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输配电网无功补偿和补偿工程应注意的问题

发表时间：2020/11/9 来源：《基层建设》2020年第21期作者：宋岩

[导读] 摘要：随着社会进步、科技的发展，电力企业在如何更好地满足用户不断提高的用电需求同时，还要对用户电网进行更全面的管理、监控，提高供用电的安全可靠性，保证用户设备和配电网的安全运行，降低能量损耗。

        国网内蒙古东部电力有限公司科右前旗供电分公司内蒙古科尔沁右翼前旗 137700
        摘要：随着社会进步、科技的发展，电力企业在如何更好地满足用户不断提高的用电需求同时，还要对用户电网进行更全面的管理、监控，提高供用电的安全可靠性，保证用户设备和配电网的安全运行，降低能量损耗。在这个过程中，将有各种新技术、新设备发展起来，未来的无功补偿技术将会更加合理和经济有效。
        关键词：输配电网；无功补偿；注意问题
        1 输配电网无功补偿的作用
        （1）提高用电户的功率因数，提高用电设备的利用率，降低用电成本；
        （2）装设静止无功补偿器还能改善电网的电压波形，减小谐波分量和解决负序电流问题。对电容器、电缆、电机、变压器等还能避免高次谐波引起的附加电能损失和局部过热。
        （3）减少供电网络的有功损耗，提高线路的供电能力；
        （4）合理地控制电力系统的无功功率流动，从而提高电力系统的电压水平，改善电能质量，提高了电力系统的抗干扰能力；
        （5）在动态的无功补偿装置上，配置自动补偿调节器，可以改善电力系统的动态性能，提高输电线的输送能力和稳定性；
        2 输配电网无功补偿的方式
        2.1 变电站集中补偿方式
        针对输电网的无功平衡，在变电站进行集中补偿。补偿装置包括并联电容器、同步调相机、静止补偿器等，主要目的是改善输电网的功率因数，提高终端变电所的电压和补偿主变压器的无功损耗。这些补偿装置一般连接在变电站的１０ｋｖ母线上，因此具有管理容易、维护方便等优点。
        ２.2 低压集中补偿方式
        在输配电网中，目前国内较普遍采用的无功补偿方式是在输配电变压器３８０ｖ侧进行集中补偿。通常采用微机控制的低压并联电容器柜，容量在几十至几百千乏左右，根据用户负荷水平的波动投入相应数量的电容器进行跟踪补偿。主要目的是提高专用变压器用户功率因数，实现无功的就地平衡，对输配电网和输配电变压器的降损有积极作用，也有助于保证该用户的电压水平。这种补偿方式的投资及维护均由专用变压器用户承担。目前国内各厂家生产的自动补偿装置通常是根据功率因数来进行电容器的自动投切，这种方案虽然有助于保证用户的电能质量。但对电力系统并不可取。虽然线路电压的波动主要由无功量变化引起，但线路的电压水平往往是由系统情况决定的。当线路电压基准偏高或偏低时，无功的投切量可能与实际需求相去甚远，易出现无功过补偿或欠补偿。
        2.3 杆上无功补偿方式
        由于输配电网中大量存在的公用变压器没有进行低压补偿，使得补偿度受到限制。由此造成很大的无功缺口，需要由变电站或发电厂来补充，大量的无功沿线传输使得输配电网网损仍然居高难下。因此可以采用１０ＫＶ户外并联电容器组安装在架空线路的杆架上（或另行架杆）进行无功补偿，以提高输配电网功率因数，达到降损升压的目的。由于杆上安装的并联电容器远离变电站，容易出现保护不易配置、控制成本高、维护工作量大、受安装环境和空间等客观条件限制的工程问题。
        2.4 用户终端分散补偿方式
        目前我国城镇低压用户的用电量大幅增长，企业、厂矿和小区等对无功需求都很大，可直接对用户末端进行无功补偿。这将是最恰当地降低电网的损耗和维持网络的电压水平的有效措施。对于容量较大，负荷平稳且经常使用的用电设备，无功功率宜单独就地补偿。但应满足以下要求：①智能型控制，免维护；②体积小，易安装；③功能完善，造价较低。一般为组柜，一体化装置。

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        无功功率补偿的方法很多。例如：（1）利用过激励的同步发电机改善用电的功率。（2）同期调相机。（3）静止无功补偿器。（4）电力电容器。但并联电力电容器组作为补偿装置是当前国内外广泛采用的补偿方法，因为其具有安装方便、建设周期短、造价低、运行维护简便、自身损耗小（每千乏损耗约为0.3-0.4％以下）等优点。而其缺点是：电力电容器使用寿命较短，无功出力与运行电压平方成正比。当系统运行电压降低，补偿效果降低。而运行电压升高时，对用电设备过补偿，使其端电压过分提高，甚至超出标准规定，容易损坏设备绝缘，造成设备事故。为弥补这一缺点，应采用相应措施以防止向电力系统倒送无功功率。
        补偿低压基本无功功率的电容器组、常年稳定的无功功率、经常运行的变压器且投切次数较少的可以采用手动控制；无功自动补偿装置已经广泛应用，建议采用智能型免维护无功自动补偿装置，具备自动过零投切、分相补偿功能。建议采用晶闸管——交流接触器复合投切电容器型式实现循环投切控制、分相补偿，投切时不产生瞬变，投切时间小于一个周期，不会产生谐振波。
        3 输配电网工程中无功补偿工程应注意的问题
        3.1 明确无功补偿因素
        对于输配电网系统进行无功补偿优化设计，首先需要确定以下几个因素：第一，确定无功补偿点。为了减少电力系统维修工作量，降低维修的难度，可以在每条馈线中确定无功补偿点，同时设置一个上限，一般为五个；第二，确定无功补偿容量。确定无功补偿容量的方式一般为最小负荷法。对于城市输配电网运行的情况来看，绝大多数的无功补偿装置都是事先安排设计好的，因此无功补偿的容量也没有办法进行调整。为了避免输配电网运行过程中出现倒送功的情况，采用最小负荷的形式，进行潮流计算，将无功补偿点流出的无功量作为具体的设计容量，进而实现对输配电网的无功补偿优化；第三，当输配电网处于最大负荷运行时吗，需要适当的增加无功补偿点。由于无功补偿容量一般是根据最小负荷设计的，但是在处于最大负荷运行过后层中，还需要对运行情况进行认真的检验，保证其负荷相关条件。如果某一个无功补偿点电压低于下限，采用增加无功补偿点的方式，能够实现对电压的调节。
        3.2 选择合适的无功补偿方式
        输配电网无功补偿优化设计过程中，需要不断的优化输配网的功率因数，利用变电站集中补偿的方式提升因数。合理的无功补偿方式对无功补偿的质量具有很大的影响，针对输配网运行的情况，可以根据实际情况选择以下几种无功补偿方式：
        第一，随机补偿法。这种无功补偿方式主要是将低压电容器与电动机连在一起，利用控制设备，实现对电动机以及继电保护装置的同时投切。一般来说，这种方式通常用于电动机耗损补偿中，能够实现对用电企业无功负荷的合理调节；
        第二，随器补偿法。这种无功补偿方式主要是利用低压保险设备将输配电变压器与电容器连接起来，并置于输配电变压器的一侧，能够为变压器空载补偿无功功率，适合在变压器空载或轻载时期使用；
        第三，跟踪补偿方式。这种无功补偿方式主要是通过投切设备，完成对输配电网相关设备的保护以及控制，主要是将低压电容器组作为一种配网母线补偿方式，一般用于专用输配变电用户系统中，具有明显的补偿效果。
        结语
        随着电力系统的发展，在输配电网中，使用无功补偿，对于保障电网的安全运行，提高供电稳定性，降低电网功率损耗有重要意义。实际工作中，应从技术、设备、经济等方面寻求最优的补偿方案。
        参考文献
        [1]卫才猛,唐维杰,张震.无功补偿解决配电网低电压问题的对策研究[J].中国高新科技,2017,1(12):81-83.
        [2]郑宏杰.10kV配电网无功补偿优化配置[J].企业技术开发,2017,36(11):129-130+133.
        作者简介：姓名：宋岩（1985.10.02），性别：女，民族：满，籍贯：辽宁，本科学历，中级工程师，输配电方向