电网无功补偿装置的应用

电网无功补偿装置的应用

冯东生

(华北电力大学，河北保定071003)

睛要]随着现代屯力电子技术的发展，大功率变流、变频等电力电子装置在电力系统中得以广泛应用，这些装置大多数功率因数都很

低，导致电网中出现大量的无功电流。无功电流产生无功功率。给电网带来额外负担目影响供电质量。因此．无功补偿就成为保持电网高质

量i斩的—种主要手段之一。这也是当今电气化自动化技术及电力系统研究领域所面临发展的一个重大课题。

I关键词】无功补偿；电网；装置

目前，世界各国都将无功补偿作为电网规划的必不可少的一部分。

然而，我国与世界上的发达国家相比，无论从电网功率因数还是补偿深度来看，都有较大差距。目前，日本、美国等发达国家补偿度达到05以上，干网功率因数接近1．0，而我国补偿度仅为0．45在日本，配电网系统户外补偿电容器的自动投切率己达86．4％：在美国，许多城市道路旁的电-线t--T上装有并联电容器组，并采用自动装置控制。而国内广泛使用的无功补偿装置主要有以下缺陷：一是以交流接触器作为电容器投切的开关，它的主要缺陷是开关速度较慢，约为10～305，不可能快速跟踪负载无功功率的变化，而且投切电容器时常会引起较严重的；中击涌流和操作过电压，从而造成交流接触器的接点烧毁或是补偿电容器的内部击穿，严重影响了装置自身的使用寿命：二是在控制方式上以功率因数

作为检测量和控制目标，由于补偿终极目的是减少进出电网的无功，而无功功率是由电压、电流、相位决定的，功率因数取样方式仅检测电网

中的相位差，因此并不能准确反映电网中负荷的无功分量大小，轻载时容易造成投切震荡影响控制系统的可靠性和使用寿命，也将影响电网和用户设备的安全运行，重载时则不易达到充分补偿。

1电网无功补巨装置的应用

国内，无功补偿主要采用变电站集中补偿和企业就地补偿两种形式。不同的补偿方式，在实际中的补偿效果仍有所差异。若能根据具体情况，选用综合性的全方位补偿方式进行补偿，克服单一补偿方式的不足，其补偿效果会更好。

I．A就地无功补偿装置

就地补偿是在异步电动机附近设置电容器，对异步电动机进行无

功功率补偿电容器直接装于用电设备附近，与电动机的供电回路相并联，中间只加串熔断器保护，用电设备投入时电容器跟着一起投入，切除时—块切除，实现了最方便的无功自动补偿，切除时用电设备的线圈就是电容器的放电线圈。就地无功补偿可以分为高压集中补偿，低压分组补偿和低压就地补偿三种补偿方式如图1gr-示,。

．．……图1鼍种补偿腻

I睚孰皑补偿

通过就地电压传感器控制而自动地投切电容器。可减少供电网，配电变压器，低压配电线路的负荷电流，可减少配电线路的导线截面和企

业配电变压器的容量。可刚氏电动机的起动电流。在效果上，它起着一

个可变无功负载作用，调整其值起到保持交流电压为常数的作用。通常

适用于经常投入运行，负荷较稳定的中小型低压电动机。在电机等感性负载旁和电容器直接并联，与电机等同开，同停。停机后电容器通过电机直接放电，电容器不再另需放电装置。运行时电机所需无功由电容器

就地供给，能量交换距离最短，可以最大限度的降低线路的电流。在线

路相同的条件下，线路损耗与电流的平方成正比，所以电容就地补偿，节电效果最好，投资也小。特别是能够有效抑制设备瞬间出现的电流波动；中击电网。但是一般工业生产，现场环境相对较差，特别是冶金企业，金属粉尘含量高，维护、保养若不能定时进行，往往最易损坏。同

时，对于频繁操作的设备，由于瞬间大电流的频繁冲击，也是造成电容器易损坏的一个方面，所以，此种方式中电容器使用寿命短。由于随机开、停，电容器的有效使用率也最低。

12集中无功补偿装置

通常指装于地区变电站或高压供电电力用户降压变电站母线上的高压电容器组；也包括集中装设于电力用户总配电高低压母线上的电容器组。其优点是有利于控制电压水平，且易于实现自动投切，利用率高，维护方便，能减：!≯配电网，用户变压器及专供线路的无功负荷和电能损耗。北京首电科技有限公司采用“贴近用户进行集中补偿”的思路，研制出的专利产品—农网10kv高压线路集中式无功补偿装置，在陕西、湖南等地经过两年多的挂网运行，降损节电效果明显。据安装了6补偿装置的陕西省三原县的统计数据表明：2004电量为1416亿千瓦时，降损3百分点，年节约425万千瓦时，按每千瓦时0．49可增加收入20825f乙。缺点是不能减少电力用户内部各条配电线路的无功负荷和电能损耗。集中补偿分为固定容量补偿和自动补偿，均可最大限度的挖掘变压器的容量潜力，增大负载能力。

1)固定补偿装置。固定补偿主要综合整个电网的各项年平均参数，

根据无功的分布情况选取若干个补偿点，每个点投^若干单位的电容量，

使得全年节能效益与经济投入之比达到最佳。这种方法的优点是能综合考虑整个电网的运行特点，既取得了最佳经济效益又兼顾了全网无功潮流的平衡：固定补偿虽然投资小，但如果补偿的容量过大，在低负荷时，易出现过补现象。在开、停过程中涌流较大，易造成设备损坏。补偿容量不能跟随电网的实时运行状况，其最佳值是年平均意义上的，电压波动问题依然存在，当电网负荷发生变化时，这种方法就为力了。

2)自动补偿装置。自动补偿是微电子技术在电力系统的应用。控制器根据传感器的数据，计算出当前电网所需的无功补偿量并控制电容器组的投切，达到实时补偿的目的。自动补偿，功率因数可控制到095-0．98，其增容效果更为显著。电容器的充、放电功能，可以有效的稳定电压，提高供电质量。特别是自动补偿，按循环方式投、切，被切除的电容要有充足的放电时间，才能再次投入。虽然各种微电脑功率因数自动控制器硬件、软件设计不同，但其原理基本如图所示：

检测单元通过电压、电流互感器采得电压和电流信号，并利用运放电路、门电路得到反映相位差的方波信号，传给控制单元。微处理器接

收到检测信号，分别逛0显示和比较单元。在比较单元中与设定值进行

比较，确定是否发出投切命令。同时控制单元还具有过压、过流、欠补及振荡报警和保护功能。执行单元接到命令后，通过投切装置完成电容器组的投切。微计算机技术的应用进一步加强了控制单元的功能，集成化程度大大提高了，自诊能力、扩充能力都得到了加强。

2结语

总之，无功补偿应根

就地平衡和便于调整电压的原则进行配置，

可采用分散和集中补偿相结合的

式。今后为适应现代化电力系统的发

展需要，无功补偿装置要进一步发展和优化。

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