浅析配电网无功补偿技术

浅析配电网无功补偿技术
【摘要】运用合理的无功补偿技术不仅能提高电网输送电能效率和设备利用率，还可以提高供电系统的电压质量。

本文介绍了无功补偿的作用及其重要性，着重介绍了配电网无功补偿技术的演变过程和优化后的补偿方案，以便读者对配电网无功补偿技术的演变有全面的了解，更好地指导配电网的安全、经济运行。

【关键词】配电网；无功补偿；可靠性；方案优化
1 配电网无功补偿的作用及其重要性分析
电力系统传输有功功率和无功功率，其中无功功率虽然不对外部做功，但它可以形成感应电磁场，进而为电力系统变压器等感性器件提供正常工作必须的能量，因此，无功功率是电力系统中不可缺少的一部分。

然而，电力系统中大多数元器件和负荷都要消耗无功功率，一旦无功电功率短缺将占据在电力系统无功功率，降低电网的功率因数，引起电力系统中其他器件输出功率降低，同时增加线损，降低供电系统的电压质量。

无功功率不宜长距离传输。

因此，必须在消耗无功功率的地方产生无功功率，即采用就地无功补偿技术。

由于该项技术可以提高系统功率因数，减少变压器等设备和线路的损耗，进而使设备利用率提高，同时也能够使电网电压得到稳定并且还提高供电系统的电压质量。

在长距离输电线路中安装无功补偿设施还可以提高输电能力和线路稳定性。

因此，研究无功补偿技术具有重要性意义。

据调查统计，我国电力系统中配电网无功功率不足或分布不合理的问题最为突出，大部分配电设备的自然功率因素约为0.7，也就是说配电网的电能损耗约有50% 是无功功率不足引起的，严重影响了配电网电压质量，用户对电能质量的需求很难得到满足。

因此，在配电网中无功补偿技术的研究是非常重要的。

2 配电网曾经采用的无功补偿技术介绍
2.1 主要以纯电容器补偿形式为主
电容器较为脆弱，容易受到外部因素的影响。

由于电网中大量谐波的存在，在无功补偿时若都以纯电容补偿方式，容易导致谐波电流放大，从而破坏配电网投切开关、补偿电容器和其他电气设备的相关元器件。

2.2 以接触器作为投切开关的方式为主
接触器运用于投切开关时，响应时间往往非常长。

在用电设备上无功变化很快，或有冲击载荷的分布网络中，无法有效地实现跟踪补偿。

因为电容器投入运行时会有涌流现象，所以电容器被切除时容易产生过电压，电容器再次投入运行前必须将电容器进行完全的放电。

2.3 以等容循环投切的控制策略为主
等容循环投切的控制策略分组不够精细，缺乏足够的补偿精度。

自始至终配电网都处在欠补偿的状态，节能降耗的效果很不理想。

2.4 一般采用普通控制器电容补偿形式为主
普通控制器无强大的抗干扰能力。

在外部干扰的情况下容易出现有错误的运行，甚至发生死机崩溃的问题，在配电网有谐波时不能有效地胜任工作。

同时，普通控制器的功能也比较简单，而与日益复杂的现代化配电网不能完整的匹配。

2.5 以三相共补的补偿形式为主
三相不平衡的负载系统无法很好地实现分相补偿。

2.6 缺乏有效的保护手段
缺乏有效的保护手段，无法对设备实现保护作用，增加了补偿设备产生故障的几率。

2.7柜体结构
制作成套装置时往往使用的是分离元器件的方法，柜体的结构非常复杂，对组装工艺要求很高。

3 先前配电网无功补偿技术存在的一些主要问题
（1）不同生产厂家生产的设备质量良莠不齐，一些设备的适应性能和使用寿命得不到保证，经常出现故障，需要频繁地维修或者更换。

（2）在接触器投切电容器过程中出现的涌流对接触器和电容器的质量造成了比较大的负面影响。

（3）对无功补偿设备的管理缺失。

在配置进配电网后，没有对无功补偿设备形成实时的监控和管理。

（4）无功补偿设备的配置方法不够科学、不够系统，不能最大地发挥节能降耗的功效。

4 当前普遍采用的优化的配电网无功补偿方案
4.1 采用变电站集中补偿方式
变电站集中补偿的方式可以有效地平衡电网的的无功功率等级划分和提高
能源使用效率，维持变电站的母线电压，并且补偿损耗在主变压器高压输电线的电能。

使用此方法补偿装置是并联电容器，同步同步调相机和静止同步补偿器，装置的位置相对较集中，便于日常管理和维护，但节能降耗的效果不是好。

4.2 采用随器补偿方式
随器补偿，就是在配电网中利用低压熔断器在变压器的二次侧连接上低压电容器，对空载状态下变压器的损耗进行补偿。

随器补偿是比较有效的无功补偿方式，其接线简单，能最大限度地补偿变压器的无功耗损，提升变压器的运行效率，性价比比较高。

但是随器补偿的方式所需要的变压器数量多，设置位置也不够集中，维护工作的任务量比较重。

4.3 采用配电线路杆上无功补偿方式
配电线路杆上无功补偿的方式能实现无功补偿的目的。

控制方法相对比较的简单化，经常是没有分组单点式补偿，补偿容量相对较小。

其保护配置也比较简单，一般采用熔断器和避雷器作为过流和过电压保护装置。

配电线路杆上无功补偿方式是提供电线路和电力变压器的需要的无功，具有投资小、见效快、操作方便等一些优点。

4.4 采用随机补偿方式
随机补偿的方式，就是并联低压电容器组和电动机，利用控制和保护装置与电动机同步投切。

这种方法主要被用来补偿电动机的无功消耗，能显著改善电网系统中的无功负荷需求。

随机补偿随着设备的投运而投切，不用过多对补偿容量进行调节，此外随机补偿的投资小、占用面积小、便于安装和维护，故障发生率低。

4.5 采用跟踪补偿方式
跟踪补偿的方式，是在大用户的配电变压器低压侧配置低压电容器，一般适用于10KV以上的专用配电变压器的用户。

跟踪补偿可以与实际的无功负荷变化相结合对用户的进行动态补偿，补偿效果是更为理想的。

但是，其缺点是控制保护装置复杂，初始投资比较大，但它也是目前电力公司针对用户侧无功管理运用的主要补偿方式。

4.6 采用线路补偿方式
在35kV和10kV电网线路上，由于线路本身存在较大的电阻，使得电能消耗在传输过程中的部分过大，并且线路末端到达配电变压器时电压偏低，所以需要加装线路补偿装置。

线路补偿方式和配电线路杆上无功补偿相似，可综合归类为35kV（10kV）线路补偿。

4.7 案例分析
某地10kV线路长22.5km，线路末端电压为的9.65kV，末端功率因数为0.8。

由于此线路较长，线路末端电压与末端功率因数都较低，导致此线路经过技术人员的计算分析，决定采用高压无功补偿装置对此线路进行补偿，在距变电站16.8km 处配置100kVar固定补偿，用于补偿配电变压器空载时的损耗，配置两组200 kVar+300 kVar动态补偿，用于追踪负荷的变化，实现跟踪补偿，采用真空接触器动态投切，实现电容器的三组三级补偿。

此线路相关数据如表1所示。

表1 此线路相关数据
供电线路总负荷2900KV A
补偿点距离符合中心长度16.8Km
平均输送有功功率2320KW
平均输送无功功率1740KW
供电线路功率因数补偿前补偿后
0.8 0.9
导线截面积LGJ-70 mm2
5 结语
由于技术和经济的原因，配电网无功补偿技术经历了较长的发展过程，随着经济的发展和电网容量的快速增长，为了提高供电可靠性，配电网无功补偿方案优化十分重要。