电力系统低压无功补偿技术栗军

电力系统低压无功补偿技术栗军

栗军李梁

（国网石家庄供电公司河北石家庄050000）

摘要：通过无功补偿装置提升电压水平对于电力系统具有十分重要的意义，电力企业应该高度重视无功补偿装置的重要性，并且通过分析全面掌握其特点、内容和措施，提高电力系统低压电网无功补偿装置的安装广度和深度，从而降低电力输送过程中的损失，保证电力系统的供电效率和质量，保障人们的日常生活和社会正常生产活动。

关键词：电力系统；低压；无功补偿技术

引言：中低压配电网是电能配置的末端环节,具有覆盖区域广,负荷密集繁杂的特点,其损耗可占全网损耗的40%以上[1]。电压偏低会对电气设备造成很大危害。配电网的电压较低时，也会对电网本身造成一些危害。如将增大线路的损耗，降低输电的效率。如果电压降到额定电压的70%时，可能会发生电压崩溃的事故。一旦发生该事故将会引起大面积的停电，损失将不可估量[2]。无功补偿和电压调整是降低电网损耗和改善电压质量的有效手段[3]。

1、无功补偿原理

在交流电力系统中，由电网输送的功率分为两部分：一部分是有功功率，一部分是无功功率。有功功率是直接消耗电能，将电能转换为机械能、化学能、热能等其他形式能，通过这些能来做功。无功功率是不消耗电能，只是转换为其他形式的能量，通过电场与磁场的交换，在电气设备中建立和维持磁场的电功率。无功功率作用很大，如电动机需要无功功率建立和维持旋转磁场，通过转子转动，产生机械运动；变压器也同样也需要通过无功功率，在变压器的一次线圈中产生磁场，才能使二次线圈感应出电压。

随着国民经济的不断发展，电网中的感性负荷越来越多，在运行中需向感性设备提供无功功率。在电网相应节点中安装无功补偿设备后，可向感性负载提供其所消耗的无功功率，减少了由电网向感性负荷提供的无功功率，因此可降低线路及变压器由于输送无功功率而造成的电能损耗，这就是无功补偿。

2、我国电力系统无功补偿的现状

我国电力系统无功补偿主要经历了以下几种方式：

（1）同步调相机：同步调相机可以说是我国最早运行的无功补偿设备，它不仅可以补偿固定的无功功率，而且也可以进行动态补偿，但损耗大、响应慢、运行维护比较复杂，多用于高压侧集中补偿，目前很少使用。

（2）并补装置：并联电容器是无功补偿领域中应用最广泛的无功补偿装置，但电容补偿只能补偿固定的无功，尽管采用电容分组投切相比固定电容器补偿方式能更有效适应负载无功的动态变化，但是电容器补偿方式仍然属于一种有级的无功调节，不能实现无功的平滑无级的调节。

（3）并联电抗器：目前所用电抗器的容量是固定的，除吸收系统容性负荷外，用以抑制过电压。

虽然上述几种补偿方式在运行过程中取得了一定的效果，但在实际的无功补偿应用中也存在一些问题：补偿方式问题、谐波问题、无功倒送问题、电压调节方式的补偿设备带来的问题等等。根据上述出现的问题，随着科技的进步及我们在解决无功补偿问题过程中总结的经验积累，今后我国的无功功率补偿技术将向着智能化、小型化、经济化的方向发展。

3、无功补偿应遵循的原则

配电网的无功补偿应遵循分级就地平衡的原则进行配置，全面规划,合理布局，采用集中补偿和分散补偿相结合、以分散补偿为主，高压补偿和低压补偿相结合、以低压补偿为主，静态补偿和动态补偿相结合，调压和降损相结合、以降损为主的基本原则；各电压等级变电站应根据实际情况合理选择合适类型的无功补偿装置及无功补偿的容量，所装无功补偿装置应以不引起系统谐波明显放大为原则；电力用户无功补偿后的功率因数应达到国家规定的要求[4]。

4、电力系统低压无功补偿技术

国内通过低压无功补偿装置解决配电网低电压问题的形式主要有三类：一类是配电变压器低压侧集中补偿，一类是负荷端的分散式补偿，还有一类是系统性补偿方案。

4.1低压集中补偿

配电变压器低压侧集中补偿方式，主要采用采用功率因数型或无功功率控制策略，容量一般选择按配电变压器容量的30%左右配置，应用形式主要有在配电变压器低压侧并联电容器柜。

该方法具有以下显著特点：一是补偿的容量较大，可用于大容量电容器；二是自适应能力强，可根据用户负荷的变化动态调整相应投切的补偿，能够做到供给平衡；三是补偿的经济效率好，通过补偿无功功率，可以提升变压器出线端电压，减线路损耗，有效的控制了能耗。

但该方法无法有效解决由于低压线路电压降太大（如线径较小、超供电半径太大）而导致的低电压问题。

4.2低压电网中的分散补偿

低压电网中负荷端分散补偿的方式，一般采用电压型的控制策略，以补偿电压为主，兼顾节能降损和功率因数调节，一般靠经验评估配置容量，应用形式主要有柱挂式和壁挂式无功补偿箱等，通过适度而可控的反向无功，有效提升负荷端电压。

该方法具有以下显著特点：一是针对性强，该方法操作灵活，可以有效解决0.4kV低压负荷末端电压偏低问题，保证电压始终处于合理水平，避免因电压变化对电器所造成的损坏；二是经济效果显著，可以有效地节约资源，对于老旧小区改造，使用分散补偿的方法，有着投资少见效快的优势。三是应用范围广，该方式对大多数低电压问题都有着一定的效果。

但该方法的应用缺乏成熟可靠的应用经验，对于不同现场如何选择容量配置、如何检测投运后的补偿效果，缺乏工程评估手段[5]。

4.3系统解决方案

系统解决方案，首先，在变电站内通过调节主变分接头的位置和调整10kV电容器的投切；其次，通过在10kV输电线路上加装馈线自动调压装置和及无功补偿设备，来解决馈线末端低电压问题；再者，综合考虑负荷端距配变的距离及负荷性质，合理分配配电变压器的低压出线，再通过调节变压器有载调压的分接头或控制投切无功补偿电容器的数量，来提升变压器出线端电压。

系统解决方案解决低电压问题，可以从宏观上对解决区域性低电压问题提出综合性解决方案，是未来的发展趋势，具有系统性优势，可充分发挥各级电压调节能力，为区域电压的稳定提供良好的支撑作用。

但当前系统解决方案需要顶层规范设计和系统性建设，暂时无法作为解决低电压问题的应急处置方案。

5、结论

无功功率对电网的稳定运行是十分重要的，当无功功率不足时，将降低发电机的有功功率输出，使电源设备的利用率下降，而且使电力线路的电压损失加大，造成电能质量的下降，还使供电系统损耗加大，造成能源的损失。因此，对供配电系统进行无功功率补偿对提高电网功率因数，降低线路损耗，节约能源，挖掘发电设备的运行潜力，稳定电网电压，优化电网无功潮流和提高电网质量，都有着积极的重要意义。

参考文献：

[1]雷铭.电力网降损节能手册[M].北京:中国电力出版社,2005.

[2]马翔.电网低电压运行对用电设备、电网的危害及防止措施[J].价值工程,2010,(27):135

[3]王成山,张义.基于Benders分解和内点法的无功优化规划[J].电力系统及其自动化学报,2003,15(4):46-50,62.

[4]张利生.电力网电能损耗管理及降损技术(第2版)[M].北京:中国电力出版社,2008.

[5]曹伟.利用无功补偿解决配电网低电压问题的对策研究[D].广东:华南理工大学,2016:1-2.