電網(wǎng)中的無(wú)功功率負(fù)荷主要有異步電動(dòng)機(jī)、變壓器，還有一部分輸電線路。而無(wú)功電源主要有發(fā)電機(jī)、靜電電容器、同步調(diào)相機(jī)、靜止補(bǔ)償器。無(wú)功功率的產(chǎn)生基本不消耗能源，但是無(wú)功功率沿電力網(wǎng)傳輸卻要引起有功功率損耗和電壓損耗。合理配置無(wú)功功率補(bǔ)償容量，以改變電力網(wǎng)無(wú)功潮流分布，可以減少網(wǎng)絡(luò)中的有功功率損耗和電壓損耗，從而改善用戶端的電壓質(zhì)量。

在做電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃時(shí)，根據(jù)各水平年各負(fù)荷點(diǎn)的有功負(fù)荷量及可靠性要求確定了變電容量的分配、線路回路數(shù)及導(dǎo)線截面和接線方式等等。但是，這樣還不能保證各用戶端的電壓達(dá)到國(guó)家和地區(qū)規(guī)定的要求。因?yàn)樽鲭娋W(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃時(shí)是以最大負(fù)荷為依據(jù)，而實(shí)際運(yùn)行時(shí)，負(fù)荷是變化的，功率因數(shù)也是變化的，通過(guò)線路的有功、無(wú)功功率都與規(guī)劃計(jì)算時(shí)大不相同，因此，導(dǎo)致某些負(fù)荷點(diǎn)的電壓“越限”(過(guò)高或過(guò)低)。為了使越限的電壓恢復(fù)正常，必須采取有效措施—無(wú)功補(bǔ)償。所謂無(wú)功補(bǔ)償，就是吸收或供給適度的無(wú)功功率，使通過(guò)線路的無(wú)功潮流最小。變電站安裝投運(yùn)無(wú)功補(bǔ)償裝置，有利降損節(jié)能，改善電能質(zhì)量，提高輸變電設(shè)備有功出力，使有限的電能發(fā)揮更大的效益。

1.4、無(wú)功補(bǔ)償配置的基本原則

設(shè)置補(bǔ)償裝置時(shí)，應(yīng)由系統(tǒng)專業(yè)根據(jù)電網(wǎng)電壓、系統(tǒng)穩(wěn)定性、有功分配、無(wú)功平衡、調(diào)相調(diào)壓，以及限制諧波電壓、潛供電流、暫時(shí)過(guò)電壓等因素，提出補(bǔ)償裝置的設(shè)置地點(diǎn)、種類形式、容量和電壓等級(jí)。設(shè)計(jì)要從安裝地點(diǎn)的自然環(huán)境條件，裝置的接線方式、布置形式、控制保護(hù)方式，設(shè)備的技術(shù)條件，以及避免或限制補(bǔ)償裝置引起的操作過(guò)電壓和諧振過(guò)電壓等角度出發(fā)，予以配合。

1)、電力系統(tǒng)配置的無(wú)功補(bǔ)償裝置應(yīng)能保證在系統(tǒng)有功負(fù)荷高峰和負(fù)荷低谷運(yùn)行方式下，分(電壓)層和分(供電)區(qū)的無(wú)功平衡。分(電壓)層無(wú)功平衡的重點(diǎn)是220kV及以上電壓等級(jí)層面的無(wú)功平衡，分(供電)區(qū)就地平衡的重點(diǎn)是110kV及以下配電系統(tǒng)的無(wú)功平衡。無(wú)功補(bǔ)償配置應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)情況，從整體上考慮無(wú)功補(bǔ)償裝置在各電壓等級(jí)變電站、10kV及以下配電網(wǎng)和用戶側(cè)配置比例的協(xié)調(diào)關(guān)系，實(shí)施分散就地補(bǔ)償與變電站集中補(bǔ)償相結(jié)合，電網(wǎng)補(bǔ)償與用戶補(bǔ)償相結(jié)合，高壓補(bǔ)償與低壓補(bǔ)償相結(jié)合，滿足降損和調(diào)壓的需要。

2)、各級(jí)電網(wǎng)應(yīng)避免通過(guò)輸電線路遠(yuǎn)距離輸送無(wú)功電力。500(330)kV電壓等級(jí)系統(tǒng)與下一級(jí)系統(tǒng)之間不應(yīng)有大量的無(wú)功電力交換。500(330)kV電壓等級(jí)超高壓輸電線路的充電功率應(yīng)按照就地補(bǔ)償?shù)脑瓌t采用高、低壓并聯(lián)電抗器基本予以補(bǔ)償。

3)、受端系統(tǒng)應(yīng)有足夠的無(wú)功備用容量。當(dāng)受端系統(tǒng)存在電壓穩(wěn)定問(wèn)題時(shí)，應(yīng)通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，考慮在受端系統(tǒng)的樞紐變電站配置動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置。

4)、各電壓等級(jí)的變電站應(yīng)結(jié)合電網(wǎng)規(guī)劃和電源建設(shè)，經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，合理配置適當(dāng)規(guī)模、類型的無(wú)功補(bǔ)償裝置;配置的無(wú)功補(bǔ)償裝置應(yīng)不引起系統(tǒng)諧波明顯放大，并應(yīng)避免大量的無(wú)功電力穿越變壓器。35kV～220kV變電站，所配置的無(wú)功補(bǔ)償裝置，在主變最大負(fù)荷時(shí)其高壓側(cè)功率因數(shù)應(yīng)不低于0.95，在低谷負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)不應(yīng)高于0.95，不低于0.92。

5)、各電壓等級(jí)變電站無(wú)功補(bǔ)償裝置的分組容量選擇，應(yīng)根據(jù)計(jì)算確定，最大單組無(wú)功補(bǔ)償裝置投切引起所在母線電壓變化不宜超過(guò)電壓額定值的2.5%。

6)、對(duì)于大量采用10kV～220kV電纜線路的城市電網(wǎng)，在新建110kV及以上電壓等級(jí)的變電站時(shí)，應(yīng)根據(jù)電纜進(jìn)、出線情況在相關(guān)變電站分散配置適當(dāng)容量的感性無(wú)功補(bǔ)償裝置。

6)、各電壓等級(jí)變電站、發(fā)電廠內(nèi)應(yīng)配備相應(yīng)的雙向有功功率和無(wú)功功率(或功率因數(shù))、雙向有功電能和無(wú)功電能、無(wú)功補(bǔ)償裝置運(yùn)行狀態(tài)及有載調(diào)壓變壓器分接位置等量值的采集與計(jì)量裝置。

7)、為了保證系統(tǒng)具有足夠的事故備用無(wú)功容量和調(diào)壓能力，并入電網(wǎng)的發(fā)電機(jī)組應(yīng)具備滿負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)在0.85(滯相)～0.97(進(jìn)相)運(yùn)行的能力，新建機(jī)組應(yīng)滿足進(jìn)相0.95運(yùn)行的能力。發(fā)電機(jī)自帶廠用電時(shí)，進(jìn)相能力應(yīng)不低于0.97。接入220kV～750kV電壓等級(jí)的發(fā)電廠，為平衡送出線路的充電功率，在電廠側(cè)可以考慮安裝一定容量的并聯(lián)電抗器。

8)、無(wú)功補(bǔ)償裝置宜采用自動(dòng)控制方式。

9)、風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)配置足夠的無(wú)功補(bǔ)償裝置，以滿足接入電網(wǎng)點(diǎn)處無(wú)功平衡及電能質(zhì)量的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，必要時(shí)應(yīng)配置動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置。

10)、電力用戶應(yīng)根據(jù)其負(fù)荷性質(zhì)采用適當(dāng)?shù)臒o(wú)功補(bǔ)償方式和容量，在任何情況下，不應(yīng)向電網(wǎng)倒送無(wú)功電力，保證在電網(wǎng)負(fù)荷高峰時(shí)不從電網(wǎng)吸收大量無(wú)功電力，同時(shí)保證電能質(zhì)量滿足相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求(即只能欠補(bǔ)償不能過(guò)補(bǔ)償?shù)脑瓌t，防止無(wú)功倒流，實(shí)際補(bǔ)償容量必須小于理論計(jì)算值)。

11)、無(wú)功補(bǔ)償裝置的額定電壓應(yīng)與變壓器對(duì)應(yīng)側(cè)的額定電壓相匹配。選擇電容器的額定電壓時(shí)應(yīng)考慮串聯(lián)電抗率的影響。

二、補(bǔ)償裝置的分類與功能

補(bǔ)償裝置可以分為兩大類：串聯(lián)補(bǔ)償裝置和并聯(lián)補(bǔ)償裝置。補(bǔ)償裝置都是設(shè)置于變、配電站、換流站或開(kāi)關(guān)站中，大部分連接在這些站的母線上，也有的補(bǔ)償裝置是并聯(lián)或串聯(lián)在線路上

2.1、串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置(簡(jiǎn)稱串補(bǔ)裝置)

串聯(lián)在輸電線路中, 由電容器組及其保護(hù)、控制等輔助設(shè)備組成的裝置,簡(jiǎn)稱串補(bǔ)裝置或串補(bǔ), 主要有固定串聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置(簡(jiǎn)稱固定串補(bǔ)) 和晶閘管控制串聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置 (簡(jiǎn)稱可控串補(bǔ) )。

電容串聯(lián)，容量減少(串聯(lián)后總?cè)萘康挠?jì)算，參照電阻的并聯(lián)方法)，耐壓增加。串聯(lián)電容：串聯(lián)個(gè)數(shù)越多，電容量越小，但耐壓增大。

(1)、串補(bǔ)裝置的安裝位置

1 )、在110kV及以下的電網(wǎng)中, 當(dāng)線路沒(méi)有分支線時(shí),串補(bǔ)裝置均裝設(shè)在線路末端的變電所;當(dāng)線路上有多個(gè)負(fù)荷分支線時(shí), 將串補(bǔ)裝置設(shè)在線路總壓降為一半的附近變電所中。

2 )、在220kV及以上電網(wǎng)中, 一般將串補(bǔ)裝置與線路中間的開(kāi)關(guān)站或變電所合建在一起; 當(dāng)無(wú)中間開(kāi)關(guān)站或變電所時(shí),才將串補(bǔ)裝置設(shè)置在末端變電所中。

(2)、串聯(lián)電容器串接在線路中，其作用如下：

1)、提高線路末端電壓。串接在線路中的電容器，利用其容抗xc補(bǔ)償線路的感抗xl，使線路的電壓降落減少，從而提高線路末端(受電端)的電壓。

2)、降低受電端電壓波動(dòng)。當(dāng)線路受電端接有變化很大的沖擊負(fù)荷(如電弧爐、鐵路牽引站等)時(shí)，串聯(lián)電容器能消除電壓的劇烈波動(dòng)。這是因?yàn)榇?lián)電容器在線路中對(duì)電壓降落的補(bǔ)償作用是隨通過(guò)電容器的負(fù)荷而變化的，具有隨負(fù)荷的變化而瞬時(shí)調(diào)節(jié)的性能，能自動(dòng)維持負(fù)荷端(受電端)的電壓值。

3)、提高線路輸電能力。由于線路串入了電容器的補(bǔ)償電抗xc，線路的電壓降落和功率損耗減少，相應(yīng)地提高了線路的輸送容量。

4)、改善了系統(tǒng)潮流分布。在閉合網(wǎng)絡(luò)中的某些線路上串接一些電容器，部分地改變了線路電抗，使電流按指定的線路流動(dòng)，以達(dá)到功率經(jīng)濟(jì)分布的目的。

5)、提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。線路串入電容器后，提高了線路的輸電能力，這本身就提高了系統(tǒng)的靜穩(wěn)定。當(dāng)線路故障被部分切除時(shí)(如雙回路被切除一回、但回路單相接地切除一相)，系統(tǒng)等效電抗急劇增加，此時(shí)，將串聯(lián)電容器進(jìn)行強(qiáng)行補(bǔ)償，即短時(shí)強(qiáng)行改變電容器串、并聯(lián)數(shù)量，臨時(shí)增加容抗xc，使系統(tǒng)總的等效電抗減少，提高了輸送的極限功率，從而提高系統(tǒng)的動(dòng)穩(wěn)定。

2.2、并聯(lián)電抗補(bǔ)償裝置

由并聯(lián)電容器和相應(yīng)的一次及二次配套設(shè)備組成, 并聯(lián)連接于三相交流電力系統(tǒng)中, 能完成獨(dú)立投運(yùn)的一套設(shè)備 。

電容器并聯(lián)時(shí)，相當(dāng)于電極的面積加大，電容量也就加大了。并聯(lián)時(shí)的總?cè)萘繛楦麟娙萘恐? 并聯(lián)電容：并聯(lián)個(gè)數(shù)越多，電容量越大，但耐壓不變。

(1)、并聯(lián)電抗補(bǔ)償裝置的安裝位置

并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置是直接連接或者通過(guò)變壓器并接于需要補(bǔ)償無(wú)功的變(配)電站、換流站的母線上。并聯(lián)電容器裝置宜裝設(shè)在變壓器的主要負(fù)荷側(cè)。當(dāng)不具備條件時(shí),可裝設(shè)在三繞組變壓器的低壓側(cè)。當(dāng)配電站中無(wú)高壓負(fù)荷時(shí),不宜在高壓側(cè)裝設(shè)并聯(lián)電容器裝置。低壓并聯(lián)電容器裝置的安裝地點(diǎn)和裝設(shè)容量,應(yīng)根據(jù)分最補(bǔ)償和就地平衡的原則設(shè)置,并不得向電網(wǎng)倒送無(wú)功。

(2)、并聯(lián)電容器的作用

并聯(lián)電容器并聯(lián)在系統(tǒng)的母線上，類似于系統(tǒng)母線上的一個(gè)容性負(fù)荷，它吸收系統(tǒng)的容性無(wú)功功率，這就相當(dāng)于并聯(lián)電容器向系統(tǒng)發(fā)出感性無(wú)功。因此，并聯(lián)電容器能向系統(tǒng)提供感性無(wú)功功率，系統(tǒng)運(yùn)行的功率因數(shù)，提高受電端母線的電壓水平，同時(shí)，它減少了線路上感性無(wú)功的輸送，減少了電壓和功率損耗，因而提高了線路的輸電能力。

(3)、并聯(lián)電容器無(wú)功補(bǔ)償方式

無(wú)功補(bǔ)償應(yīng)遵循“全面規(guī)劃,合理布局,分級(jí)補(bǔ)償,就地平衡”的總原則。因此按電容器安裝的位置不同,通常有三種補(bǔ)償方式:

1)、集中補(bǔ)償

電容器組集中裝設(shè)在用戶或變電站的母線上,用來(lái)提高整個(gè)變電站的功率因數(shù),使該變電所的供電范圍內(nèi)無(wú)功功率基本平衡。可減少高壓線路的無(wú)功損耗,而且能夠提高本變電站的供電電壓質(zhì)量。

2)、分組補(bǔ)償

將電容器組分別裝設(shè)在功率因數(shù)較低的終端變配電站高壓或低壓母線上,也稱為分散補(bǔ)償。這種方式具有與集中補(bǔ)償相同的優(yōu)點(diǎn),僅無(wú)功補(bǔ)償容量和范圍相對(duì)小些。但是分組補(bǔ)償?shù)男Ч容^明顯,采用得也較普遍。

3)、就地補(bǔ)償

將電容器或電容器組裝設(shè)在異步電動(dòng)機(jī)或感性用電設(shè)備附近,就地進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償,也稱為單獨(dú)補(bǔ)償或個(gè)別補(bǔ)償方式。這種方式既能提高為用電設(shè)備供電回路的功率因數(shù),又能改善用電設(shè)備的電壓質(zhì)量,對(duì)中、小型設(shè)備十分適用。

設(shè)計(jì)中應(yīng)將三種補(bǔ)償方式統(tǒng)籌考慮,合理布局,選配合適的補(bǔ)償容量,可取得較好的補(bǔ)償效果。

路之生科技，你身邊的電能質(zhì)量專家