浅谈无功补偿及消谐装置

浅谈无功补偿及消谐装置
【摘要】工农业生产规模的进一步扩大，电力用户除了对电能总量需求量不断增加外，对供配电系统供电安全性、可靠性、经济性等也提出了更高的要求。

目前，供配电系统普遍存在供电线路错综复杂、负荷分布范围广、线损较高等问题，加上供电区域电力负荷用电时段带有明显的不确定性，使得系统供电电压水平波动较大，供电质量较差，给工农业生产和供配电企业带来巨大的经济损失，现阶段我国大多电力电子装置功率因数很低，给电网带来较大额外负担，并影响供电质量，因此，抑制谐波和提高功率因数以成为电力电子技术、电气自动化技术及电力系统研究领域所面临的一个重大课题，正在受到越来越多的关注。

本文简单介绍了无功功率的补偿问题和现在的无功补偿方法。

关键词无功补偿消谐供电
一．无功补偿，
就其概念而言早为人所知，它就是借助于无功补偿设备提供必要的无功功率，以提高系统的功率因数，降低能耗，改善电网电压质量。

1.无功补偿的合理配置原则从电力网无功功率消耗的基本状况可以看出，各级网络和输配电设备都要消耗一定数量的无功功率，尤以低压配电网所占比重最大。

为了最大限度地减少无功功率的传输损耗，提高输配电设备的效率，无功补偿设备的配置，应按照“分级补偿，就地平衡”的原则，合理布局。

(1)总体平衡与局部平衡相结合，以局部为主。

(2)电力部门补偿与用户补偿相结合。

在配电网络中，用户消耗的无功功率约占50%～60%，其余的无功功率消耗在配电网中。

因此，为了减少无功功率在网络中的输送，要尽可能地实现就地补偿，就地平衡，所以必须由电力部门和用户共同进行补偿。

(3)分散补偿与集中补偿相结合，以分散为主。

集中补偿，是在变电所集中装设较大容量的补偿电容器。

分散补偿，指在配电网络中分散的负荷区，如配电线路，配电变压器和用户的用电设备等进行的无功补偿。

集中补偿，主要是补偿主变压器本身的无功损耗，以及减少变电所以上输电线路的无功电力，从而降低供电网络的无功损耗。

但不能降低配电网络的无功损耗。

因为用户需要的无功通过变电所以下的配电线路向负荷端输送。

所以为了有效地降低线损，必须做到无功功率在哪里发生，就应在哪里补偿。

所以，中、低压配电网应以分散补偿为主。

(4)降损与调压相结合，以降损为主。

2.无功补偿的效益在现代用电企业中，在数量众多、容量大小不等的感性设备连接于电力系统中，以致电网传输功率除有功功率外，还需无功功率。

如自然平均功率因数在0.70～0.85之间。

企业消耗电网的无功功率约占消耗有功功率的60%～90%,如果把功率因数提高到0.95左右，则无功消耗只占有功消耗的30%左右。

由于减少了电网无功功率的输入，会给用电企业带来效益。

(1)、节省企业电费开支。

提高功率因数对企业的直接经济效益是明显的，因为国家电价制度中，从合理利用有限电能出发，对不同企业的功率因数规定了要求达到的不同数值，低于规定的数值，需要多收电费，高于规定数值，可相应地减少电费。

可见，提高功率因数对企业有着重要的经济意义。

(2)、提高设备的利用率。

对于原有
供电设备来讲，在同样有功功率下，因功率因数的提高，负荷电流减少，因此向负荷传送功率所经过的变压器、开关和导线等供配电设备都增加了功率储备，从而满足了负荷增长的需要；如果原网络已趋于过载，由于功率因数的提高，输送无功电流的减少，使系统不致于过载运行，从而发挥原有设备的潜力；对尚处于设计阶段的新建企业来说则能降低设备容量，减少投资费用，在一定条件下，改善后的功率因数可以使所选变压器容量降低。

因此，使用无功补偿不但减少初次投资费用，而且减少了运行后的基本电费。

二．消谐装置
在供电系统中直接采用电容补偿的方法比较常见，直接采用电容补偿确实可以提高功率因数，减少无功损耗的优点，但对谐波治理却没有起到更好的作用，甚至有时与电网谐振点发生谐振而产生谐波放大（导致用电量大大增加）。

所以在我们九钢大多采用消谐滤波补偿装置，消谐滤波补偿装置主要是由单调滤波器对谐波的抑制，而一个单调滤波器是由电容器、电抗器等组成。

电抗器的电感值选择与电容器在某次谐波频率上产生串联谐振，形成低阻抗电路，该谐波电流大部份流入滤波器。

也就是我们常说的低通滤波器，对于基波频率，滤波器仍同电容器一样向系统提供功率因数补偿，这也是一个传统意义的电容器组。

供电系统接入消谐滤波补偿装置后可以做到一举三得。

1、滤除系统高次谐波，减少由谐波所产生的一切噪声干扰和设备线路损耗，节省电能10%~30%左右。

2、同时对功率因数进行补偿，使功率因数达到理想要求0.95以上（cosφ≥0.95）3、安装消谐滤波补偿装置不仅同时起到滤除高次谐波、提高功率因数。

而且消谐滤波装置的增加投入维护也很少，这样既节约成本又减少耗电能。

2、采用静止无功补偿装置（SVC）九钢炼钢有两座电弧精炼钢炉,为解决该电炉变压器对电网产生电压波动、低功率因数、高次谐波电流和三相不对称(负序)电流等问题，我们采用了静止无功补偿装置（SVC）。

其典型代表是固定电容器+晶闸管控制电抗器。

静止无功补偿装置的重要特性是它能连续调节补偿装置的无功功率。

这种连续调节是依靠调节晶闸管阀（TCR）中晶闸管的触发延迟角α得以实现的。

滤波电容器只能分组投切，不能补偿连续调节无功功率，它只有和TCR配合使用，才能实现补偿装置整体无功功率的连续调节。

由于具有连续调节的性能且响应迅速。

因此，SVC可以对无功功率进行动态补偿，使补偿点的电压接近维持不变。

因TCR装置采用相控原理，在动态调节基波无功功率的同时，也产生大量的谐波，所以，固定电容器通常和电抗器串联构成谐波滤波器，以滤除TCR中的谐波。

3、静止无功发生器SVG比SVC更多先进的现代补偿装置是静止无功发生器SVG，SVG也是一种电子装置。

其最基本的电路仍是三相桥式电或电流型变流电路。

SVG和SVC不同，SVC需要大容量的电抗器，电容器等储能元件，而SVG其直流侧只需要较小容量的电容器维持其电压即可。

SVG通过不同的控制，既可使其发出无功功率，呈电容性，也可使其吸收无功功率，呈电感性。

采用PWM 控制，即可使其输入电流接近正弦波。

我们九钢所采用的安徽凯力的SVG产品，使用的效果很好，但由于在我们轧钢B、C线高配室温度高、灰尘浓度大以及SVC产品内触发板极容易坏等种种原因，现已退出运行。

4、采用消弧、消谐及过电压保护装置XHG系列我们九钢10KV及35KV系统中采用了安徽凯立科技股份有限公司消弧及过电压保护装置XHG系列设备，此设备包含了消弧及过电压保护装置（XHG）和微机消谐装置，消弧及过电压保护装置（XHG）该装
置在出现弧光拉地时，通过一组可以分相控制的真空接触器，合故障相接地，达到彻底消除弧光的目的；微机消谐装置是利用80196单片机快速、准确的数据处理能力实现傅立叶分析，其选频准确。

通过对PT开口三角电压的采集，对电网谐振时的种种频率成份能快速分析，可准确的辨出：单相接地、电网谐振。

如果是谐振，计算机发出指令使消谐电路投入，消耗电源供给谐振的能量，抑制铁磁谐振过电压，实现快速消谐，较完善地解决了电力系统中电网的消谐问题。

并能存储记录单相接地、谐振时的各次谐波的谐波幅值。

【总结】利用先进的无功补偿及消谐技术来优化调整低压配电系统的综合电气性能，可以提高整个系统供电电能的功率因素，保证系统中各用电设备具有良好的运行性能，降低系统损耗，减小谐波电流分量对系统的冲击，有效稳定系统供电电压水平。

希望这些方法建议给相关公司的电力系统能带来变革。