无功补偿装置在电力系统中的应用

余晓

（广西博阳电力勘察设计有限公司广西南宁530000）

摘要：无功补偿装置作为无功电源，根据其分类不同所具备的功能也不同，通过在电力调度管理中的应用，能够有效地增强电力系统的稳定性，提高供电能力以及供电电压，降低电力系统的有功损耗。为了满足负荷对无功电力的基本需要，使电力系统电压运行在规定的范围内，以保证电力系统运行安全和可靠，有必要深入研究无功补偿装置的功能及其在电力系统中的应用，防止高次谐波放大和谐振。基于此本文浅析了无功补偿装置的功能，及其在电力系统中的应用。

关键词：无功补偿装置；电力调度管理；应用

1、无功补偿装置概述

1.1、无功补偿装置的类型

交流电力系统是有功电源负荷和无功电源负荷两个并存且不可分割的系统。传输和消费能源是有功系统运行的目的，而无功系统运行就是为此而不可缺少的手段。无功补偿装置一般是指补充无功电源、满足无功负荷需要，以达到无功电源和无功负荷平衡的电气设备。电网中无功容性补偿的主要设备包括并联电容器、调相机和静止无功补偿器；无功感性补偿的主要设备包括高压并联电抗器、低压并联电抗器。

1.2、无功补偿装置的功能

无功补偿装置的型式多样，功能各异。并联电容补偿装置主要是向电网提供可阶梯调节的容性无功，以补偿多余的感性无功，减少电网有功损耗和提高电网电压；调相机主要是向电网提供无级连续调节的容性和感性无功，维持电网电压，并可以强励补偿容性无功，提高电网的稳定性。高压并联电抗器并联于330kV及以上超高压线路上，补偿输电线路的充电功率，以降低系统的工频过电压水平，并兼有减少潜供电流、便于系统并网、提供送电可靠性等功能。低压并联电抗器主要向电网提供可阶梯调节的感性无功，补偿电网的剩余容性无功，保证电压稳定在允许范围内。

2、无功补偿设计的基本原则

无功功率输送的原则为无功电源和负荷要就地平衡，不应长距离输送，尽可能减少电网有功损耗。基于这个特点，无功补偿应执行以下相关规定：电力系统中的无功电源和无功负荷，在高峰和低谷时都应采用分层分区就地平衡的基本原则，避免无功功率远距离输送；电力系统应有事故无功电力备用，以保证负荷集中区在正常运行方式下，突然失去一回线路，或一台最大容量无功补偿装置时，仍能保持电压稳定和正常供电，而不致出现电压崩溃；330-500kV电网，应按无功电力分层就地平衡的基本要求配置高低压并联电抗器，以补偿超高压线路的充电功率；无功电源中的备用容量，应主要储存在运行中的发电机、调相机和静止型动态无功补偿装置中，以便在电网发生因无功不足可能导致电压崩溃事故时，能快速增加无功电源容量，保持电力系统的稳定运行。

3、无功补偿装置在电力系统中的应用

为了满足无功负荷的需要，增强电力系统的稳定性，提高电网的供电电压，降低电网在传输过程中的网络损耗，需要在电网中安装无功补偿装置，提供无功电源。在电力系统中，在发电厂、变电站等安装无功补偿设备，较为常用的无功电源设备包括并联电容器、调相机和静止无功补偿器。

3.1、并联电容器

并联电容器适应于电网无功变化频率为每天数次，或者变化的幅值较大的情况。并联电容器因其投资省、电能损耗小、安装简易、运行维护简便、建设周期短等优点，在电力系统中得到广泛使用。目前运用较为广泛的是通过断路器投切的并联电容补偿装置，以整组容量投退的方式参与无功调节，调节功能具有阶梯性，不具备短时过载能力，能成为交流滤波装置以减少母线电压畸变，但并联电容补偿装置对短路电流有增助作用，增加了短路电流。并联电容器可在户外安装，亦可在户内安装，安装较为简单，易于扩建。

3.2、调相机

调相机适应于电网无功变化频率为每小时数次，或变化的幅值较小，同时需要提高系统稳定性、防止电压崩溃及装设大容量集中补偿，并且具有水冷却条件时，可选用调相机。调相机作为最早采用的无功补偿装置，具有快速反应、补偿范围广（双向调节）、损坏率低等优点，可以实现无级调节，对提高电力系统稳定具有显著效果。调相机安装一般需要厂房及起吊设备，安装复杂，不易扩建，即使安装在户外，对其基础也有严格要求，并且除电气专业外，还需要油、水系统等附属设备较多。但因其运行维护较为复杂、电能损耗较大、运行噪声较高、投资大等缺点，安装容量受到限制。一般设置于枢纽变电站、换流站以及受端变电站等。

3.3、静止无功补偿器

静止无功补偿器适应于无功变化的频率为每小时数十次，或变化的幅值较大的情况。静止无功补偿器既具有调相机的特性、又具有电容器补偿装置优点的无功补偿设备。静止无功补偿器具有快速补偿无功容量、维持电力系统故障电压、补偿范围广（双向调节）、可实现无级调节等优点，单位造价与调相机相当。可以户外安装，亦可在户内厂房安装，安装较为简单，易于扩建，运行维护简单易行。

按综合性能基本一致考虑，在实际工程建设中，一般首先考虑采用并联电容器作为无功补偿装置。当受端系统需要提高稳定性，或母线电压受负荷影响而变化频率，幅值虽不大，但影响其他用户供电质量，或无功负荷变化幅值大、速率高，需保持供电电压时，在技术需要、经济比较合理情况下，可采用调相机或静止无功补偿器。

4、防止谐波放大和谐振

电力系统的主要无功电源——并联电容器补偿装置，有40%-50%的容量被安装在各级变电站内。电容器组接入系统后，其容抗与系统的感抗即构成具有某一固有频率的电容、电感谐振回路，如果固有频率与高次谐波中的某次谐波频率接近或吻合，则将在电感、电容并联回路里引起该次谐波的电流电压放大，甚至谐振，使该次谐波在电力系统中的危害加剧。导致电气设备承受过电压和过电流，严重时将导致电气设备损坏，造成电力事故，影响电网安全运行。因此，电力部门和用户均应校核接入系统的电容器组是否会发生有害的并联谐振、串联谐振和谐波放大。当投入电容器组后，为了防止其引起高次谐波放大和谐振，一般的防谐振措施中串接5%-6%或12%的电抗器，使电容器支路对5次及以上各次谐波均呈感性。

在此基础上，还可以进一步采用以下措施：（1）恰当选择分组容量，躲开3次谐波放大区；（2）采用部分或全部电容器组串接12-13%的电抗器，使电容器组对3次及以上各次谐波均呈感性。采取这一措施，不会放大系统内原有的3次及以上各次谐波电流。（3）对安装在低压侧的电容器组，在补偿容量较大且低压侧无馈出负荷时，可考虑将其部分容量改装成3次滤波器，以泄漏由系统进入变电站的3次谐波电流，不被电容器组放大。

综上所述，无功补偿装置对电力系统安全稳定运行、提高供电电能质量、降低电能损耗起到重要作用。根据电网结构差异和电网需求，经济、合理的选择无功补偿装置，可以促进电力系统安全、稳定、经济、高效的运行。

参考文献：

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