电力系统中无功补偿的重要性及其主要方式分析

电力系统中无功补偿的重要性及其主要方式分析

陈冲冲

杭州协东电力设计工程有限公司，浙江 杭州 310000

摘要：电力系统无功补偿的重要性及其主要方式分析，电力系统中无功补偿的作用：在电力系统中，采用无功补偿是降低输电线路损耗、提高供电效率、保证电能质量、减少电压波动的有效手段。由于我国的电网规模逐渐扩大，输电线路的损耗也不断增大，对电能质量提出了更高要求。而在一些用户附近，往往有变电所、电厂和输电线路，这些设施一般都是以负荷用电为主。由于负荷电流是有功功率的三倍，这些设备往往会产生无功功率，因此产生大量无功负荷。如果不采取相应措施进行补偿，将会严重影响电力系统运行的经济性和安全性。

关键词：电力系统；无功补偿；重要性；主要方式

引言

电力系统中的无功补偿是指在电力系统中通过自动装置，在不增加系统总容量的前提下，提高电力系统中功率因数的一种技术措施。电力系统无功补偿是将无功功率进行分配，从而提高功率因数，减少线路损耗，节省电能。本文对电力系统中无功补偿的重要性及其主要方式进行了分析。

1 电力系统中无功补偿的重要性

电力系统的功率因数是衡量电网质量的一个重要指标，如果功率因数低，就会造成无功功率在线路上传输，使输电线路的损耗增大，设备的电压损失增加，从而导致电力系统电压的波动和闪变等一系列问题。因此，在电力系统中提高功率因数是非常重要的[1]。

2 主要方式

2.1 高压并联电容器

高压并联电容器是电力系统无功补偿的主要设备之一，是在高压配电系统中直接进行无功补偿的电容器组，是将低压电容器与高压配电系统相连，通过对高压并联电容器的投切来实现无功补偿。高压并联电容器的运行方式为：当系统处于正常运行状态时，运行电流为零；当系统发生故障时，运行电流为额定电流的1/10;当系统故障消除后，则恢复到正常状态。由于高压并联电容器具有反应速度快、补偿容量大、可靠性高的优点，因此在电力系统中得到了广泛应用。但由于其自身存在的缺陷，导致了其在应用中存在一些问题。因此，需要我们对高压并联电容器进行进一步研究，以期更好地发挥其作用[2]。

2.2 电力系统的无功补偿装置

目前，无功补偿装置的主要有并联电容器、同步调相机、静止型无功补偿装置（SVC）等。SVC是指由并联电容器组和同步调相机组成的无功补偿装置，SVC的容量可以根据负荷需要来调节，其作用是补偿系统中的无功功率，降低网损和改善电压质量。在电力系统中，SVC一般应用在两个方面：一是低压并联电容器补偿，它是通过串联电抗器和电容器组实现的，可以补偿低压功率因数；二是高压并联电容器补偿，它是通过高压电容器组与并联电抗器进行串联连接的，可以补偿高压功率因数。SVC安装在配电系统中，可以提高配电系统的功率因数，从而提高电网的输送能力，降低线路损耗。因此， SVC是一种比较理想的无功补偿装置[3]。

2.3 调相机

调相机的工作原理是通过改变自身的无功输出，实现对负荷无功的调节，从而达到改善电能质量、提高电压稳定性等目的。调相机是利用晶闸管控制电抗器，以电磁转换型为主体的可控式静止式异步电动机。它分为自耦变压器式和感应电动机式两种。其中自耦变压器式调相机具有无励磁、体积小、效率高、结构简单等优点，是目前我国电力系统中使用最广泛的一种无功补偿装置。感应电动机式调相机具有无励磁调节、体积小、效率高、调节速度快等优点，但由于其结构复杂，控制困难，可靠性不高，所以很少被采用。

从技术上看，目前调相机的电压调节范围在-20~+20 kV之间，因此调相机只能作为无功补偿设备使用。从应用上看，由于调相机本身的特性所限，所以其只适用于低压场合。而在高压电网中则难以发挥其作用。另外由于调相机运行中存在一些缺点，比如调节过程中的电压波动会影响到系统的稳定性；运行中有可能发生误动而导致停电等问题。因此在高压电网中将很难应用调相机作为无功补偿装置[4]。

2.4 同步电动机

同步电动机的转矩是由定子磁场的切割磁感线产生的。当电动机处于启动状态时，定子磁场与转子磁场的同步转速相同，转子磁通为零，且电压恒定。此时，电动机在空载时无功功率只有转矩（功率因数），无功功率全部由定子磁场消耗。当电动机处于运行状态时，定子磁场与转子磁场同步旋转，转子磁通为零，电动机的转矩为零；同时电压也随转子磁场同步变化，此时的无功功率全部由定子磁场消耗。因此，同步电动机在启动时产生较大的无功损耗。由于同步电动机中含有大量的电抗和铁损，因此其无功损耗占整个异步电动机无功损耗的70%~80%。因此在异步电动机启动时应加入适当的无功功率补偿装置。

2.5 并联电容器组

并联电容器组是通过并联连接在一起的电容器和电抗器，从而在一定程度上起到无功功率补偿作用的一种补偿装置。其作用是提高系统功率因数，降低线路损耗，同时减少了变压器的无功需求，达到了节能目的。其原理是在系统中合理地设置电容器组，使其在补偿电网无功功率时不影响正常运行，并根据电网需要及时投入或退出。因此，它主要用于感性无功负荷，其容量与变压器的容量匹配。当系统出现无功负荷时，并联电容器组可提供有功功率补偿；当系统出现感性无功负荷时，并联电容器组可提供无功功率补偿。这种方法虽然可以提高电网功率因数、减少线路损耗、提高电压水平等，但同时也会导致配电系统容量的增加和投资的增加。

2.6 静止无功补偿装置（SVC）

SVC是静止无功补偿装置的简称，它是一种以电力电子技术为核心的现代电力设备，通过控制电力电子装置产生连续或脉冲式无功功率，对系统中的无功功率进行自动调节，以达到改善电网电压质量和提高功率因数的目的。SVC主要由晶闸管控制电抗器（TCR）、同步调相机（SPS）和滤波器等组成。

SVC的优点：响应速度快，无功调节范围大，功率因数高，易于实现无功就地平衡。适用于补偿系统的中压和高压部分的无功功率。

SVC的缺点：投资大、占地面积大，结构复杂、可靠性低、维护成本高。

SVC用于电力系统中进行无功功率补偿具有灵活性好、响应速度快、补偿效果好和可靠性高等优点，其发展前景十分广阔[5]。

3 结束语

随着我国电力工业的不断发展，电力系统中的无功补偿已经成为了整个电力系统中的一个重要环节。它不仅能够提高电网的功率因数，降低网损，改善电压质量，而且可以提高电气设备的供电能力和使用寿命。因此，加强无功补偿在电力系统中的应用，有利于改善电网电压质量、减少线路损耗、提高发电效率、降低供电成本。由于各种无功补偿技术具有各自不同的特点和适用范围，因此在实际应用中要根据用户实际情况和电网运行方式灵活选择补偿技术。要从改善电网功率因数出发，积极采用集中补偿和就地补偿相结合的方式；要从减少线路损耗出发，积极采用集中补偿和就地补偿相结合的方式；要从提高供电能力出发，积极采用集中补偿和就地补偿相结合的方式；要从改善用户用电质量出发，积极采用集中补偿和就地补偿相结合的方式。总之，我们需要在实践中不断探索无功补偿技术的发展规律，不断总结经验教训，加强无功功率理论研究工作，以促进我国无功补偿技术不断向前发展。

参考文献：

[1]聂宁.变电设计中无功补偿装置的设计方式探析[J].通讯世界,2015(05):124-125.

[2]张生龙.浅谈电力系统中无功补偿的重要性和其主要方式[J].科技创新导报,2014,11(32):76-77.

[3]李新龙.基于变电设计中的无功补偿分析[J].科技与企业,2014(18):179.

[4]龙彪.电力系统中无功补偿的重要性及其主要方式分析[J].科技与企业,2013(24):358.