略谈变电一次设计及无功补偿设计

略谈变电一次设计及无功补偿设计

张锐

（国网陕西省电力公司宝鸡供电公司陕西宝鸡721004）

摘要：本文首先对无功补偿在变电设计中的重要性进行了简要分析，并对电力变电设计中的无功补偿技术展开了探讨，最后详细分析了无功补偿设计，以供参考。

关键词：变电一次设计；无功补偿设计；分析

将无功补偿技术应用于变电一次设计中，即应用成交流电力容器取代传统的变压器来输出电网无功功率。在这一过程中可以实现电力资源调度优化的目标，因此积极加强变电一次设计及无功补偿设计研究具有重要意义。

一、无功补偿在变电设计中的重要性

多数用电设备在变压器、异步电动机中都为感性负荷设备，其运行中需要使用无功功率。在对无功功率进行生产的过程中，通常不需要能量，但是输电网络在传播无功功率时通常会消耗大量的有功功率并造成严重的电压损失。要想杜绝这一现象，将输电线路中无功功率的损耗降到最低，应配置无功补偿设备，配置的原则为“分级补偿，就地平衡”[1]。在合理配置功补偿装置的基础上，可以对电网无功潮流分布进行改变，此时电力输送过程中所产生的电压以及有功功率损耗将极大的减少，有助于电能质量的提升，为供电企业降低运行成本奠定了基础。设置无功补偿装置时，必须综合考虑多种限制性因素，如有功分派、调相调压、电网电压、系统稳定性等，只有这样才能够合理控制无功补偿装置，及时完成各种接线形式。

图一：动态无功补偿

二、电力变电设计中的无功补偿技术

（一）调相机

设备中最早应用无功补偿是以同步调相机为基础的，其运行中，与空载运作的同步电动机运行原理类似，也就是说系统要想对无功功率进行接收需要对励磁运行进行应用，在此基础上才能够充分发挥无功电源的功能；如果需要在欠励磁背景下运行，感性功率会由系统进行传递，进而将无功负荷的效果充分发挥出来。励磁运行中，需要将自动调节装置安装于设备中，设备运行中产生的电压是同步调相机对无功功率进行吸收和输出调整的依据，系统的稳定性可以通过电压的调节来实现。但是作为旋转机械，同步调相机在运行中通常会产生较大的有功损耗。同时如果选择小容量同步调相机，会明显增加单位容量。现阶段，该无功补偿装置仅被应用于生产环节，在不断创新控制技术的基础上，也能够逐渐提升其控制性能。

图二：调相机系统图

（二）电容器

系统中的电容器是并联存在的，能够将系统的容性负载提升，并在此基础上将容性功率输送到系统中，在这一过程中能够达到线路对感性无功功率的要求，促进无功补偿功能的实现[2]。在实现无功补偿时利用电容器具有一定的优势，即运行过程中产生的费用以及一次性投资成本都相对较低，不仅可以进行便捷的安装和调试，同时还能够产生较低的损耗，既可以实现分散装设，也可以进行集中使用。但是，正比例关系存在于设备运无功功率与节点电压数值的平方之间，这就导致在较低的节点电压基础上无法有效提升无功功率，针对补偿效果来看，如果对系统电压进行改变，将明显降低设备补偿效果。

（三）电抗器

针对无功补偿装置来讲，并联电抗器的重要性不容忽视，其运行中可以促使感性无功功率增加，促使冗余的容性无功功率在电力系统中实现平衡。当电力系统运行过程中产生了较小的输送功率以及轻负荷时，会导致感性无功功率在输电线路中降低，但是电容性在导线中能够确保感性无功功率低于输电线路中的容性充电功率，要想平衡系统电压水平，必须保证无功平衡的现象产生于系统中，预防电压在电力系统中增大，从而影响系统的安全运行。

三、无功补偿设计分析

某煤矿35kV变电所拥有两个电压等级，35kV中采用双母线接线，拥有4回出线；10kV以单母分段接线为主，拥有28回出线。井下负荷同变电所相连。

（一）无功补偿目标设定

综合分析变电所运行状态及特点，发现负荷自然功率因数在该变电所中相对较低，同时拥有较大的负荷变化，且变化速度较快。该煤矿运行过程中，需要对整流设备、变频设备等大型驱动设备进行应用，因此用电设备运行中容易受到高次谐波的影响。这就为设定无功补偿目标值奠定了基础。

（二）设计无功补偿方案

在抑制高次谐波中，如果应用传统的集合式电容器，将会产生较大的投、切电容器容量级差，无法同无功补偿要求保持一致。在本次设计中应用的设备为SVG型动态无功补偿装置，还有10kV两段母线各一套，设备运行过程中拥有较快的系统响应速度，同时无功补偿容量可以实现自动平滑调节，这样一来，系统运行过程中始终会拥有0.95以上的35kV母线功率因数，在对滤波支路进行加设的基础上，系统受高次谐波的危害降低[3]。

（三）无功补偿运行策略设计

在以上分析和无功补偿方案设计基础上可以发现，变电所无功补偿运行策略在实施的过程中必须注重以下关键点：第一，合理选择控制点；第二，对功率因素变化情况进行及时分辨；第三，保证设备运行过程中响应速度以及灵活性符合运行要求。变电所运行中，10kV侧为负荷和无功电源的集中点，因此10kV应为控制电压值，只有这样才能够构建稳定的系统电压。

结束语：

综上所述，近年来，人们日常生活以及生活生产中，对电力系统运行稳定性提出了更高的要求，在这种情况下，积极加强变电一次设计与无功补偿设计研究势在必行。

参考文献：

[1]马香艳.66kV变电站电气一次设计的问题及解决策略[J].电子技术与软件工程，2016，（17）：227.

[2]杨大丽.高铁牵引变电系统一次设备的优化设计与研究[J].科技资讯，2015，13（07）：9-10.

[3]郭红兵，夏洪刚，闫军，刘志林，张伟.输变电设备状态检修辅助决策系统开发与应用[J].内蒙古电力技术，2016，31（04）：1-6.

作者简介：

张锐，男，（1984年5月30日-），民族：汉族，职称：工程师，主要工作内容是：变电站电气规划及设计