淺談電網(wǎng)的無功補(bǔ)償與電壓調(diào)整

曾方明

【摘 ?要】目前，隨著我國電力企業(yè)的快速發(fā)展，我國電網(wǎng)的管理也需要進(jìn)一步的加強(qiáng)，電壓是確保電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，電壓的合格率是考核電力企業(yè)的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)，無功補(bǔ)償也是提高電壓合格率的一種方式。為了保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，本文就對(duì)電網(wǎng)的無功補(bǔ)償與電壓調(diào)整措施進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】電網(wǎng);無功補(bǔ)償;電壓;調(diào)整

目前世界范圍內(nèi)掀起環(huán)境保護(hù)的熱潮，電力系統(tǒng)是一種特定的環(huán)境，在輸配電網(wǎng)中出現(xiàn)的無功功率，是電網(wǎng)本身的運(yùn)行規(guī)律所決定，但同時(shí)它給電網(wǎng)運(yùn)行帶來了許多麻煩。無功功率是一種既不能作有功，但又會(huì)在電網(wǎng)中引起損耗，而且又是不能缺少的一種功率，所以在電網(wǎng)中要加入無功功率補(bǔ)償?shù)难b置，同時(shí)對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到電網(wǎng)利用效率最大化。

1、無功補(bǔ)償概述

無功補(bǔ)償?shù)娜Q是無功功率補(bǔ)償。在電網(wǎng)中設(shè)置無功功率補(bǔ)償裝置是為了向帶有感性負(fù)荷的設(shè)備提供相應(yīng)的無功功率，這樣就可以大大減少電源向感性負(fù)荷提供、由線路輸送的無功功率。對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行無功補(bǔ)償，可以提供電氣設(shè)備的利用率和功率的因數(shù)，進(jìn)一步減少有功產(chǎn)生的電力損耗。電力系統(tǒng)在無功補(bǔ)償?shù)淖饔孟拢軌蚝侠磉M(jìn)行電壓調(diào)整，使系統(tǒng)的抗干擾能力大大增強(qiáng)。目前，國內(nèi)電力系統(tǒng)的無功補(bǔ)償多采用傳統(tǒng)的方式，無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)無功補(bǔ)償，這樣也就無法保證電壓的穩(wěn)定性和連續(xù)性。無功設(shè)備的運(yùn)行還無法真正反映電網(wǎng)的實(shí)際情況，運(yùn)行人員在監(jiān)視系統(tǒng)電壓無功的時(shí)候需要時(shí)刻進(jìn)行調(diào)整，不僅工作強(qiáng)度高，還會(huì)在調(diào)整的時(shí)候出現(xiàn)過度的情況，從而造成電壓的波動(dòng)較大。無功補(bǔ)償?shù)淖谥际翘岣吖╇娦?，降低線路損耗，改善供電環(huán)境，所以，無功功率補(bǔ)償裝置在電力系統(tǒng)中的位置是不用置疑的。要改變傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償方式，就要合理選擇補(bǔ)償裝置，否則就會(huì)造成上述情況。

2、區(qū)域電網(wǎng)的特點(diǎn)

電力系統(tǒng)中的電源來自發(fā)電廠，并通過高壓或超高壓輸電網(wǎng)絡(luò)傳送到負(fù)荷側(cè)，然后由電壓等級(jí)較低的網(wǎng)絡(luò)把電能分配到不同電壓等級(jí)的用戶。這種在電力網(wǎng)中主要起分配電能作用的網(wǎng)絡(luò)就稱為配電網(wǎng)絡(luò)，而在電力負(fù)荷比較集中的地域，輸、配電網(wǎng)縱橫交錯(cuò)，電壓等級(jí)從220kV至6.3kV，涵蓋多個(gè)電壓等級(jí)，電網(wǎng)由地區(qū)電力調(diào)度統(tǒng)一指揮、指導(dǎo)和協(xié)調(diào)，我們將這樣的電網(wǎng)稱作區(qū)域電網(wǎng)。當(dāng)前我國的電力網(wǎng)損耗可分為3個(gè)等級(jí)：220kV及以上電壓等級(jí)網(wǎng)損;110kV及35kV網(wǎng)損;10kV網(wǎng)損。其中10kV配電網(wǎng)的降損空間最大。10kV及以下配電網(wǎng)網(wǎng)損大的突出原因在于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式不盡合理，無功補(bǔ)償裝置配置不合理和管理制度不健全等，另外配電網(wǎng)內(nèi)的大量高能耗變壓器也是導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)損耗大的原因之一。電網(wǎng)內(nèi)的負(fù)荷包括用戶的有功負(fù)荷和無功負(fù)荷及電網(wǎng)內(nèi)有功功率損耗和無功功率損耗。有功電源只能集中在發(fā)電廠，而無功電源既可由發(fā)電廠供給，也可根據(jù)就地平衡原則裝設(shè)在電網(wǎng)各負(fù)荷點(diǎn)。無功功率如果都要由發(fā)電機(jī)提供并經(jīng)過長距離傳送是不合理的，也是不可能的。因此，無功補(bǔ)償對(duì)區(qū)域電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是十分重要的。

3、輸電網(wǎng)的無功補(bǔ)償與電壓調(diào)整

輸電網(wǎng)多數(shù)無直供負(fù)載，一般不為調(diào)壓目的而設(shè)置無功補(bǔ)償裝置。參數(shù)補(bǔ)償多用于較長距離的輸電線路，有串聯(lián)補(bǔ)償（又稱縱補(bǔ)償）與并聯(lián)補(bǔ)償（又稱橫補(bǔ)償）之分。電壓支撐則多用于與地區(qū)受電網(wǎng)絡(luò)連接的輸電網(wǎng)的中樞點(diǎn)。

3.1電抗器補(bǔ)償

電抗器是超高壓長距離輸電線路的常用補(bǔ)償設(shè)備，用以補(bǔ)償輸電線路對(duì)地電容所產(chǎn)生的充電功率，以抑制工頻過電壓。電抗器的容量根據(jù)線路長度和過電壓限制水平選擇，其補(bǔ)償度（電抗器容量與線路充電功率之比）國外統(tǒng)計(jì)大多為70%～85%，個(gè)別為65%，一般不低于60%。電抗器一般常設(shè)置在線路兩端，且不設(shè)斷路器。

3.2串連電容補(bǔ)償

串聯(lián)電容用來補(bǔ)償輸電線路的感抗，起到縮短電氣距離提高穩(wěn)定性水平和線路的輸電容量的作用。串聯(lián)電容器組多為串、并聯(lián)組合而成，并聯(lián)支數(shù)由線路輸送容量而定，串聯(lián)個(gè)數(shù)則由所需的串聯(lián)電容補(bǔ)償度（串聯(lián)電容的容抗與所補(bǔ)償?shù)木€路感抗之比）而定。串聯(lián)電容補(bǔ)償一般在50%以下，不宜過高，以免引起系統(tǒng)的次同步諧振。輸電網(wǎng)中因阻抗不均而造成環(huán)流時(shí)，也可用串聯(lián)電容來補(bǔ)償。日本在110kV環(huán)網(wǎng)中就使用了串聯(lián)電容補(bǔ)償。

3.3中間同步或靜止補(bǔ)償

在遠(yuǎn)距離輸電線路中間裝設(shè)同步調(diào)相機(jī)或靜止補(bǔ)償裝置，利用這些裝置的無功調(diào)節(jié)能力，在線路輕載時(shí)吸收線路充電功率，限制電壓升高;在線路重載時(shí)發(fā)出無功功率，以補(bǔ)償線路的無功損耗，支持電壓水平，從而提高線路的輸送容量。中間同步或靜止補(bǔ)償通常設(shè)在線路中點(diǎn)，若設(shè)在線路首末端，則調(diào)節(jié)作用消失。輸電網(wǎng)的電壓支撐點(diǎn)與調(diào)壓輸電網(wǎng)與受電地區(qū)的低一級(jí)電壓的電網(wǎng)相聯(lián)的樞紐點(diǎn)，常設(shè)置有載調(diào)壓變壓器或有相當(dāng)調(diào)節(jié)與控制能力的無功補(bǔ)償裝置，或者二者都有，以實(shí)現(xiàn)中樞點(diǎn)調(diào)壓，使電網(wǎng)的運(yùn)行不受或少受因潮流變化或其他原因形成的電壓波動(dòng)的影響，在電網(wǎng)發(fā)生事故時(shí)起支撐電壓的作用，防止因電網(wǎng)電壓劇烈波動(dòng)而擴(kuò)大事故。電壓支撐能力的強(qiáng)弱，除與補(bǔ)償方法和補(bǔ)償容量大小有關(guān)外，更與補(bǔ)償裝置的調(diào)節(jié)控制能力和響應(yīng)速度有關(guān)。并聯(lián)電容器雖是常用而價(jià)廉的補(bǔ)償設(shè)備，但其無功出力在電壓下降時(shí)將按電壓的平方值下降，不利于支撐電壓。大量裝設(shè)并聯(lián)補(bǔ)償電容器反而有事故發(fā)生助長電網(wǎng)電壓崩潰的可能性。采用同步調(diào)相機(jī)和靜止無功補(bǔ)償裝置輔以適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)控制，是比較理想的支撐電壓的無功補(bǔ)償設(shè)備。近年來，國內(nèi)外均注重靜止補(bǔ)償裝置的應(yīng)用。

4、配電網(wǎng)的無功補(bǔ)償與電壓調(diào)整

4.1相位補(bǔ)償亦稱功率因數(shù)補(bǔ)償

用電電器多為電磁結(jié)構(gòu)，需要大量的勵(lì)磁功率，致使用戶的功率因數(shù)均為滯相且較低，一般約為0.7左右。勵(lì)磁功率——滯相的無功功率在配電網(wǎng)中流動(dòng)，不僅占用配電網(wǎng)容量，造成不必要的損耗，而且導(dǎo)致用戶電壓降低。相位補(bǔ)償是以進(jìn)相的無功補(bǔ)償設(shè)備（如并聯(lián)電容器）就近供給用戶或配電網(wǎng)所需要的滯相無功功率，減少在配電網(wǎng)中流動(dòng)的無功功率，降低網(wǎng)損，改善電壓質(zhì)量。中國對(duì)大電力用戶要求安裝無功補(bǔ)償裝置，補(bǔ)償后的功率因數(shù)不得低于0.9。

4.2區(qū)域電網(wǎng)電壓調(diào)整方法

電壓調(diào)整是一個(gè)極其復(fù)雜的問題。影響系統(tǒng)電壓的因素很多，區(qū)域電網(wǎng)中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓都不相同，各個(gè)用戶對(duì)電壓的要求也不一樣，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的具體要求，在不同的節(jié)點(diǎn)采用不同的措施，通常采取的措施如下：（1）增加或減少無功功率進(jìn)行調(diào)壓，如調(diào)整發(fā)電機(jī)無功出力、投入或退出并聯(lián)電容器和電抗器;（2）改變有功功率和無功功率的分布進(jìn)行調(diào)壓，如調(diào)壓變壓器、改變變壓器分接頭;（3）改變網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行調(diào)壓，如串聯(lián)電容器、投停并列運(yùn)行變壓器、投入或切除空載高壓線路等;（4）特殊情況下可以采用調(diào)整負(fù)荷分布或拉閘限電的方法進(jìn)行調(diào)壓，如轉(zhuǎn)移負(fù)荷、限制負(fù)荷等。對(duì)于大規(guī)模采用并聯(lián)電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)膮^(qū)域電網(wǎng)，當(dāng)系統(tǒng)中的某電壓監(jiān)測點(diǎn)電壓越限時(shí)，根據(jù)無功負(fù)荷的大小和電壓的高低來投切該點(diǎn)的并聯(lián)電容器，如果該電壓監(jiān)測點(diǎn)所在系統(tǒng)的其他監(jiān)測點(diǎn)的電壓變化與之相同，可以投切該系統(tǒng)內(nèi)上一級(jí)電壓等級(jí)母線的并聯(lián)電容器。

5、結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，必將有更加快速、有效、穩(wěn)定的電壓調(diào)整方法出現(xiàn)。電網(wǎng)電壓調(diào)整的方法還是很多的。但在很多情況下，既要考慮經(jīng)濟(jì)性，又要考慮穩(wěn)定性，還要考慮大多用戶，一種方法未必能完全調(diào)整到位。這就需要我們根據(jù)實(shí)際情況和經(jīng)驗(yàn)運(yùn)用多種方法綜合調(diào)節(jié)，才能保證電壓盡快恢復(fù)到正常范圍內(nèi)。

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（作者單位：國網(wǎng)四川省電力公司達(dá)州供電公司）