電力系統(tǒng)的無功功率補償
1.無功補償?shù)脑瓌t
無功補償?shù)目傇瓌t：全面規(guī)劃，合理布局，分散補償，就地平衡。無功補償方式制定時，應(yīng)全面分析本系統(tǒng)的無功電力需求量，綜合比較無功補償?shù)慕?jīng)濟效益與投資費用，以確定最優(yōu)的補償容量與最優(yōu)的補償方式。
我國在《電力系統(tǒng)電壓和無功電力技術(shù)導(dǎo)則》中規(guī)定，無功補償與電壓調(diào)節(jié)應(yīng)按以下原則進行：
總體平衡與局部平衡相結(jié)合，既要滿足全網(wǎng)的總無功平衡，又要滿足分支線的無功平衡；
電力補償與用戶補償相結(jié)合，供電部門在電源點進行補償與用戶自身用電設(shè)備進行補償，兩者實現(xiàn)理想配合；
分散補償與集中補償相結(jié)合，以分散補償為主；
降損與調(diào)壓相結(jié)合，以降損為主。
2.無功補償裝置
從目前國內(nèi)外無功補償裝置的應(yīng)用情況看，無功補償裝置主要有同步調(diào)相機、并聯(lián)電容器和靜止補償器等三種。
2.1 同步調(diào)相機
同步調(diào)相機相當(dāng)于空載運行的同步電動機。在過勵磁運行時，它向系統(tǒng)供給感性無功功率而起無功電源的作用，能提高系統(tǒng)電壓；在欠勵磁運行時，它從系統(tǒng)吸取感性無功功率而起無功負(fù)荷作用，可降低系統(tǒng)電壓。由于實際運行的需要和對穩(wěn)定性的要求，欠勵磁最大容量只有過勵磁容量的（50%～65%。裝有自動勵磁調(diào)節(jié)裝置的同步調(diào)相機，能根據(jù)裝設(shè)地點電壓的數(shù)值平滑改變輸出（或吸?。┑臒o功功率，進行電壓調(diào)節(jié)。特別是有強行勵磁裝置時，在系統(tǒng)故障情況下，還能調(diào)整系統(tǒng)的電壓，有利于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但是同步調(diào)相機是旋轉(zhuǎn)機械，運行維護比較復(fù)雜。它的有功功率損耗較大，在滿負(fù)荷時約為額定容量的（1.5%～5%，容量越小，百分值越大。小容量的調(diào)相機每千伏安容量的投資費用也較大。故同步調(diào)相機宜大容量集中使用，容量小于5 MVA的一般不裝設(shè)。在我國，同步調(diào)相機常安裝在樞紐變電所，以便平滑調(diào)節(jié)電壓和提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。
2.2 靜止電容器
靜止電容器的結(jié)構(gòu)比較簡單，裝設(shè)容量可大可小，而且既可集中使用，又可分散裝設(shè)來就地供應(yīng)無功功率，以降低網(wǎng)絡(luò)的電能損耗。靜止電容器的優(yōu)點是經(jīng)濟、靈活、損耗低、安裝維護方便。為了在運行中調(diào)節(jié)電容器的功率，可將電容器連接成若干組，根據(jù)負(fù)荷的變化，分組投入或切除，可控硅投切型電容器補償裝置就可以實現(xiàn)補償功率的調(diào)節(jié)。
2.3 靜止補償器
靜止補償器是近年來發(fā)展起來的一種動態(tài)無功功率補償裝置。它是將電力電容器與電抗器并聯(lián)起來使用，電容器可發(fā)出無功功率，電抗器可吸收無功功率，兩者結(jié)合起來，再配以適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)裝置，就成為能夠平滑地改變輸出（或吸收）無功功率的靜止補償器。靜止補償器有四種不同類型，即可控飽和電抗器型，自飽和電抗器型，可控硅控制電抗器型，以及可控硅控制電抗器和可控硅投切電容器組合型靜止補償器。電壓變化時，靜止補償器能快速地、平滑地調(diào)節(jié)無功功率，以滿足動態(tài)無功補償?shù)男枰?。與同步調(diào)相機比較，運行維護簡單，功率損耗較小，能作到分相補償以適應(yīng)不平衡的負(fù)荷變化，對于沖擊負(fù)荷也有較強的適應(yīng)性，在我國電力系統(tǒng)中它將得到日益廣泛的應(yīng)用。
3.無功補償方式
無功補償就其補償方式來說分為高壓補償和低壓補償。高壓補償通常是在變電所高壓側(cè)進行，僅能補償補償點前端的無功功率，對補償點后的線路和負(fù)載的無功功率起不到補償作用；低壓補償可直接補償配電線路和負(fù)載的無功功率，補償效果較為理想。
3.1 高壓補償
高壓無功補償裝置廣泛地采用高壓并聯(lián)電容器，裝設(shè)在變電站主變壓器的低壓側(cè)，作用是對電網(wǎng)無功進行補償，改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，提高變電所的母線電壓，補償變電所主變壓器和高壓線路的無功損耗，充分發(fā)揮供電設(shè)備的效率。因此應(yīng)根據(jù)負(fù)荷的增長，安排、設(shè)計好變電所的無功補償容量，運行中在保證電壓合格和無功補償效果最佳的情況下，盡可能使電容器投切開關(guān)的操作次數(shù)減少。
3.2 低壓補償
低壓補償方式有三種：集中補償、分散補償和就地補償。
3.2.1 集中補償
集中補償是將電容器裝設(shè)在用戶專用變電所或配電室的低壓母線上，對無功進行統(tǒng)一補償。這種補償方式比較適合在負(fù)荷集中、離變電所較近，無功補償容量較大的場合。
集中補償?shù)膬?yōu)點是：①可以就地補償變壓器的無功功率損耗。由于減少了變壓器的無功電流，相應(yīng)地減少了變壓器的容量，也就是說，可以增加變壓器所帶的有功負(fù)荷。②可以補償變電所母線、變壓器和受電線路的功率損耗，節(jié)約能源。③當(dāng)負(fù)荷變化時，能對母線電壓起一定的調(diào)節(jié)作用，從而改善電壓質(zhì)量。④便于管理、維護、操作及集中控制。
缺點是：它只能減少裝設(shè)點以上線路和變壓器因輸送無功功率所造成的損耗，而不能減少用戶內(nèi)部通過低壓線路向用電設(shè)備輸送無功功率所造成的損耗。
集中補償一般按提高功率因數(shù)的需要確定補償容量。
3.2.2 分散補償
分散補償是將電容器組按低壓配電網(wǎng)的無功負(fù)荷分布分組裝設(shè)在相應(yīng)的母線上，或者直接與低壓干線相聯(lián)接，形成低壓電網(wǎng)內(nèi)部的多組分散補償方式，適合負(fù)荷比較分散的補
償場合。
分散補償?shù)膬?yōu)點：①對負(fù)荷比較分散的電力用戶，有利于無功進行分區(qū)控制，實現(xiàn)無功負(fù)荷就地平衡，減少配電網(wǎng)絡(luò)和配電變壓器中無功電流的損耗和電壓損失，使線損顯著降低；②在負(fù)載不變的條件下，可增加網(wǎng)絡(luò)的輸出容量；③補償方式靈活，易于控制。
分散補償?shù)娜秉c是：如果裝設(shè)的電容器無法分組，則補償容量無法調(diào)整，運行中可能出現(xiàn)過補償或欠補償；補償設(shè)備的利用率較集中補償方式低；安裝分散，維護管理比較不方便。
通常分散補償容量計算與集中補償一樣。
3.2.3 就地補償
這種方法是就地補償用電設(shè)備(主要是電動機)所消耗的無功功率，將電容器組直接裝設(shè)在用電設(shè)備旁邊，與用電設(shè)備的供電回路并聯(lián)，以提高用電系統(tǒng)的功率因數(shù)，從而獲得明顯的降損效益。
就地補償?shù)膬?yōu)點是：無功電流僅僅與附近的用電設(shè)備相互交換，不流向網(wǎng)絡(luò)其它點，在網(wǎng)絡(luò)中無功電流的無功損耗和電壓損耗小，既對系統(tǒng)補償，也對用戶內(nèi)部無功損耗補償，大大減少了電能損失，被補償網(wǎng)絡(luò)運行最經(jīng)濟；在配電設(shè)備不變的情況下，可增加網(wǎng)絡(luò)的供電容量，導(dǎo)線截面可相應(yīng)減??；適應(yīng)性好，既可三相補償，對容量較大的電動機個別補償，也可進行兩相、單相補償，并且單臺補償裝置的容量較小，電容器投切沖擊電流小，對于賓館、大樓等無功補償特別適合。
就地補償?shù)娜秉c是：對于電網(wǎng)內(nèi)公用負(fù)荷，與集中補償和分散補償相比，補償相同容量的無功負(fù)荷所需的補償電容器總?cè)萘亢脱a償裝置總數(shù)量增加，投資較大，補償裝置利用率較低。
補償容量按國家標(biāo)準(zhǔn)GB50052-1995《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》第5.0.10條規(guī)定：“接在電動機控制設(shè)備側(cè)電容器的額定電流，不應(yīng)超過電動機勵磁電流的0.9倍，其饋電線截面和過電流保護裝置的整定值，應(yīng)按電動機-電容器組的電流確定。”
4.無功補償容量的確定及配置
4.1 變電所
變電所安裝電容器，其主要作用是補償變壓器的無功損耗及配電線路前段的無功負(fù)荷及無功損耗，同時可以進行調(diào)壓。變電所電容器的補償容量按主變壓器額定容量的10%～15%來配置，根據(jù)變電所的負(fù)荷性質(zhì)和運行方式和調(diào)壓要求，確定合理的無功補償容量。
4.2 配電線路
配電線路是電力網(wǎng)的重要組成部分，配電線路上電容器容量的確定，應(yīng)按最大限度地降低無功損耗的原則來考慮，要根據(jù)無功負(fù)荷情況采取分散補償?shù)姆绞竭M行補償。
4.3 電力用戶
各用戶應(yīng)按《國家電力公司農(nóng)村電網(wǎng)電壓質(zhì)量和無功電力管理辦法》中對功率因數(shù)的要求來確定補償容量，或按經(jīng)濟功率因數(shù)值來確定補償容量。
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