淺析配電變壓器的無功補償

林琳 林紅旺

【摘 要】本文針對我國配電網(wǎng)變壓器無功補償存在的一些問題，提出一種結(jié)合配電變壓器和靜止無功補償單元為一體化的無功補償技術(shù)。該技術(shù)是利用配電變壓器的富余容量，動態(tài)補償變壓器及其負載的無功消耗，并且通過靈活的接入電壓選擇，擴展補償單元電力電子器件的選型范圍，不但緊湊的一體化結(jié)構(gòu)有效降低了補償裝置的體積和成本，提高了裝置的整體效率，對配電網(wǎng)無功動態(tài)補償和綜合電能質(zhì)量控制有著顯著的效果。

【關(guān)鍵詞】配電變壓器；無功補償；電能質(zhì)量

一、背景

無功功率補償是電力部門和用戶共同關(guān)注的問題，合理進行配電網(wǎng)的無功補償對配電網(wǎng)降損節(jié)能，對改善電壓質(zhì)量意義重大。配電網(wǎng)無功補償方案有變電站集中補償、配電變壓器低壓補償、配電線路固定補償和用電設(shè)備分散補償。本文主要研究配電變壓器無功補償?shù)淖饔煤托б妗?/p>

二、目前存在的問題

我國的低壓配電網(wǎng)主要采用三相四線制供電，由于低壓配電網(wǎng)中存在著大量的如照明、電熱器、空調(diào)等單相負荷，加之用電的季節(jié)性、時段性、隨機性等諸多因素，使得三相四線制的中低壓配電變壓器經(jīng)常處在三相不平衡的運行狀態(tài)下，有時可能出現(xiàn)嚴重的不平衡狀況。變壓器的不平衡運行，使電網(wǎng)中產(chǎn)生負序電流和零序電流，這一方面增加了電網(wǎng)及配電變壓器的損耗；另一方面可能對用戶電器如電機等產(chǎn)生不利影響。嚴重的不平衡運行還降低了配電變壓器的容量利用率，尤其在用電高峰季節(jié)，可能出現(xiàn)一方面是電力負荷高需求需要增加設(shè)備的供電能力，另一方面是配電變壓器容量達不到充分利用的矛盾現(xiàn)象。配電變壓器點多面廣，數(shù)量特別龐大，所以解決好配電變壓器的不平衡運行問題對電網(wǎng)節(jié)能、提高配電變壓器容量利用率、減少電網(wǎng)投資將具有顯著而重要的現(xiàn)實意義。

（一）優(yōu)化配電變壓器的方法

目前，很多單位只是單純注重補償用戶的功率因數(shù)，而不關(guān)心降低電力網(wǎng)的損耗，選擇無功補償?shù)某霭l(fā)點還放在用戶側(cè)而已。例如，為提高某電力負荷的功率因數(shù)，增設(shè)1臺補償箱。雖然這對降損有一定幫助，但是假如要實現(xiàn)有效的降損，則必須通過計算無功功率潮流，確定各點的最補償量和補償方式，才能發(fā)揮有限的資金最大的效益。這是僅從電力系統(tǒng)角度分析問題。

無功功率優(yōu)化配置的目標是在保證配網(wǎng)電壓水平的同時，盡可能降低網(wǎng)損。由于它要對補償后的運行費用以及相應的安裝成本同時達到最小化計算過程相當復雜。

（二）量測配電變壓器無功補償?shù)膯栴}

目前10kV配電網(wǎng)線路上的負荷點一般無表計，維護人員的技術(shù)水平和管理水平又參差不齊，表計記錄的準確性和同時性無法保證。這對配電的潮流計算和無功優(yōu)化計算帶來很大困難。要爭取帶專用變壓器房用戶的支持，使他們能按一定要求進行記錄。380V終端用戶處通常只裝有有功電能表，要實現(xiàn)功率因數(shù)的測量是不可能的，這也是低壓無功補償難于廣泛開展的原因所在。

三、解決配電變壓器無功補償問題的新方法

配電網(wǎng)中使用的配電變壓器為10kV雙繞組三相變壓器，在絕大多數(shù)情況下是單臺運行，在配電變壓器低壓側(cè)進行補償，能有效降低配變電的損耗，也能降低線路損耗，這也是目前最普遍的補償方法。專用變壓器用戶的功率因數(shù)，實現(xiàn)無功功率的就地平衡，對配電網(wǎng)和配電變壓器的降損有一定作用，也保證該用戶的電壓水平。這種補償方式的投資及維護均由專用變壓器用戶承擔。目前國內(nèi)各廠家生產(chǎn)的自動補償裝置通常是根據(jù)功率因數(shù)來進行電容器的自動投切，也有為了保證用戶電壓水平而以電壓為判據(jù)進行控制。這種補償方式雖然利于保證用戶的電能質(zhì)量，但對電力系統(tǒng)并不可取。因為線路電壓的波動主要由無功量變化引起，而線路的電壓水平由系統(tǒng)情況決定。

四、新無功補償方法帶來的特點

（1）過零投切，Y/D混接，實現(xiàn)分相補償和三相共補；（2）響應迅速，補償準確，具有無功補償和配電監(jiān)測的雙重功能；（3）可提高功率因數(shù)、降低配電線損、提高配電變壓器利用率、穩(wěn)定電壓，提高電能質(zhì)量，降低用電成本；（4）保護功能齊全：具有過壓、過流、欠壓、缺相、短路、諧波超限等保護功能；（5）自動運行功能：停電退出，送電后自動恢復；（6）具有完善的數(shù)據(jù)采集、處理、統(tǒng)計、通訊等功能和友好的人機界面；（7）具有無功自動補償、電網(wǎng)運行監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集和通訊等三大功能；（8）具有功能強大的后臺管理軟件，可輕松完成運行參數(shù)分析、統(tǒng)計和打印報表。

五、無功補償?shù)牡膶嶋H應用注意事項

在實際應用中，補償裝置的選擇和使用要考慮以下問題：裝置實現(xiàn)自動投切、容量分級，快速響應，動態(tài)補償。為防止三相不平衡系統(tǒng)的無功倒送，應要求控制器檢測、計算三相無功投切控制。固定補償部分容量過大，容易出現(xiàn)無功倒送，動態(tài)補償能有效避免無功倒送。系統(tǒng)三相不平衡同樣會增大線路和變壓器損耗。對三相不平衡較大的負荷，如單相負荷多的用戶，應考慮采用分相無功補償；運行可靠性問題。裝置的可靠性在開關(guān)和電容器，電容器壽命與工作條件有關(guān)，因此裝置的投切開關(guān)是關(guān)鍵。實踐表明，戶外配變無功補償因工作條件差，晶閘管或接觸器補償裝置難滿足可靠性要求，機電一體開關(guān)（復合型開關(guān)）是最佳選擇，多種采樣方式，實現(xiàn)智能控制?？刂破鞯牟蓸游锢砹靠梢圆捎秒娏?、電壓、無功功率和功率因數(shù)等，具體視實際情況而定，做到合理、方便。從電網(wǎng)降低網(wǎng)損角度，取無功功率為控制量是最佳控制方式。對三相不平衡較大的負荷，采用分相無功補償裝置。在實現(xiàn)自動投切和電容器組顯示的基礎(chǔ)上，還可以做到裝置某些故障的監(jiān)測、控制。裝置有一定的保護措施。裝置設(shè)計缺相、相序檢查等方面的檢測功能，以便在系統(tǒng)出現(xiàn)缺相等故障時能切除電容器，保護設(shè)備。另外，在具有較大諧波干擾的情況下，裝置控制環(huán)節(jié)考慮抗諧波干擾。

六、結(jié)論

配電變壓器的無功補償是配電網(wǎng)降低網(wǎng)損、提高供電質(zhì)量的有效辦法，在配電變壓器低壓側(cè)進行無功補償是配電網(wǎng)無功補償?shù)囊豁椫饕胧瑢嶋H工作中，通過對配電變壓器的無功補償配置容量，可以大大提高工作效率。