浅谈无功补偿技术在低压电网中的应用

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　　摘要：随着经济，社会的发展以及电力体制改革的不断深入。电网技术工作遇到了很多前所未有的挑战，面临着许多新问题。本文利用技术改造创新，采用无功补偿技术，能提高供电质量，减少电能损耗。基于对无功补偿技术在电网自动化中的应用研究，旨在分析这些技术存在的问题并提出意见和建议。
　　关键词：电网；配置原则；低压无功补偿；技术应用
　　电压质量是电能质量的重要指标之一，它与电网中的无功功率有着密切的联系，对于低压电网来说其中大部分用电设备为感性负载，其功率因数很低，这就影响了线路及配电变压器的经济运行，通过采用无功补偿技术提高功率因数，从而达到节约电能降低损耗的目的。
　　据有关资料介绍：电网中的电动机所消耗的无功功率约占无功总量的60％～65％，变压器所消耗的无功功率约占20％～25％。对电网采取合理有效的无功补偿，可以提高功率因数，降低损耗，改善电网电压质量，随着无功补偿装置越来越先进，无功补偿技术的不断提高，会给用电企业带来明显的经济效益。
　　
　　1 无功补偿设备发展状况
　　正是由于无功补偿有太多的作用，在人们的高度重视下，近十年来无功补偿设备发展迅速，功能也越来越强大。传统的无功补偿设备已经越来越不适应电力系统发展的需要。随着电力电子技术的发展及其在电力系统中的应用，交流无触点开关scr、gtr、gto 等的出现，将其作为投切开关，速度可以提高500 倍(约为10μs),对任何系统参数,无功补偿都可以在一个周波内完成投切电容器，不但投切速度快，而且不会引起严重的冲击涌流和操作过电压。控制器能快速跟踪负载无功功率的变化，而且可以进行单相调节。现今所指的静止无功补偿装置一般专指使用晶闸管的无功补偿设备，主要有：饱和电抗器的静止无功补偿装置（sr)；晶闸管控制无功补偿装置(svc)；采用自换相变流技术的静止无功补偿装置（asvg）。asvg 在改善系统电压质量，提高稳定性方面具有svc无法比拟的优点。
　　
　　2 无功补偿的合理配置原则
　　为了最大限度地减少无功功率在低压配电网中的传输损耗，提高输配电设备的效率，无功补偿设备的配置，应按照“分级补偿，就地平衡”的原则，合理布局。应该尽量避免通过电网元件大量、长距离地传输无功功率，做到无功功率的分层分区平衡，必要时还应校验某些设备检修时或故障后等运行方式下的无功功率平衡，而且在事故情况下要求电网应留有足够的无功功率储备。
　　（1）总体平衡与局部平衡相结合，以局部为主。既要满足全网的总无功平衡，又要满足分线、分站的无功平衡。
　　（2）电力部门补偿与用户补偿相结合。在配电网络中，用户消耗的无功功率约占50％～60％，其余的无功功率消耗在配电网中。因此，为了减少无功功率在网络中的输送，要尽可能地实现就地补偿，就地平衡，所以必须由电力部门和用户共同进行补偿。
　　（3）分散补偿与集中补偿相结合，以分散为主。集中补偿，主要是补偿主变压器本身的无功损耗，以及减少变电所以上输电线路的无功电力，从而降低供电网络的无功损耗，但不能降低配电网络的无功损耗。而用户需要的无功通过变电所以下的配电线路向负荷端输送，所以为了有效地降低线损，必须做到无功功率在哪里发生，就应在哪里补偿。所以，中、低压配电网应以分散补偿为主,做到无功就地平衡，减少其长距离输送。
　　（4）降损与调压相结合，以降损为主。特别是线路长，分支多，负荷分散，功率因数低的线路，其负荷率低，线路损失大，若对此线路补偿,可明显提高线路的供电能力。
　　
　　3 无功补偿几种方式
　　
　　3.1 固定补偿与动态补偿相结合
　　随着社会的发展，负载类型越来越复杂，电网对无功要求也越来越高，因此单纯的固定补偿已经不能满足要求，新的动态无功补偿技术能较好地适应负载变化。
　　
　　3.2 三相共补与分相补偿相结合
　　新的设备尤其是大量的电力电子、照明等家居设备，都是两相供电，电网中三相不平衡的情况越来越多，三相共补同投同切已无法解决三相不平衡的问题，而全部采用单相补偿则投资较大。因此根据负载情况充分考虑经济性的共分结合方式在新的经济条件下日益广泛应用。
　　
　　3.3 稳态补偿与快速跟踪补偿相结合
　　稳态补偿与快速跟踪补偿相结合的补偿方式是未来发展的一个趋势。主要是针对大型的钢铁冶金等企业，工艺复杂、用电量大、负载变化快、波动大，充分有效地进行无功补偿，不仅可以提高功率因数、降损节能，而且可以充分挖掘设备的工作容量，充分发挥设备能力，提高工作效率，提高产量和质量，经济效益大。
　　
　　4 低压无功补偿注意事项与问题
　　低压无功补偿安装地点分散、数量多，且配电网电压、负荷情况复杂；工程中相关问题考虑不周，不仅影响装置正常运行，也带来很多维护、管理等问题，工程问题必须引起重视。
　　
　　4.1 产品选型
　　根据公司的经济实力，用电需求，无功补偿要求以及公司人员技术水平情况合理的选择无功补偿设备。切忌盲目追求新厂品，尽管新厂品性能好，优点多，但某些新厂品技术还不一定成熟，而且价格昂贵。
　　
　　4.2 功能选择
　　城网台变多以无功补偿为主，很多要求有综合监测功能。农网不
　　同场合要求不同，可考虑配电+补偿、补偿+计量，特殊用户可采用配
　　电+补偿+计量或补偿+综测。对监控功能的要求高，必然成本高、投资
　　大。建议根据实际需要和使用场合，合理选择功能适用、价位合理的产
　　品。有些单位从“长远”考虑，提出联网、监控等很多要求，无疑会增大投资和运行维护量，事实是很多没有联网的可能。
　　
　　4.3 补偿容量问题
　　补偿电容器容量不宜选取过大,过大导致电网电压升高较多,甚至达到不允许的程度。补偿无功功率容量可按下式计算:
　　 QC=anPjs(tgφ1- tgφ2)
　　式中，QC：所需装设电力电容器组的总容量，kvar；Pjs：有功计算负荷，KW；tgφ1：补偿后功率因数角的正切值；tgφ2：补偿前自然平均功率因数角的正切值；an：年平均有功功率负荷系数，一般取0.7～0.75。对电容器就地补偿的电动机，有可能产生自励，为防止电动机产生自激的电容器容量可按 选取。
　　
　　4.4 控制器的采样方式问题
　　无功功率补偿控制器有三种采样方式，功率因数型、无功功率型、无功电流型。选择那一种物理控制方式实际上就是对无功功率补偿控制器的选择。控制器是无功补偿装置的指挥系统，采样、运算、发出投切信号，参数设定、测量、元件保护等功能均由补偿控制器完成。十几年来经历了由分立元件→集成线路→单片机→ DSP 芯片一个快速发展的过程，其功能也愈加完善。就国内的总体状况，由于市场的需求量很大，生产厂家也愈来愈多，其性能及内在质量差异很大，很多产品名不符实，在选用时需认真对待。从电网降低网损角度，取无功功率为控制量是最佳控制方式。采集三相电压、电流信号，跟踪系统中无功的变化，以无功功率为控制物理量，以用户设定的功率因数为投切参考限量，依据模糊控制理论智能选择电容器组合，依据“取平补齐”的原则投入电网，实现电容器投切的智能控制，使补偿精度高。
　　
　　4.5 无功倒送和三相不平衡问题
　　无功倒送会增加线路和变压器的损耗，加重线路供电负担。为防止三相不平衡系统的无功倒送，应要求控制器检测计算三相无功投切控制。固定补偿部分容量过大，容易出现无功倒送。一般动态补偿能有效避免无功倒送。系统三相不平衡同样会增大线路和变压器损耗。对三相不平衡较大的负荷，比如机关、学校等单相负荷多的用户，应考虑采用分相无功补偿装置。并不是所有厂家的控制器都具有分相控制功能，这是工程中必须考虑的问题。
　　
　　4.6 谐波影响和电容器保护问题
　　（1）谐波影响会使电容器过早损坏或造成控制失灵，谐波放大会使干扰更加严重。工程中应掌握用户负荷性质，必要时应对补偿系统的谐波进行测试，如符合下述条件，则认为对电容器影响小，a)晶闸管装置的容量以千瓦计，不大于变电所总负荷容量以千瓦计的40％；b）晶闸管装置的千瓦值与电容器安装处的短路容量千伏安值之比小于0.05。存在谐波但不超标可选抗谐波无功补偿装置，谐波超标则应装设谐波抑制装置来抑制谐波。
　　（2）电容器耐压标准为1.1UN，补偿控制器过压保护一般取1.2UN，超过必须跳闸，实际工程中，对电压较高电网的装置应予以关注。
　　
　　4.7 装置结构形式与通讯问题
　　（1）当前无功补偿装置较多采用模块化设计结构，将电容器、投切开关、保护集成在一个单元内，形成多种容量规格的标准化单元，其特点是结构与功能的模块化形成满足不同用户要求的系列产品，同时还便于各种装置在使用现场的维修与调整。虽然成本有所增加，但减少维护成本，值得推广。
　　（2）某些功能较先进的监控终端充分地考虑了设备的可持续性使用，采用标准的RS232 或RS485 接口，可根据用户要求特殊配置Modem、现场总线（Profibus）等，与配网自动化系统有机结合。选择何种通讯方式，用户一定要根据实际需要，不要盲目追求。象与FTU 的通信，可实现一点对多点采集，以实现数据远传并与配电自动化系统接口与集抄系统的通信，但其通常采用载波或直联，也带来了成本的增加。
　　
　　5 结论
　　伴随电力电子技术和控制技术的发展，将有更多的具有无级调节能力的无功补偿装置被设计并投人生产使用，这些装置能够满足现场需求，快速、有效地补偿系统无功，提高牵引供电系统电能质量和运行的经济效益。
　　参考文献：
　　[1]杨期余.配电网络[M].中国电力出版社，1998.
　　[2]董云龙，等.无功补偿综述.节能，2003，（9）.
　　
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