35kV变配电所及线路无功补偿技术研究李子然

35kV变配电所及线路无功补偿技术研究李子然

李子然

（中铁第五勘察设计院集团有限公司北京市102600）

摘要：由于外部电源取得困难，在铁路建设的过程中，35kV变配电所使用较频繁，因此选择有效的无功补偿方式对于变配电所来说具有重要的意义。不仅可以提高功率因数和降低用电消耗，还可以有效促进电网电力的平衡。根据文章提出的集中补偿方式，还要进行综合分析才能选择符合实际的最佳措施。鉴于此，本文主要分析35kV变配电所及线路无功补偿技术。

关键词：35kV；变配电所；线路无功补偿

1、变配电所无功补偿现状

35kV变配电所的内容比较复杂，所以最好可以保持在三相平衡的基础上，确定用电设备的有功功率并且注意电能的调节，合理连接用电设备，避免出现故障。可以利用单母线的形式连接线路，对于无功功率的提高有很大的帮助作用。铁路35kV变配电所负荷情况，分析发现其配电系统功率参数低，所以可以有效提高无功补偿装备功率，具有明显优势。在变配电系统运行过程中，无功损耗主要是线路、变压器中感性无功负荷产生的无功损耗。因为高压线路、变压器等值电抗大于等值电阻，导致变压器无功损耗超过了有功损耗，进而致使整个系统无功损耗超出了有功损耗。变压器无功损耗在电力系统无功需求中占有很大比例，基本达到了无功负荷的75%。为了改善与提高电力系统电压质量，发挥变电设备的作用，降低电能损耗，提升末端的功率因数是不够的，还需要在变配电所中设置无功补偿装置，这样才可以实现变电站的无功补偿。在进行变配电所无功补偿的时候，必须坚持分区、分层、分变配电所补偿的原则，实现无功补偿的就地平衡，并且留有足够的事故无功功率备用容量。在规划设计阶段，最大无功功率负荷取7-8%。

2、无功补偿的原则

无功补偿的原则是：①局部平衡与全网平衡相结合，既要满足电网的总无功平衡，又要满足分线、分站的无功平衡。②集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为主，集中补偿为辅。这就要求在负荷比较集中的地方进行就地补偿，一方面要在变配电所进行大容量无功集中补偿，又要在馈电线路、调压变压器和用电设备处进行分散补偿，其目的是做到无功就地平衡，避免其长距离输送造成不必要的无功损失。③高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主，高压补偿为辅，这和分散补偿相互结合。④降损与调压相结合，以降损为主，调压为辅。这是针对馈电线路长，馈电负荷较分散，功率因数较低的地区，这种线路最明显的特点是：负荷率低，线路损失大，若对此线路进行无功补偿，可显著提高线路的供电能力。总之，在进行无功补偿时，必须严格按照无功补偿的原则。

图1无功补偿运行过程

3、线路无功补偿设备

3.1、发电机

电网电压的负载对于发电机产生的电流要求高，因为其运行的动力就是通过无功补偿的功率不断调整电网电压，来稳定电网运行。其负载效果可以在三相平衡中体现，发电机励磁电流不断调整，无功功率也随之改变，当出现过大励磁效果时，发电机感性负载过高，无功功率越大，反之，励磁电流过小，其容性无功功率越大。通过发电机的这种补偿影响，无功功率输出越大，则提升的有功功率消耗越低。所以，发电机在无功补偿中发挥重要作用，使电网可以利用无功电源达到技术需求。图1为无功补偿过程。

3.2、电容器

电容器储存的电荷用于保持无功平衡，达到降低变电器线路的消耗，改善电压质量。过程是通过补偿负荷的无功功率使电容两侧极板经过通电形成电势差，以促进系统内功率参数的提升，达到合理电压水平，最终降低消耗，使变配电所电压电流稳定。由于性质不同，电容器包括并联和串联两种，并联电容器通过对无功功率的调节来降低线路感性负荷，从而降低电压消耗；而串联电容器应用于线路较远的地区，对此作出阻抗补偿，而补偿的功率需要通过进行容量计算得到，所以，对于补偿前后功率的平均参数要提前作出计算，预估感性负载程度及有功负载率。

4、无功补偿设计

4.1、低压补偿

无功补偿的设计方法比较多，比较常见的是低压补偿方法，尤其是在损耗比较大的配电网中，会造成无功功率不平衡问题。所以需要有效改善电压质量。使用配电变压器低压补偿的方式比较有效，这种方法还可以有效改善供电环境。在补偿的过程中不仅要做好计算机监控，还要注意跟踪负载波动分容投切电容器，采用这一方式可以有效节约电能。合理使用低压补偿方式具有重要的影响，反之，如果使用不当则会导致供电系统电压波动等问题。在使用低压补偿方式的过程中，要注意对相关的数据进行综合性的分析，才能保证最终的供电效果和无功补偿技术的科学性。

4.2、集中补偿

集中补偿属于35KV变配电所经常使用的方法，这一方法也具有明显的优势，比如使用补偿装置并联电容器，并且注意变电站母线连接的准确性，用于提高电压质量并且平衡补偿的功率因数。综合调控具有重要意义，尤其可以降低配电网的消耗。

4.3、杆上无功补偿

随着35KV变配电所的应用，其电路的无功缺额会增加线路负荷，容易导致消耗增加，因此在区间使用杆上无功补偿可以改善这一问题，主要是为了修补无功缺额并且修复配电线路。

4.4、末端负荷分散补偿

在各设备中可以使用末端分散补偿技术，在一些常用电的设备中，可以利用无功负载完成单独补偿。同时也要提高其技术性，比如远动的方式进行终端实时监控。这一方式的优势在于安装比较方便，而且成本比较低，功能完善。

5、改进无功补偿装置策略

为了增强电力系统运行的安全性，电力输送的稳定性，减少电力运输损耗，必须加深对无功补偿装置的研究，为电力系统的正常运行奠定坚实的基础。在电网建设规模不断扩大的形势下，人们对电能质量要求越来越高，为了确保电力系统运行的安全、稳定，选用的投资少、结构简单的无功补偿装置已经无法满足电力系统运行的要求，需要加以改进。在铁路变配电所无功补偿中，无功补偿装置改进思路就是：加强并联电容器和静止同步补偿装置的有机结合。通过这样的结合可以有效扩展无功补偿装置运行的感性与容性，快速调节日常电力供应，并且对突发情况进行有效的应对。而静止同步补偿装置是一种自激式无功补偿装置，不需要传统储能元件提供或吸收无功功率，其主要就是借助直流电压源或电流源予以间接提供或吸收无功功率，并且借助功率器件的变流器对无功电流的输送进行控制，实现接入点电压的有效控制。所以，可以通过控制同步电压源电压的方式予以无功补偿。当同步电压源电压低于系统端电压的时候，就会产生电感性电流；当同步电压源电压高于系统端电压的时候，就会产生电容性电流。

总之，线路的感性负荷只有对应合理的无功功率，才能将线路变压器的损耗降到最低，达到无功补偿的效果。35KV调压变压器供电系统功率较低，更多运用于线路较远的地区，但由于各地昼夜用电量差距大，变电器负荷受影响，所以，35KV变配电所需要对无功补偿设备进行技术研究和设计，保证变压器电力容量，使其自身优势发挥出来。

参考文献：

[1]罗晓东.变电站无功补偿技术现状分析与SVG技术应用[D].华北电力大学,2017.