配电网无功补偿存在的问题及解决方法

胡文慧

(广州供电局有限公司,广州 510000)

1 配电网的无功补偿

1.1 配电网无功补偿装置

电力电容器是配电网的主要无功电源，目前，并联电容器是使用最为广泛的一种补偿装置，无功补偿出现了一些新的技术运用，比如，建立在智能控制策略基础上的晶闸管投切电容器补偿装置、综合潮流控制器、静止无功发生器、电力有源滤波器以及晶闸管控制电抗器静止无功补偿装置等。

1.2 配电网无功补偿的方式

配电网无功补偿的方式主要有以下几种：

1.2.1 集中补偿方式

大部分具有一定发展规模的企业会在变电站的低压侧母线、总进线以及主馈线上安装并联电力电容装置，主要是进行无功集中补偿。

集中补偿方式能够对电压实施集中调整控制，同时也使供电部门满足了用户提出的对功率因数进行规定的要求。单纯的集中补偿方式，虽然会导致上一级线路中没有无功电流经过，但是不会对下一级无功电流产生任何影响。

1.2.2 分散补偿方式

分散补偿方式也称为分组补偿方式，该方式主要是根据每位用户的各个负荷中心，将补偿装置细分成几组，并将其安装在功率因数相对比较低的配电所高压、村镇终端变、车间配电室、低压母线或者变电所分路出线上。分散补偿方式的装置更加接近负荷末端，有助于降低电能损耗。

1.2.3 个别补偿方式

个别补偿方式也称为就地补偿方式。该方式主要是根据个别用电设备对无功功率的实际需求量，将电容器组和用电设备并联起来。电容器可以与用电设备共同使用一套断路器，或者电容器独立使用一套电容器，利用控制装置。用电设备以及保护装置的同时投切，因此，个别补偿方式也称为随机补偿方式。

该补偿方式能够最大幅度地降低符合端电能的损耗，不仅有助于提高线路的功率因数，同时也极大地提高了用电设备的电压质量；第四，混合补偿方式。混合补偿方式是个别补偿、集中补偿与分组补偿三种方式中二种以上方式的组合。

1.3 配电网络无功补偿的意义

无功补偿是电网建设和发展的重要构成部分，无功补偿是保证供电网络无功平衡的重要保障，有助于提高电压的质量，降低网络电能的损耗。采用配电网络无功补偿具有以下意义：首先，节能降耗。

利用补偿装置提供无功功率，将无功功率从原先的cosφ1提高到cosφ2，此时有功功率损耗大约降低：ΔP(%)=[1-（cosφ1/ cosφ2）2]×100，这样极大地减少了变压器和线路的电能损耗，有助于提高配电网的经济性。其次，提高安全性。在进行无功补偿时，可以通过以下两种方式来提高电力系统的安全性：

第一，滤除谐波、控制涌流。滤波电容器和补偿回路中串联的电抗器组成了LC 滤波回路，能够有效地滤除5 、7 等高次谐波，提高了电网环境质量，促使电力设备能够安全稳定运行；第二，补偿之后，电力系统的电流大约会降低30% 左右，设备承受的实际电流也会减少，这样有效地避免了因电流过大而引发的电气事故的发生。最后，促进生产。

如果配电点与电气设备之间的距离比较远，且线路过长，引入较大的无功电流则产生较大的压降，从而导致电气设备运行困难。采用无功补偿之后，阻止了无功电流在电线回路中流动，极大地改善了电压的质量，增强了输送有功功率的能力，也解决了电气设备因电压过低所引发的运行困难的问题，大大地减少了配电点搬家次数，提高了生产效率。因此，加强对配电网络无功补偿的研究具有非常重要的现实意义，配电网的管理人员需要加强对配电网络无功补偿的重视，加强无功补偿管理。

2 传统的无功补偿投切控制器中存在的问题

传统的容性无功补偿设备中的投切控制器在判断无功补偿设备能否进行投切时，主要是根据电气设备电流的负荷。控制原理是通过低压侧母线上的电流互感器获取电流信号，或直接通过变压器的三相数字化电流表获取电流信号，再通过电流信号比较板驱动可控硅进行投切继电器操作。

这种操作方式虽然具备可靠性和可操作性，且动作的灵敏度较高，但是经常出现投切过于频繁的情况，尤其是当变压器的负荷运行在75%左右时，经常会出现投切控制频繁闪断的情形，从而对控制器、电容器产生了极大的破坏、因为这种投切控制器的频繁使用，提高了控制器和电容器的损坏率。目前采用的是两种最新技术，对自动投切系统、电容器进行了升级，保证了无功补偿系统的安全高效运行。

3 电容器监测系统

由于电容器的结构相对比较简单，所以在观测变压器低压负荷采集系统采集的数据时，也对电容器的三个项目数据进行了采集，即超声噪音、温度和电容值。在采集超声噪音时，主要是采用压阻式超声探头与声音分离卡，可以将电容器发出的20～75kHz 的声音信号分离出来。

因为在这个波段下，基本是听不到任何因周围变压器铁芯、开关母线的电应力作用而产生的噪音和振动，而电容器内部的击穿、漏电以及电弧等古战产生的声音相对比较清晰。SCM系统会通过获取到的声音信号，详细地记录电容器内部发出的声音、音量以及发生频率。

可以使用GSM/GPRS 通讯系统将这些信息及时发送到调度中心。调度中心再根据这些数据判断电容器的故障程度，最后再决定是否需要维修或者更换电容器。温度信号采集相对比较容易理解，系统也相对比较简单。SCM 系统可以直接读取数字化温度表上显示的度数，利用GSM/GPRS 通讯系统及时发送到调度中心。

如果此时电容器温度突然升高，则说明电容器出现了故障，应该及时采取有效措施进行处理。通过电容值信号能够反映出电容器的性能，如果电容器的电容值出现了变化，则说明电容器已经损坏。

这一信号主要是通过电容器综合保护系统中的SCM系统进行信号采集、汇总之后，再利用GSM/GPRS 通讯模块将这些数据发送到调度中心。使用电容器监测系统，能够保证调度中心随时可以查看任何一台电容器的运行状况与故障状况，可以及时发现故障，制定有效的措施解决问题。

4 SCM 智能化投切控制器

SCM 智能化投切系统主要是采用无功负荷与电压的双重标准，充分发挥了SCM的计算功能，对容性的无功功率补偿设备进行投切操作。因为无功功率增加情况是，电力系统增加的是电压，不是电流。

换言之，不能通过电流的增加判定电力系统无功功率增加，如果简单地通过电流的变化判断无功功率补偿设备是否进行投切，是非常武断的行为，也无法得到最佳状态。同时，民用电的无功功率变化非常复杂，还经常会出现各相间负荷不均以及无功功率不均的问题。

在判断电压时，将U作为额定功率，设置了1.17U，1.15U，0.95U，0.85U四档，以400V无功补偿为例进行分析，设置的四个界限分别是428V，420V，380V和340V，如果电压达到了428V 以上或340V以下时，智能化系统会发出断路器跳闸的信号，从而对末端设备进行过压保护。

在智能化投切模式的作用下，可以优化投切容量，比如，在400kVA的变压器低压侧安装3 组3伊10kVar 的补偿，此时智能投切控制器可以选择投入1组、2组或者3组。这种智能化投切模式下，能够准确判断投切区间，进行精细化的投切。

5 配电网无功补偿建设应注意的问题

5.1 供电无功管理要无缝覆盖

目前供电部门采取“按功率因数增收或减收电费”的管理方式，对无功管理采用简单的惩罚措施，从而导致电费收取管理工作管理不到位。因此供电部门应该加强对电费收取工作的管理，勇于承担节能环保的社会职责，对电力大宗用户，尤其是具有无功管理潜力的用户，应该指导和督促用户采取有效措施，提高功率因数。

供电管理部门其带头作用，将用电节能管理人员、设计人员、运行人员以及调度部门的负荷分析人员组成专家团，采用 “专家会诊”的方式。走进基层，全面了解配电设备运行状况、现场布置、大型用电设备的型号以及生产运行方式，了解接线方式和馈线路径，及时掌握第一手资料。根据具体问题，制定针对性措施，有效解决用户无功补偿工作中存在的问题。

5.2 配电无功管理要主动承接

配电网的领导需要加强对配电无功管理工作的重视，条件较好的单位可以配置专职负荷管理人员，这样有助于优化无功管理工作。仔细分析和计算无功负荷，合理调整补偿装置的配置以及补偿运行方式；分析和总结上个月的无功负荷运行状况，制定切实可行的措施；对下个月的无功负荷进行分析和预测，提前制定防范措施。

对于规模较小的配电用户可以配置兼职负荷管理人员，并实施技术培训。另外，可以将无功考核量化到负荷管理人员的职责中，这样有助于督促管理人员提高工作质量和工作效率，从而提高无功管理水平。

6 结语

综上所述，无功补偿有助于提高配电网的电压水平，有效地提高电能质量，极大地增强了配电网的稳定性和安全性，提高了电力设备了功率输出，也提高了生产水平。同时，对配电网系统进行合理的无功补偿，能够提高功率因数，保证无功功率的平衡，也最大幅度地降低了配电网的电能损耗，所以，补偿功率是节能降耗的一种有效途径，因此，需要加强对无功补偿的研究和重视。

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