浅谈地区电网无功补偿及运行控制

２０ 年工业企业节电技术研讨会论文集 ０６
浅谈地区电网无功补偿及运行控制
于吉垒， 姜德宏
（ 徐州供电 公司， 江苏省 徐州市 ２１ ５ ２０ ） ０ 摘要： 文章介绍了４ 种地区电网的无功补偿方式， 最大无功容量的选择， 并结合徐州地区无功补偿及优化控制系统的实 践对补偿方案进行了分析、 比较， 并对城网电网与区域电网电容器容量倒笠问题、 电容器的分组问题、 谐波问题、 无功倒 送等问题提出了建议， 介绍了 在工程中进行系统管理与控制的方法和经验。 关键词： 补偿方式； 容量； 控制； 建议
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三、 无功补偿及运行控制节电技术
注重配电网投资的现象。
３２ 电容器的分组问题 ．
１ ｋ １ Ｖ变电站一般每段母线配置 １ ０ 组电容器， 在
实际工程运行中常出现投电容组导致过补偿的情况 ，
不需要考虑与其他地点控制设备间的配合 ， 其控制规 律也相对简单， 响应速度快， 通常是快速反应的闭环控 制， 响应时间一般在 ｉ 至几 ｓ ｓ 内。一级电压控制可以 是系统的备用控制方式， 也可 以是一个独立的控制
相对整个电网的电压无功控制要简单一点。可以将系 统分为 ２ 即全网的协调层和各变电站内的执行层。 层，
无 倒 会 增加配电网 损耗； 功 送 的 加重配电 线路的
题。杆上补偿方式适合农村配电网， 农村配电网是薄 弱环节； 在城网改造过程中应注重在环网站、 开闭所以 及箱式变设计时考虑补偿容量。
１４ 用户终端分散补偿方式 ． 目 前我国城镇低压用户的用电量大幅增长， 企业、
厂矿和小区等对无功需求都很大， 可直接对用户末端 进行无功补偿， 这将最恰当地降低电网的损耗和维持 网络的电压水平。容量较大， 负荷平稳且经常使用的 用电设备无功负荷宜单独就地补偿。故对于企业和厂 矿中的电动机， 应该进行就地无功补偿 ， 即随机补偿 ； 针对小区用户终端， 由于用户负荷小， 波动大， 地点分 散， 无人管理， 因此应该开发一种新型低压终端无功补 偿装置， 并满足以下要求： ①智能型控制， 免维护； ②体 积小， 易安装； ③功能完善， 造价较低。一般为组柜， 一
作量大、 受安装环境和空间等客观条件限制等工程问
器需补偿侧的额定电流； 为装设补偿装置后， Ｉ ｍ 主变
压器需补偿侧的最大负荷电流。 ２２ 枢纽变电所和地区变电所无功补偿容ｆ的选择 ．
对枢纽变电所和地区变电所安装的最大容性无功 补偿容量， 应等于系统经调相调压计算及经济比较后
所确定的需补偿的最大容性无功量。由于枢纽变电所 要综合考虑经济功率因数、 变电所母线电压、 经济无功
振波。
３ 间题及建议
３ １ 城乡电网与区域电网电容器容ｆ倒里现象 ．
２ 无功补偿容量的选择
２ １ 终端变电所无功补偿容ｆ的选择 ．
对用户直接供电的终端变电所安装的最大容性无 功补偿容量， 应等于装置所在母线上的负荷按提高功 率因数所需补偿的最大容性无功量与该变电站主变压
器所需补偿的最大容性无功量之和。 负荷所需补偿的最大容性无功量
浅谈地区电网无功补偿及运行控制
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缺口， 需要由变电站或发电厂来补充， 大量的无功沿线 传输使得配电网网损仍然居高难下。因此可以采用 １ｋ ０ Ｖ户外并联电容器安装在架空线路的杆塔上（ 或 另行架杆） 进行无功补偿， 以提高配电网功率因数， 达 到降损升压的目的。由于杆上安装的并联电容器远离 变电站， 容易出现保护不易配置、 控制成本高、 维护工
方法。 ４２ 二级电压控制及无功补偿 ．
且母线电压过高， 不投， 无功功率又缺少， 功率因数低； 现在工程中将同容量的电容器分成二到三组， 根据负 荷情况投切， 取得了较满意的效果， 受到生产、 运行部 门的好评， 在工程设计中值得推广。同时电容组分组 组数不宜太多， 太多组数， 投切时容易产生谐振。
＋．％）１ ］ Ｉ ／０ （ ０
Ｓ 为主变压器需补偿侧的额定容量； 为主变压 Ｎ Ｉ Ｎ
为什么会有此种现象呢？有以下 ３ 点原因值得注 意： ①各级电力设计院长期沿用不科学的变压器容量 １％ 一 ０ ０ ３％的设计方法， 即变电站电容器的设计安装 容量为变压器容量的 １％ 一 ０ 城乡变电站仅为 ０ ３％， １％ 一 ５ 区域变电站为２％左右。这种方法没有 ０ １％， ５ 考虑用户功率因数不到 １０的实际情况， ． 也没有经过 电网无功功率优化配置计算。②无功补偿基建投资颠 倒， 即区域变电站的无功补偿投资远大于城乡变电站 的无功补偿投资。③规划设计不够细致， 地区电力设 计院看省电力设计院， 省电力设计院看大区设计院。 无功补偿的基本规则是就地平衡， 它在电网中的具体 运用是分层平衡。因而， 电站装什么补偿装置、 是容性 还是感性、 装多装少等等都应该经过电网无功优化配 置计算来决定。以前往往会出现只注重电网建设， 不
抗器 。 ３４ 无功倒送的问题 ．
电网无功不足产生的原因来 自２ 个方面： ①整个 系统无功储备不足； ②系统其他地区尚有较多无功储 备， 但是没有利用上。前者需要通过增加系统无功储 备来解决， 后者则需要对系统无功流动进行合理的协 调与分配。二级电压控制的主要目 标是以某种协调方 式重新设置区域内各 自动电压调节器 （ 一级电压控 制） 的参考值或设定值， 使得各节点电压满足运行要 求。第二级（ 地调中心） 根据最优潮流控制， 确定第一 级（ 变电站） 电压无功控制器的整定值。第一级（ 当地 变电站） 则随电压动态变化独立地按整定值进行控 制。对于地区电网而言， 目 控制 标是枢纽节点电压合 格和使网损最小， 控制手段是有载调压变压器抽头和 电容器／ 电抗器投切， 没有涉及发电机电压控制， 因此
控制装置， 同时建立了无功／ 电压自 动调节自 动化系统 主站， 改善了电能质量， 这些补偿装置一般连接在变电 站的１ ｋ 母线上， 此具有管理容易、 ０ Ｖ 因 维护方便等优 点， 但是这种方案对配电网的降损起不到什么作用。 变电站的电压控制通常采用无功补偿装置（ 一般 是并联电容器组） 投切结合有载调压抽头来调节实 现。方案一： 设一套 Ｖ Ｃ装置与监控系统相对独立， Ｑ
１ 地区电网 无功补偿及控制方式
１１ 变电站集中补偿方式 ．
针对输电网的无功平衡， 在变电站进行集中补偿， 补偿装置包括并联电容器、 同步调相机、 静止补偿器 等， 主要目 的是改善输电网的功率因数， 提高终端变电
所的电压和补偿主变压器的无功损耗。从 ２０ ００年起 徐州地区开始注重电网无功和电压质量问题， 增加了 许多电容器补偿装置以及无功／ 电压 自动调节和补偿
ａ Ｉ ｇ ｔＹ ） ４ ＝＇ｔ０ 一９ （ ． ＇ ２ 式中， Ｐ为母线上的最大有功功率；１ ４ 为补偿前的最 ＇ 大功率因数冲： 为补偿后的最小功率因 数； 主变压器所需补偿的最大容性无功量
Ｑ ＝ ｒＵ ％） （ Ｉ ｃ Ｓ〔ｄ ． ｂ ， ， ０ １ ／ ２
３３ 谐波的问题 ．
电容器本身具备一定的抗谐波能力， 但同时也有 放大谐波的副作用。谐波含量过大时会对电容器的寿 命产生影响， 甚至造成电容器的过早损坏； 并且由于电 容器对谐波的放大作用， 将使系统的谐波干扰更严重。 因而做无功补偿时必须考虑谐波治理， 在有较大谐波 干扰， 又需要补偿无功的地点， 应考虑增加滤波装置。 如东陇海电气化铁路工程、 铁本钢厂变电站工程等就 注重考虑了谐波治理问题。当受谐波量较大的用电设 备影响到线路上装设的电容器组时， 应适当串联电
上， 或按变压器容量的 ２％ 一 ０ ０ ４％配置。建议应优先 采用干式、 愈式阻燃型电容器， 自 全部电容器组应采用 低压塑壳式断路器保护， 分组电容器应设置熔断器 保护。
采用手动控制； 无功自 动补偿装置已经广泛应用， 建议 采用智能型免维护无功自 动补偿装置， 自 具备 动过零 投切、 分相补偿功能。建议采用晶闸管一交流接触器 复合投切电容器型式实现循环投切控制、 分相补偿， 投 切时不产生瞬变， 投切时间小于一个周期， 不会产生谐
体化装置。 １５ 配电装置无功补偿装置的投切方式 ．
负荷、 降低线路损耗等诸多因素， 在实际工程中常采用 以下统计法： ①统计出电网中无功电源的总容量（ 包 括发电机发出的无功电力、 电网中已经安装的并联电 容器装置容量， ０ 及以上线路充电功率等）②统 １ ｋ １ Ｖ ； 计出电网中无功负荷的总量（ 包括用户的无功负荷、 线路、 变压器的无功损耗、 电网中的并联电抗器等） ； ③根据无功就地平衡、 各点相对集中补偿、 满足运行电 压等原则， 将统计出的无功负荷总量与无功电源总量 的差值分配到各点安装。
２３ 配电系统无功ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ偿容且的选择 ．
补偿低压基本无功功率的电容器组、 常年稳定的
无功功率、 经常运行的变压器且投切次数较少的可以
３ 一 １ｋ ５ １ Ｖ变电站以补偿变压器的无功损耗为 ０ 主， 并适当考虑部分线路的损耗， 补偿容量按主变压器 容量的 １％ 一 ０ ５ ３％配置， 并根据该负荷点的无功负荷 情况选择， 无功缺额大的按上限配置； 公用电网的无功 补偿以 共用配电变压器低压侧集中补偿方式， 一般按 变压器最大符合率为７％， ５ 负荷自 然功率因数为０７ ．８ 考虑， 补偿后变压器高压侧的功率因数达到 ０９ ．５以
０ 引言
电压是电能的主要质量指标之一。电压质量对电
不受其他影响， 可靠性较高， 调节效果好， 但增加了成 本， 人机界面差。 方案二： 根据九区图原理， Ｖ Ｃ 将 Ｑ功 能软件嵌人监控系统， Ｑ 和变电站监控功能一体 即Ｖ Ｃ
网稳定及电力设备的安全运行影响重大， 而无功功率 又是影响电压质量的一个重要因素。随着电力系统联 网容量的增大和输电电压的提高， 输电功率变化和高 压线路的投切都将引起很大的无功功率变化， 系统对 无功功率和电压的调节和控制能力的要求越来越高； 合理的无功补偿点的选择以及补偿容量的确定， 能够 有效地维持系统的电压水平， 提高系统的电压稳定性， 避免大量无功的远距离传输， 从而降低有功网损， 减少 发电费用。由于我国配电网长期以来无功缺乏， 造成 的网损相当大， 因此无功功率补偿是降损措施中投资 少回报高的方案。一般地区进行电网无功补偿的方式 有： 变电站集中补偿方式、 低压集中补偿方式、 杆上无