變電站無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔眉盁o(wú)功優(yōu)化初探

隋健文

（國(guó)網(wǎng)四川省電力公司檢修公司，四川 成都 610000）

變電站無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔眉盁o(wú)功優(yōu)化初探

隋健文

（國(guó)網(wǎng)四川省電力公司檢修公司，四川 成都 610000）

經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展促進(jìn)了我國(guó)電力行業(yè)各項(xiàng)工作的不斷完善，保障了我國(guó)社會(huì)發(fā)展所需的工業(yè)用電和人民的生活用電。但是，由于實(shí)際工作中受到諸多因素的干擾，變電系統(tǒng)的功率受到了很大影響，造成大量功率和電壓損耗問(wèn)題，這對(duì)電力行業(yè)的安全性、穩(wěn)定性和效益都有著非常不利的影響。為了解決這一問(wèn)題，我們對(duì)變電站的無(wú)功補(bǔ)償作用和優(yōu)化進(jìn)行了研究分析，這對(duì)保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有積極的意義。

變電站；無(wú)功補(bǔ)償；作用；無(wú)功優(yōu)化

最近幾年來(lái)，隨著我國(guó)科技的快速發(fā)展，我國(guó)人民的生活水平也在不斷提高，人們對(duì)電力的質(zhì)量和需求量也越來(lái)越高。這在一定程度上導(dǎo)致了我國(guó)電力供給與消耗間的平衡，使用戶和電力企業(yè)間的矛盾更加突出。因此，我們要結(jié)合國(guó)家的基本國(guó)情和企業(yè)的實(shí)際情況，制定積極的措施和方案，以緩解電力缺乏對(duì)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平提升所造成的壓力。按照我國(guó)目前的電力消耗情況，提高電網(wǎng)使用功率、降低輸電線路的能耗損失，是解決上述問(wèn)題的主要措施。在實(shí)際工作中，無(wú)功補(bǔ)償能夠?qū)θ嗖黄胶獾碾娏鬟M(jìn)行有效地調(diào)整，通過(guò)在不同相之間或零線與相之間添加不同類(lèi)型的電容器，能夠顯著改善各個(gè)相的功率因素，從而實(shí)現(xiàn)有功功率的平衡，提高電力企業(yè)的供電質(zhì)量，保證我國(guó)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全運(yùn)行。

一、無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)介紹

（一）無(wú)功功率

無(wú)功功率是電力系統(tǒng)中必不可少的重要部分，是電力和負(fù)荷間能力交換的反映，其大小也反映出電力和負(fù)荷間的能量交換幅度。無(wú)功功率不是沒(méi)有功率，它是指能量進(jìn)行轉(zhuǎn)換、輸送和轉(zhuǎn)換的前提。阻感負(fù)載在電力工業(yè)系統(tǒng)與用電負(fù)荷中占了非常大的比例，它的電流相位要比電壓相位滯后，現(xiàn)在比較常見(jiàn)的應(yīng)用包括異步電動(dòng)機(jī)、變壓器和熒光燈等。到現(xiàn)在為止，我國(guó)已經(jīng)建立的風(fēng)電機(jī)組也都是使用恒速風(fēng)機(jī)——異步發(fā)電系統(tǒng)，其中，異步風(fēng)機(jī)不僅能夠發(fā)出有功的功率，還能同時(shí)從系統(tǒng)中吸收部分無(wú)功功率，而且，在電力系統(tǒng)產(chǎn)生的無(wú)功功率中，異步電機(jī)和變壓器消耗占據(jù)很高的比例。另外，還有一部分無(wú)功功率被電力系統(tǒng)中的電抗器與架空線吸收。由于電器元件的自身性質(zhì)，為保證工作的正常進(jìn)行，阻感負(fù)荷會(huì)消耗部分無(wú)功功率。而且隨著科技的發(fā)展，相控裝置等各類(lèi)非線性設(shè)備被大量使用，使得這些裝置中的電流基波分量要晚于網(wǎng)側(cè)電壓，因此浪費(fèi)大量的無(wú)功功率，并使系統(tǒng)電流出現(xiàn)嚴(yán)重的非線性畸變，顯著增加了電網(wǎng)的額外負(fù)擔(dān)，對(duì)電網(wǎng)的正常運(yùn)行和電能質(zhì)量都產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響。除此之外，此類(lèi)裝置的諧波也會(huì)消耗部分無(wú)功功率。

在電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，無(wú)功功率分為兩個(gè)主要的部分：一個(gè)是由電流非正弦畸變?cè)斐傻母鞔沃C波無(wú)功功率，包括同頻率諧波電流電壓之間產(chǎn)生的無(wú)功功率與不同頻率諧波電流電壓間產(chǎn)生的無(wú)功功率；另一個(gè)是基波電壓與電流相位差造成的基波無(wú)功功率，這是由阻感負(fù)載等原因引起的，相對(duì)穩(wěn)定且容量較大。

（二）無(wú)功功率對(duì)電力系統(tǒng)的影響

在電力系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，很多負(fù)載任務(wù)和網(wǎng)絡(luò)組件都需要無(wú)功功率，而且無(wú)功功率必須通過(guò)其他設(shè)備提供。在這種情況下，由較遠(yuǎn)位置的發(fā)電機(jī)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離的傳輸是無(wú)法完成的。因?yàn)椋魏尾黄胶獾臒o(wú)功功率現(xiàn)象都會(huì)造成電壓發(fā)生一定的波動(dòng)，甚至損壞用電設(shè)備。無(wú)功功率對(duì)電力系統(tǒng)的影響主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

1.提高了變壓器和線路的電壓降：對(duì)于經(jīng)常性的沖擊性無(wú)功負(fù)載用電，如電弧爐用電、軋鋼機(jī)用電等設(shè)備，在使用過(guò)程中會(huì)頻繁產(chǎn)生無(wú)功沖擊現(xiàn)象，造成電壓的劇烈波動(dòng)，最終導(dǎo)致電能使用質(zhì)量的急劇下降；

2.使設(shè)備容量顯著增加：提高了無(wú)功功率會(huì)增大電網(wǎng)的電流，并進(jìn)而提高發(fā)電機(jī)、變壓器等設(shè)備的容量；

3.減少功率因數(shù)：提高了無(wú)功功率會(huì)顯著降低功率因數(shù)，并進(jìn)而降低設(shè)備容量的有效利用率；

4.提高了線路和設(shè)備的綜合損耗：提高無(wú)功功率會(huì)造成電網(wǎng)電流的增大，使得電力線路和設(shè)備損耗急劇增加。

電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償對(duì)維持電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行和穩(wěn)定發(fā)展都具有重要的作用，對(duì)供電負(fù)荷和系統(tǒng)運(yùn)行十分重要。最近幾年來(lái)，無(wú)功補(bǔ)償?shù)玫搅烁鲊?guó)研究人員的廣泛關(guān)注，并得到了快速的發(fā)展。由于遠(yuǎn)距離發(fā)送無(wú)功功率是無(wú)法完成的，因此，我們通常是通過(guò)就地補(bǔ)償?shù)姆绞綇浹a(bǔ)無(wú)功功率缺額的情況。下面，我們針對(duì)實(shí)際案例對(duì)無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔眠M(jìn)行詳細(xì)地描述。

二、無(wú)功補(bǔ)償重要作用分析

這里我們以220kV的變電站無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)為例對(duì)無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹匾饔眠M(jìn)行信息的分析：

（一）對(duì)110kV變電站電壓進(jìn)行調(diào)控

如果按照10kV情況下的無(wú)功補(bǔ)償進(jìn)行容量投切，那么此時(shí)的電壓變化量等于無(wú)功變化量與電壓器電抗乘積再除以變壓器變化值。這樣就能夠得出結(jié)論：110kV電壓與變壓器的變比成正比。

（二）對(duì)220kV變電站電壓進(jìn)行調(diào)控

因?yàn)?20kV電力系統(tǒng)的阻抗相對(duì)較小，因此單一變電站的無(wú)功補(bǔ)償容量不能滿足母線電壓的控制需求。所以，系統(tǒng)能夠進(jìn)行調(diào)節(jié)的最大能力就是阻抗和無(wú)功補(bǔ)償容量的乘積。所以，調(diào)控母線電壓需要通過(guò)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)控。

（三）對(duì)110/220kV電壓進(jìn)行調(diào)控

電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行的過(guò)程中，兩級(jí)相鄰的220/110kV之間，母線上如果是110kV電壓，則220kV變電站上需要將標(biāo)準(zhǔn)電壓設(shè)置為110kV，這樣才能保證電網(wǎng)的穩(wěn)定和安全運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)功優(yōu)化。對(duì)于上級(jí)為220kV的電網(wǎng)調(diào)度，則要求變壓器的高壓側(cè)必須和無(wú)功優(yōu)化值相同。

通過(guò)上面的分析，我們能夠得出：無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)對(duì)提高電網(wǎng)穩(wěn)定性，降低電能損耗具有積極的作用。具體表現(xiàn)如下：

（一）無(wú)功補(bǔ)償能夠顯著改善系統(tǒng)的功率等因素

對(duì)于三相不平衡的負(fù)載情況，合理進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償能夠平衡三相有功功率，并有效平衡系統(tǒng)的無(wú)功負(fù)荷。

（二）無(wú)功補(bǔ)償能夠?qū)﹄妷旱恼{(diào)節(jié)進(jìn)行改善

無(wú)功補(bǔ)償能夠提高用電側(cè)電壓的穩(wěn)定性，顯著改善電能的質(zhì)量。遠(yuǎn)距離傳輸過(guò)程中在適當(dāng)位置安裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備不僅能夠改善供電設(shè)備的裝置還可以提高供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和供電的能力。

（三）無(wú)功補(bǔ)償能夠?qū)ω?fù)載平衡性進(jìn)行有效調(diào)節(jié)

無(wú)功補(bǔ)償能夠顯著降低系統(tǒng)的設(shè)備容量，進(jìn)而提高負(fù)載和系統(tǒng)的功率系數(shù)，降低線路和變壓器的功率損耗。

因?yàn)闊o(wú)功功率補(bǔ)償?shù)淖饔檬滞怀?，因此?duì)無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)难芯烤途哂惺诛@著的意義。

三、無(wú)功優(yōu)化分析

無(wú)功優(yōu)化通常包含兩個(gè)方面的內(nèi)容，第一個(gè)是相關(guān)設(shè)備如何進(jìn)行有效的規(guī)劃設(shè)計(jì)，另一個(gè)是如何對(duì)電壓的無(wú)功優(yōu)化過(guò)程進(jìn)行控制。下面我們從高壓和低壓配電網(wǎng)進(jìn)行介紹：

（一）高壓網(wǎng)

針對(duì)高壓網(wǎng)進(jìn)行的無(wú)功優(yōu)化，必須按照分層設(shè)計(jì)、平衡處理的基本補(bǔ)償原則。也就是說(shuō)，要以電網(wǎng)負(fù)荷的實(shí)際水平和相關(guān)數(shù)據(jù)為前提，并通過(guò)有效的規(guī)劃和分析，合理配置變電站電容器與電抗器的安裝容量、安裝地點(diǎn)和分組方式。這樣才能有效解決在高壓網(wǎng)中使用無(wú)功補(bǔ)償所帶來(lái)的一系列問(wèn)題，對(duì)降低電網(wǎng)安全隱患，提高系統(tǒng)合格率，增加電網(wǎng)穩(wěn)定性都具有非常重要的意義。

（二）中低壓網(wǎng)

在對(duì)中低壓電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功優(yōu)化的過(guò)程中，需要綜合對(duì)各個(gè)負(fù)荷類(lèi)型下的補(bǔ)償需求進(jìn)行分析考慮，并制定一套滿足低壓配電網(wǎng)配置的無(wú)功補(bǔ)償優(yōu)化方案，這樣才能有效降低電網(wǎng)的實(shí)施成本，提高無(wú)功優(yōu)化的效益。無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑O(shè)置主要是指針對(duì)相關(guān)設(shè)備位置的設(shè)置、設(shè)備容量的設(shè)置和分組方式的設(shè)置，另外，還要深入分析優(yōu)化前后電網(wǎng)的損耗對(duì)比情況、工程預(yù)算情況和預(yù)期收益情況，并進(jìn)而有效解決中低壓電網(wǎng)中進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償時(shí)容量過(guò)大、管理規(guī)劃不足等問(wèn)題。

根據(jù)對(duì)變電站無(wú)功補(bǔ)償作用進(jìn)行有效的分析，可以發(fā)現(xiàn)，不僅變電站、發(fā)電廠和用戶都實(shí)現(xiàn)了無(wú)功平衡，輸電線路在兩端也實(shí)現(xiàn)了等量補(bǔ)償，從而實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)的分層平衡效果。對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行相鄰級(jí)電網(wǎng)優(yōu)化配置時(shí)，統(tǒng)一協(xié)調(diào)無(wú)功電壓，能夠在最大程度上實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電網(wǎng)的無(wú)功優(yōu)化，有效提高電網(wǎng)系統(tǒng)的功率、降低線路的輸電損耗，這對(duì)提升我國(guó)電網(wǎng)的供電質(zhì)量，促進(jìn)我國(guó)電力行業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的意義。

結(jié)論

本文通過(guò)實(shí)際案例的計(jì)算和分析，對(duì)變電站的無(wú)功補(bǔ)償作用和相關(guān)優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行了研究。變電站中的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備是電力系統(tǒng)的重要節(jié)能裝置，同時(shí)也對(duì)維持配電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定起到了十分重要的作用。通常情況下，無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的前期投資較大，但是在生產(chǎn)和實(shí)際運(yùn)行中，該設(shè)備能夠顯著降低電力損耗，降低電力企業(yè)的綜合運(yùn)行成本，因此具有非常顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。隨著我國(guó)無(wú)功補(bǔ)償?shù)目焖侔l(fā)展，無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備以其完善的性能得到了廣泛的推廣和應(yīng)用，對(duì)電力企業(yè)的成本控制起到了積極的作用。

［1］廖文彪.新型無(wú)功補(bǔ)償方式在變電站中的應(yīng)用研究［D］.廣東工業(yè)大學(xué)，2013.

［2］張勇軍，劉瀚林，朱心銘.地區(qū)電網(wǎng)感性無(wú)功補(bǔ)償優(yōu)化配置方法［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2011（11）：141-145.

［3］郭金剛.低壓配電網(wǎng)的無(wú)功優(yōu)化問(wèn)題研究［J］.農(nóng)業(yè)科技與裝備，2012（7）：55-57，60.

［4］劉偉.10kV及以下配網(wǎng)電容無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔眉皯?yīng)用［J］.電源技術(shù)應(yīng)用，2013（5）：258.

TM63

A