探析配電網無功補償優(yōu)化配置問題

[摘 要] 我國的經濟社會迅速發(fā)展，不管是城市還是農村與電網的關系日益密切，電網的安全、有效使用隨之成為一個重要的課題。為了保證電力系統(tǒng)的正常平穩(wěn)運轉，就需要根據(jù)供電電壓的標準符合配電網的控制標準，其中一項行之有效的措施就是對電網進行無功化補償，保證配電網絡的無功平衡，就能夠降低對電線的損耗，提高電壓質量。目前，無功補償已經較為廣泛地應用在各種等級的電網中，能夠合理地分配使用，對于提高電力企業(yè)的經濟效益和社會效益具有十分重要的意義。文章就配電無功補償優(yōu)化配置的問題展開相關的闡述，主要從無功補償?shù)暮x和原則，目前對于配電無功補償?shù)默F(xiàn)狀以及配電網無功補償?shù)姆绞郊皟?yōu)化表現(xiàn)等方面分析。

[關鍵詞] 無功補償；電網；優(yōu)化；效益

[作者簡介] 李瀚，廣東電網公司珠海供電局工程師，廣東 珠海，519000

[中圖分類號] TM727[文獻標識碼] A[文章編號] 1007-7723（2012）07-0086-0003

一、無功補償?shù)暮x和原則

（一）無功補償?shù)暮x

電網的無功補償是一種實現(xiàn)就地平衡的有效補償措施，可以避免由發(fā)電機提供無功功率并經過線路傳送帶來的加大網絡損耗、降低電氣設備利用率低等問題，可以保證電壓穩(wěn)定及供電質量，在遠距離的輸電途中提高系統(tǒng)輸電穩(wěn)定、能力及平衡的有功和無功功率。

（二）無功補償?shù)脑瓌t

無功補償在實際操作中需要遵循一定的原則，即規(guī)劃要完整、布局要合理、補償要區(qū)分、平衡要及時。具體而言，第一，無功補償既要能滿足全部電網的平衡化使用，又要不使局部的分線、分網有所遺漏；第二，無功補償既要對變電站進行大型的集中補償，又要對其他的電網設配、線路設施進行分散性的補償，不能忽略細微之處；第三，針對較長的線路以及分支較繁瑣的線路要進行兼顧調節(jié)。這部分線路由于面對的情況比較多樣，在使用中容易造成損耗，所以對此的補償?shù)轿粚a生顯著的改善效果；第四，要將供電部門與零散用戶的無功補償結合起來，否則會造成空載時過度補償或者滿負荷時缺乏補償，會影響無功補償所應該起到的調節(jié)作用，所產生的結果也就不能更好地改善現(xiàn)狀。

二、無功補償?shù)默F(xiàn)狀分析

（一）純電容器補償形式

由于電容器是非常脆弱的部件，而在當前電網中存在大量的諧濾，在采用純電容器形式對系統(tǒng)進行無功功率補償時，諧波電流經常被放大，造成用電設備、補償電容器、投切開關及相關元件的損壞。

（二）接觸器作為投切開關

采用接觸器作為投切電容器的開關時，響應速度較慢，在用電設備無功變化較快且有沖擊性負載的系統(tǒng)中，不能實施有效的跟蹤補償；電容器投入時，會產生較大的涌流；電容器切除時，會產生較高的過電壓；電容器再次投入之前需要充分地放電。

（三）等容循環(huán)投切的控制策略

采用等容循環(huán)投切的控制策略時，分組較粗、補償精度較差；用電系統(tǒng)長期處于欠補償狀態(tài)，平均功率因數(shù)低。

（四）普通型控制器

普通型控制器的抗干擾能力差，經常出現(xiàn)誤動作或死機現(xiàn)象，不適合（或不能夠）在有諧波的系統(tǒng)中工作；控制器的功能比較簡單，不能滿足先進（需要多種保護功能）的補償系統(tǒng)的控制要求。

（五）以三相共補的補償形式為主

在三相不平衡的負載系統(tǒng)中，不能實施有效的分相補償；保護措施不完善或沒有，在補償設備出現(xiàn)異常時，不能實施有效的保護；柜體結構成套裝置的制作一般采用分離元、器件，柜體內部結構復雜，組裝工藝難度大。

（六）元器件整體質量水平不高

由于元器件分別在不同的生產廠家購買，而元器件質量水平參差不齊，各種元器件之間的參數(shù)配合（匹配）不準確或不合理，造成補償設備運行不可靠，故障率高。

三、配電網無功補償?shù)姆绞郊皟?yōu)化表現(xiàn)

（一）根據(jù)等網損微增率確定無功電源的最優(yōu)分布

配電網中無功補償總容量的確定一般要考慮使優(yōu)化后網絡的平均功率因數(shù)在0.90以上，另外也取決于電網主管部門的投資力度。如果確定了補償設備的總容量，要將這些設備配置到網絡中的各補償點去，這是無功電源的最優(yōu)分布問題。若無功電源最優(yōu)分布的目標是有功網損最小， 在忽略線路無功損耗的情況下，該問題的數(shù)學模型為：

（二）配電線路的無功補償

把電容器安裝在線路桿塔上實現(xiàn)的補償就是所謂的配電線路無功補償。這種補償?shù)姆绞叫枰⒁獠荒馨才盘嗟难a償點，要采用簡單的控制方法，避免分組投切的控制。另外，不能讓補償?shù)娜萘刻螅乐惯^猶不及。在保護方面也要從簡，可以選擇熔斷器和避雷器作為過流和過壓保護所用。線路的補償方式在于提供線路和共用變壓器所需要的無功。它的優(yōu)點是投資較小、收益較快，在管理和修護方面也很方便，可應用于功率因數(shù)不高、負荷過重的長線路。但是這種方式適應力不強，在重載情況下會出現(xiàn)問題。

（三）隨機的無功補償

隨機補償主要是指把低壓電容器組與電動機相并接，在控制與保護中，把裝置與電動機同時投切，以實現(xiàn)無功補償。例如，在縣級的配電網覆蓋中，很大的無功功率會在電動機上消耗。如果能夠有效地解決這個問題，讓電動機的無功補償趨于平衡化，就能達到減少配電線路的損耗，還能加大電動機的輸出功力。這種補償方式的益處是把無功補償?shù)难b置在用電設備使用時投入，停止使用時自動退出，具有很多優(yōu)點，例如所占面積較小、安裝不復雜、維修較簡單、不易出現(xiàn)事故，等等。

（四）隨器的無功補償

將低壓電容器通過低壓熔斷器接在配電變壓器二次側，能夠起到對配電變壓器的空載無功進行補償?shù)男Ч@種方式就叫做隨器的無功補償。配電變壓器的空載無功主要是作為農網無功負荷的重點。這種補償方式的優(yōu)點是具有簡便的接線方式和方便的管理方式，在補償配電變壓器空載無功方面效果顯著。尤其是對于農網無功基荷的管理，能夠更好地達到無功平衡，進而能夠提高配電變壓器的實際使用率，對于用戶的功率因數(shù)也有很好的增高效果，經濟性較強，是比較行之有效的方法之一。但是由于這種方式使用的變壓器數(shù)量多安裝散，所以依然存在投資成本高和工作量大的問題。

（五）跟蹤的無功補償

跟蹤補償?shù)暮x是把控制保護裝置設定為無功補償投切裝置，在用戶的配電變壓器的低壓側實現(xiàn)低壓電容器組的補償。這種方式在一定程度上和隨器補償?shù)淖饔孟嗨?，主要使用的范圍?00kVA及以上的專用配電變壓器用戶。這種方式的優(yōu)點是能夠有效反應無功負荷的變動，運行方式較隨意，還能產生很好的補償效果。但缺點是成本造價太高，自動投切裝置的隨機性較大、控制保護的裝置不簡便，容易動一處而影響整體。但是對于大容量大負荷的裝配來說還是比較適用的。

四、結 語

綜上所述，將無功補償應用于電力系統(tǒng)是一項改善電壓質量、減少線路損耗、保障電網安全的重要措施，而且能夠及時地平衡無功負荷，提高電網在使用中的經濟運行水平，特別對無功補償?shù)牟粩鄡?yōu)化，能夠從更深層次解決在實際運用中的問題和不合理之處，有效降低電費的支出，減輕負擔，產生更加顯著的經濟效益和社會效益，也將實惠普及到每個用戶。

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