变电所无功补偿装置的应用分析

科学论坛　—　■Ｉ　变电所无功补偿装置的应用分析　程殿全　（大庆油田电力集团供电公司头台一次变电所　黑龙江　大庆　１６３０００）　［摘要］本文就变电所无功补偿装置的应用进行分析。　［关键词］变电所　无功　电容器　补偿　应用　中图分类号：ＴＭ　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—９１　４ｘ（２０１０）２５—００３９一Ｏ１　前言　我们头台～次变电所主要担负头台油田、兴茂油田、敖南油田　一、的生产生活供电任务，现有３５千伏线路４条，１０干伏出线ｌ４条，随　可随之平滑地改变输出无功电流的大小和方向，对电力系统的稳定运　行很有好处。但同步补偿器成本高、安装复杂及维护困难的缺点，使　其应用受到限制。　着负荷的逐渐增加，主变ｌ０　伏侧的功率因数也逐年降低，２００８年　平均功率因数Ｏ．９４ｌ，２００９年１—９月平均为Ｏ．９１，所内现有１０千　伏电容器组２组，每组６Ｏ瓶，共ｌ２０瓶，单瓶容量５０Ｋｖａｒ，总容量　６０００Ｋｖａｒ，现运行２组，９　９瓶，运行容量４　９５０Ｋｖａｒ。　二、无功功率的产生原因　电网中的感性负载（如电机，扼流圈，变压器，感应式加热　器及电焊机等）都会产生不同程度的电滞，即所谓的电感。感性负载　具有这样一种特性，即使所加电压改变方向，感性负载的这种滞后仍　能将电流的方向（如正向）保持一段时间。一旦存在了这种电流与电　压之间的相位差，就会产生负功率，并被反馈到电网中。电流电压再　次相位相同时，又需要相同大小的电能在感性负载中建立磁场，这种　磁场反向电能就被称作无功功率。无功功率比较抽象，它是用于电路　内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。　它不对外做功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气　设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。　无功功率过高危害　１、会导致电流增大和视在功率增加，导致系统容量下降；　２、无功功率增加，会使总电流增加，从而使设备和线路的损耗　增加；　３、使线路的压降增大，冲击性无功负载还会使电压剧烈波动。　为了减少损耗，应合理补偿无功功率。无功补偿装置中应用最多　的是并联电容器装置，是调节电压、提高功率因数、改善电压质量的　有效手段，合理的无功补偿可以最大限度地利用设备供电能力，提高　用电效率。　三、无功功率的计算　无功优化计算是在系统网络结构和系统负荷给定的情况下，通　过调节控制变量（发电机的无功出力和机端电压水平、电容器组的　安装及投切和变压器分接头的调节）使系统在满足各种约束条件下网　损达到最小。通过无功优化不仅使全网电压在额定值附近运行，而　且能取得可观的经济效益，使电能质量、系统运行的安全性和经济　性完美的结合在一起。无功补偿可看作是无功优化的一个子部分，　即它通过调节电容器的安装位置和电容器的容量，使系统在满足各种　约束条件下网损达到最小。　（１）技术方法。　从系统历史数据库中获取系统日大方式的数据断面。假定所有并　联补偿节点上具有足够的无功补偿容量，采用改进的二次规划法，进　行无功优化计算，得到各补偿节点最优的无功补偿量。将最优无功补　偿量与实际无功补偿量进行对比，得出节点无功缺额。根据无功缺额，　确定无功补偿点及所需配电容器的类型及个数。　（２）无功优化算法。　无功优化算法以目标函数为网损最优，以并联补偿节点的无功补　偿作为控制变量，　以母线电压的考核上下限作为约束进行优化计算。　无功优化和补偿的原则　在无功优化和无功补偿中，首先要确定合适的补偿点。无功负　荷补偿点一般按以下原则进行确定：　１）根据网络结构的特点，选择几个中枢点以实现对其他节点电　压的控制；　２）根据无功就地平衡原则，选择无功负荷较大的节点。　，　３）无功分层平衡，即避免不同电压等级的无功相互流动，以提　高系统运行的经济性。　四、无功补偿装置种类及特点　１）静电电容器和同步补偿器，多用在系统的高压侧进行集中补　偿。并联电容器补偿至今仍是一种主要的补偿方式，应用范围很　广。同步补偿器实质是同步电动机，当励磁电流变化时，电动机　２）动态无功补偿装置。在无功补偿技术中，就地补偿是效果　最为理想的一种，但因负载具有分散性大和数量多的特点，要求无功　补偿装置体积小、成本低、操作方便及易于维护和安装，而且必须能　进行动态补偿。动态无功补偿能够很好的解决这一问题，抑制由于冲　击性负荷引起的电压波动和电压闪变，补偿效果明显优于传统的固定　电容器补偿。　无功补偿与电力电子技术结合的方式有３种：一是作为投切电容　器的开关。因为电力半导体开关的响应时间短，所以能够准确地选择　电容投切的角度，并实现零电压导通，避免了涌流的产生，提高了电　容器使用可靠性和电力系统的稳定性。二是作为无功输出的调节开关。　正是由于电力电子器件的高开关频率，可以方便地控制电容器电流的　导通角，从而实现无功的连续调节，快速跟踪负载无功的变化。三是　引入电力电子变流技术，将变流器作为无功电源来补偿无功。　五、无功补偿装置在我所应用效果　我所所内现有１　０千伏电容器组２组，每组６　０瓶，共１　２　０瓶，　单瓶容量５０Ｋｖａｒ，总容量６０００Ｋｖａｒ，现运行２组，９９瓶，运行容量　４９５０Ｋｖａｒ。２００８年自然功率因数为０．８７５，补偿后为０．９４１，２００９　年１—９月自然功率因数为０．８４８，补偿后为０．９１。为使无功补偿达　到最优，我们对１０千伏负荷性质，不同时段的负荷变换进行了监测，　通过分析负荷、功率因数变化、计算出了１０干伏Ｉ、ＩＩ段所需的补偿　量，确定了应该投入的电容器瓶数，提高了功率因数。我们还根据季　节变化定期监测、调整电容器投入的瓶数，使之保持在最佳状态。由　于我所１０干伏母线为分列运行，头台地区昼夜负荷变化大，ｌ０干伏　Ｉ、ＩＩ段所带负荷不平均，１０千伏Ｉ段负荷比ＩＩ段大，Ｉ段电容器组　全部投入后功率因数达不到要求，而ＩＩ段电容器全部投入后功率因数　将超前，故Ｉ　Ｉ段没有全部投入，致使１０千伏整体功率因数在补偿后　仍然较低。如加大补偿容量，采用动态补偿装置将可改善现状。　六、无功补偿应注意问题　１、对电动机进行个别补偿时，如在负载情况下将功率因数　补偿到１，则电动机在空载状态下功率因数会发生超前补的现象。而　过补电动机在切断电流时，由于补偿器的放电作用，相当于供给电　动机励磁电流，使仍在旋转的电动机变成感应发电机，这时电动机　的端电压会超过额定电压许多倍，致使电动机及电容器的绝缘破坏　而发生事故。　２、降损与调压相结合，以降损为主。无功补偿的主要作用和最　大的经济效益是降损，同时兼顾满足调整电压的要求，以保证电压质　量。对于有些轻载运行的线路，因电压偏高，配电变压器的铁损占线　损的７Ｏ％以上，不宜再装电容器组，否则特别是后半夜往往使线路电　压升得过高，会使配电变压器铁损进一步增加，反而使线损增高。全　面考虑高低压系统的补偿容量，当电压已临近额定电压的＋５％时，电　动机的自然功率因数再低，也不能盲目地增加无功补偿，以防止电压　升得过高造成不安全事故的发生。　３、防止高次谐波电流对补偿装置的影响。无功就地补偿装置不　宜同晶闸管装置等安装在同一台变压器的系统内，防止高次谐波电流　损坏补偿装置。必须合理地配置电容器和电抗器，避免电气参数匹配　不合理发生谐振。以控制谐波电流的放大，保证电容器、电抗器和整　个电网无功补偿和安全运行为准则。　４、对于企业及大负荷用电单位，按照无功补偿的种类又分为　高压集中补偿、低压集中补偿和低压就地补偿。在补偿容量相等的情　况下，低压就地补偿减低的线损最大，因而经济效益最佳。由于低压　就地补偿了负荷的感性部分，使流经线路和变压器上的无功电流大大　减小，显然此种方法所取得的经济效益最佳。但要结合实际情况，灵　活运用，综合设计，选择最优无功补偿装置、最优无功补偿方式和最优无　功补偿容量，形成最优化三要素组合，就可以达到最优化无功补偿效果。　科技博克Ｉ　３９