汇流排将设备连接在一起，两根汇流排之间设立连接开关，供电设备可实现在不影响用户的情况下进行检修作业。

变电所是厂网及用户之间的重要连接枢纽，主要起到汇集和分配电能的作用。变电所按其所实现的功能可分为升压变电所，降压变电所及枢纽变电所。按管理形式可分为无人值守及有人值守两类。按结构形式可分为室内型变电所及室外露天型变电所。按规模或电压等级可分为500KV，330KV，220KV，110KV，及35KV几类。升压变压器主要修建地点为发电厂内或者是发电厂附近，将发电厂发出的电升高电压后供入输电网络中完成电能高压输送以减少电能损耗。降压变电所主要修建在区域电力负荷中心位置，将电网输送过来的高压电降低电压等级后，供用户使用。枢纽型变电所主要是多个大电源以及联络线路的交汇点。一些重要的或者是需要经常进行操作的变电站所一般都会采取有人值守的形式，值守人员可同时完成变电站所的点巡检及操作，维护等工作，其他站所大都采用远程监控，或者是由其他站所完成临时巡检操作任务。高压变电所多数都采用室外布置的形式，在部分人员密集的市区及工厂内或者是环境恶劣地方或者电压等级在110及以下的变电站所一般会布置在室内。

2. 无功补偿装置

变电一次回路中的无功设备按照变电一次回路的电压等级安装地点及负荷变变化情况而选则不同的形式。动态无功补偿装置主要有：调压式，磁控式，相控式及SVG智能型无功发生器四种。

电容器组前加装电压调节器来改变电容器端部的输出电压就是调压式动态补偿装置的原理。改变电容器端电压可调节无功输出，进而改变无功输出容量达到调节系统功率因素的目的。这种类型的装置多数采用分档输出的模式，分接头多为机械式，在实际的应用过程中存在过补偿、欠补偿及分接头响应慢等问题。电容器在调压过程中处于充放电的状态，对其寿命产生不好的影响。

电容器组并联磁控电抗器，磁控电抗器改变铁芯磁导率，使电抗值连续可调，利用电抗器的电抗值和电容器的电容值相互抵消的方式来实现无功功率的柔性补偿。

电容器组并联一套相控式电抗器，通过SCR来控制流过电抗器的电流从而使电抗器输出不同的无功容量，和电容器组输出的无功值为固定值，通过固定的容性无功值和变化的感性无功的组合达到无功实时可调的目的。SCR管容易被击穿，维护困难，特殊型号还需要水冷却是相控式无功补偿装置的缺点。

SVG并联于电网中，相当于给电网并联了一个可以跟随负荷无功电流变化而不断变化的无功电源。可自动补偿系统所需的感性或者容性无功功率。占地面积小可布置于室内，节能效果好。

变电站补偿是无功补偿的重要方式。在变电站进行无功补偿可平衡电网的无功功率，改善电网的功率因素，减少系统终端变电站母线电压的损失，补偿主边及输电网上的无功。跟踪补偿是将无功补偿装置安装在变压器低压侧，自动投切装置根据用户侧电网内的无功分量，自动将无功补偿装置分级投切以实现跟踪补偿的效果。

3 无功补偿装置的设计原则

无功补偿原则上应按就地，分区，区分电压等级，使系统枢纽点位的电压在故障后均能稳定在规定的范围内。变电站内的无功装置的容量和形式，应根据电力系统的相应现状和远期规划，充分调研调相，调压以及对电能质量的要求来选取。无功补偿装置可按照无功负荷变化的情况以及电网结构的演变情况来进行分期装设。

并联电容器组和并联电抗器组的补偿容量应低于主变压器容量的30%，分组投切时应充分考虑高次谐波谐振以及抑制有害谐波。分组投切时对变压器中压侧的母线电压扰动值应控制在2.5%以内。在选择分组投切的并联电容器组的串联电抗率时，应充分考虑电容器组的合闸涌流，充分验算谐波放大对系统的影响以及是否在电容器组承受的范围内。如果进入母线的谐波分量没有实测值时，按照SD126中规定的相关值进行计算。

无功补偿装置的额定电压应与所接入的网站电压相匹配。其接线方式应根据补偿性质，设备性质以及无功补偿装置的分组情况确定。无功补偿装置宜采用单母线接线，为保证载波通讯的质量，阻播器母线侧适宜安装无功补偿装置。

当母线短路电流超过低压并联电抗器回路的断路器允许值时，可在断路器前方加装起限制电流作用的电抗器，或将断路器安装于电抗器中性点侧。

串联电抗器最好选用空心干式电抗器，其安装位置是安在电容器的中性点处还是安装在电源侧，应根据电容器的接线方式，电抗器的动热稳定电流以及母线的短路容量来确定。高压并联电抗器在两个回路共用一个电抗器时应加装断路器，在靠近电抗器的位置装设线路型的避雷器来保护高压电抗器。无功补偿装置中的电器及导体长期运行的电流按照大于最终电抗器运行电流1.1倍选取。

4总结

本文通过分析一次回路的构成，无功补偿装置的类型，讲述了变电一次回路中无功补偿装置的优化设计原则。无功补偿装置的选型原则应依据项目所在地的实际情况以及中远期规划来选择补偿装置的形式，以及补偿方式。在设计无功补偿装置时应根据电能质量要求指标合理确定断路器的安装位置，接线方式以及电抗器的防雷保护形式等。

参考文献：

[1]刘鑫，杨延勇，单金博.变电站无功补偿设计优化方法研究[J].电力勘测设计，2019（08）：49-51+69.