電力係統的無功功率補償

1.無功補償的原則

無功補償的總原則：**規劃，合理布局，分散補償，就地平衡。無功補償方式製定時，應**分析本係統的無功電力需求量，綜合比較無功補償的經濟效益與投資費用，以確定*優的補償容量與*優的補償方式。

我國在《電力係統電壓和無功電力技術導則》中規定，無功補償與電壓調節應按以下原則進行：

總體平衡與局部平衡相結合，既要滿足全網的總無功平衡，又要滿足分支線的無功平衡；

電力補償與用戶補償相結合，供電部門在電源點進行補償與用戶自身用電設備進行補償，兩者實現理想配合；

分散補償與集中補償相結合，以分散補償為主；

降損與調壓相結合，以降損為主。

2.無功補償裝置

從目前國內外無功補償裝置的應用情況看，無功補償裝置主要有同步調相機、並聯電容器和靜止補償器等三種。

2.1 同步調相機

同步調相機相當於空載運行的同步電動機。在過勵磁運行時，它向係統供給感性無功功率而起無功電源的作用，能提高係統電壓；在欠勵磁運行時，它從係統吸取感性無功功率而起無功負荷作用，可降低係統電壓。由於實際運行的需要和對穩定性的要求，欠勵磁*大容量隻有過勵磁容量的（50%～65%。裝有自動勵磁調節裝置的同步調相機，能根據裝設地點電壓的數值平滑改變輸出（或吸取）的無功功率，進行電壓調節。特彆是有強行勵磁裝置時，在係統故障情況下，還能調整係統的電壓，有利於提高係統的穩定性。但是同步調相機是旋轉機械，運行維護比較複雜。它的有功功率損耗較大，在滿負荷時約為額定容量的（1.5%～5%，容量越小，百分值越大。小容量的調相機每千伏安容量的投資費用也較大。故同步調相機宜大容量集中使用，容量小於5 MVA的一般不裝設。在我國，同步調相機常安裝在樞紐變電所，以便平滑調節電壓和提高係統穩定性。

2.2 靜止電容器

靜止電容器的結構比較簡單，裝設容量可大可小，而且既可集中使用，又可分散裝設來就地供應無功功率，以降低網絡的電能損耗。靜止電容器的優點是經濟、靈活、損耗低、安裝維護方便。為了在運行中調節電容器的功率，可將電容器連接成若乾組，根據負荷的變化，分組投入或切除，可控矽投切型電容器補償裝置就可以實現補償功率的調節。

2.3 靜止補償器

靜止補償器是近年來發展起來的一種動態無功功率補償裝置。它是將電力電容器與電抗器並聯起來使用，電容器可發出無功功率，電抗器可吸收無功功率，兩者結合起來，再配以適當的調節裝置，就成為能夠平滑地改變輸出（或吸收）無功功率的靜止補償器。靜止補償器有四種不同類型，即可控飽和電抗器型，自飽和電抗器型，可控矽控製電抗器型，以及可控矽控製電抗器和可控矽投切電容器組合型靜止補償器。電壓變化時，靜止補償器能快速地、平滑地調節無功功率，以滿足動態無功補償的需要。與同步調相機比較，運行維護簡單，功率損耗較小，能作到分相補償以適應不平衡的負荷變化，對於衝擊負荷也有較強的適應性，在我國電力係統中它將得到日益廣泛的應用。

3.無功補償方式

無功補償就其補償方式來說分為高壓補償和低壓補償。高壓補償通常是在變電所高壓側進行，僅能補償補償點前端的無功功率，對補償點後的線路和負載的無功功率起不到補償作用；低壓補償可直接補償配電線路和負載的無功功率，補償效果較為理想。

3.1 高壓補償

高壓無功補償裝置廣泛地采用高壓並聯電容器，裝設在變電站主變壓器的低壓側，作用是對電網無功進行補償，改善電網的功率因數，提高變電所的母線電壓，補償變電所主變壓器和高壓線路的無功損耗，充分發揮供電設備的效率。因此應根據負荷的增長，安排、設計好變電所的無功補償容量，運行中在保證電壓合格和無功補償效果*佳的情況下，儘可能使電容器投切開關的操作次數減少。

3.2 低壓補償

低壓補償方式有三種：集中補償、分散補償和就地補償。

3.2.1 集中補償

集中補償是將電容器裝設在用戶專用變電所或配電室的低壓母線上，對無功進行統一補償。這種補償方式比較適合在負荷集中、離變電所較近，無功補償容量較大的場合。

集中補償的優點是：①可以就地補償變壓器的無功功率損耗。由於減少了變壓器的無功電流，相應地減少了變壓器的容量，也就是說，可以增加變壓器所帶的有功負荷。②可以補償變電所母線、變壓器和受電線路的功率損耗，節約能源。③當負荷變化時，能對母線電壓起一定的調節作用，從而改善電壓質量。④便於管理、維護、操作及集中控製。

缺點是：它隻能減少裝設點以上線路和變壓器因輸送無功功率所造成的損耗，而不能減少用戶內部通過低壓線路向用電設備輸送無功功率所造成的損耗。

集中補償一般按提高功率因數的需要確定補償容量。

3.2.2 分散補償

分散補償是將電容器組按低壓配電網的無功負荷分布分組裝設在相應的母線上，或者直接與低壓乾線相聯接，形成低壓電網內部的多組分散補償方式，適合負荷比較分散的補償場合。

分散補償的優點：①對負荷比較分散的電力用戶，有利於無功進行分區控製，實現無功負荷就地平衡，減少配電網絡和配電變壓器中無功電流的損耗和電壓損失，使線損顯著降低；②在負載不變的條件下，可增加網絡的輸出容量；③補償方式靈活，易於控製。

分散補償的缺點是：如果裝設的電容器無法分組，則補償容量無法調整，運行中可能出現過補償或欠補償；補償設備的利用率較集中補償方式低；安裝分散，維護管理比較不方便。

通常分散補償容量計算與集中補償一樣。

3.2.3 就地補償

這種方法是就地補償用電設備(主要是電動機)所消耗的無功功率，將電容器組直接裝設在用電設備旁邊，與用電設備的供電回路並聯，以提高用電係統的功率因數，從而獲得明顯的降損效益。

就地補償的優點是：無功電流僅僅與附近的用電設備相互交換，不流向網絡其它點，在網絡中無功電流的無功損耗和電壓損耗小，既對係統補償，也對用戶內部無功損耗補償，大大減少了電能損失，被補償網絡運行*經濟；在配電設備不變的情況下，可增加網絡的供電容量，導線截麵可相應減小；適應性好，既可三相補償，對容量較大的電動機個彆補償，也可進行兩相、單相補償，並且單台補償裝置的容量較小，電容器投切衝擊電流小，對於賓館、大樓等無功補償特彆適合。

就地補償的缺點是：對於電網內公用負荷，與集中補償和分散補償相比，補償相同容量的無功負荷所需的補償電容器總容量和補償裝置總數量增加，投資較大，補償裝置利用率較低。

補償容量按國家標準GB50052-1995《供配電係統設計規範》第5.0.10條規定：“接在電動機控製設備側電容器的額定電流，不應超過電動機勵磁電流的0.9倍，其饋電線截麵和過電流保護裝置的整定值，應按電動機-電容器組的電流確定。”

4.無功補償容量的確定及配置

4.1 變電所

變電所安裝電容器，其主要作用是補償變壓器的無功損耗及配電線路前段的無功負荷及無功損耗，同時可以進行調壓。變電所電容器的補償容量按主變壓器額定容量的10%～15%來配置，根據變電所的負荷性質和運行方式和調壓要求，確定合理的無功補償容量。

4.2 配電線路

配電線路是電力網的重要組成部分，配電線路上電容器容量的確定，應按*大限度地降低無功損耗的原則來考慮，要根據無功負荷情況采取分散補償的方式進行補償。

4.3 電力用戶

各用戶應按《國家電力公司農村電網電壓質量和無功電力管理辦法》中對功率因數的要求來確定補償容量，或按經濟功率因數值來確定補償容量。