变电站无功补偿的作用及无功优化初探

隋健文

（国网四川省电力公司检修公司，四川 成都 610000）

变电站无功补偿的作用及无功优化初探

隋健文

（国网四川省电力公司检修公司，四川 成都 610000）

经济和社会的发展促进了我国电力行业各项工作的不断完善，保障了我国社会发展所需的工业用电和人民的生活用电。但是，由于实际工作中受到诸多因素的干扰，变电系统的功率受到了很大影响，造成大量功率和电压损耗问题，这对电力行业的安全性、稳定性和效益都有着非常不利的影响。为了解决这一问题，我们对变电站的无功补偿作用和优化进行了研究分析，这对保证电力系统的稳定运行具有积极的意义。

变电站；无功补偿；作用；无功优化

最近几年来，随着我国科技的快速发展，我国人民的生活水平也在不断提高，人们对电力的质量和需求量也越来越高。这在一定程度上导致了我国电力供给与消耗间的平衡，使用户和电力企业间的矛盾更加突出。因此，我们要结合国家的基本国情和企业的实际情况，制定积极的措施和方案，以缓解电力缺乏对我国社会经济发展和人民生活水平提升所造成的压力。按照我国目前的电力消耗情况，提高电网使用功率、降低输电线路的能耗损失，是解决上述问题的主要措施。在实际工作中，无功补偿能够对三相不平衡的电流进行有效地调整，通过在不同相之间或零线与相之间添加不同类型的电容器，能够显著改善各个相的功率因素，从而实现有功功率的平衡，提高电力企业的供电质量，保证我国电力系统的稳定和安全运行。

一、无功补偿技术介绍

（一）无功功率

无功功率是电力系统中必不可少的重要部分，是电力和负荷间能力交换的反映，其大小也反映出电力和负荷间的能量交换幅度。无功功率不是没有功率，它是指能量进行转换、输送和转换的前提。阻感负载在电力工业系统与用电负荷中占了非常大的比例，它的电流相位要比电压相位滞后，现在比较常见的应用包括异步电动机、变压器和荧光灯等。到现在为止，我国已经建立的风电机组也都是使用恒速风机——异步发电系统，其中，异步风机不仅能够发出有功的功率，还能同时从系统中吸收部分无功功率，而且，在电力系统产生的无功功率中，异步电机和变压器消耗占据很高的比例。另外，还有一部分无功功率被电力系统中的电抗器与架空线吸收。由于电器元件的自身性质，为保证工作的正常进行，阻感负荷会消耗部分无功功率。而且随着科技的发展，相控装置等各类非线性设备被大量使用，使得这些装置中的电流基波分量要晚于网侧电压，因此浪费大量的无功功率，并使系统电流出现严重的非线性畸变，显著增加了电网的额外负担，对电网的正常运行和电能质量都产生了严重的影响。除此之外，此类装置的谐波也会消耗部分无功功率。

在电力系统运行过程中，无功功率分为两个主要的部分：一个是由电流非正弦畸变造成的各次谐波无功功率，包括同频率谐波电流电压之间产生的无功功率与不同频率谐波电流电压间产生的无功功率；另一个是基波电压与电流相位差造成的基波无功功率，这是由阻感负载等原因引起的，相对稳定且容量较大。

（二）无功功率对电力系统的影响

在电力系统的运行过程中，很多负载任务和网络组件都需要无功功率，而且无功功率必须通过其他设备提供。在这种情况下，由较远位置的发电机经过长距离的传输是无法完成的。因为，任何不平衡的无功功率现象都会造成电压发生一定的波动，甚至损坏用电设备。无功功率对电力系统的影响主要表现在如下几个方面：

1.提高了变压器和线路的电压降：对于经常性的冲击性无功负载用电，如电弧炉用电、轧钢机用电等设备，在使用过程中会频繁产生无功冲击现象，造成电压的剧烈波动，最终导致电能使用质量的急剧下降；

2.使设备容量显著增加：提高了无功功率会增大电网的电流，并进而提高发电机、变压器等设备的容量；

3.减少功率因数：提高了无功功率会显著降低功率因数，并进而降低设备容量的有效利用率；

4.提高了线路和设备的综合损耗：提高无功功率会造成电网电流的增大，使得电力线路和设备损耗急剧增加。

电力系统无功补偿对维持电力系统的正常运行和稳定发展都具有重要的作用，对供电负荷和系统运行十分重要。最近几年来，无功补偿得到了各国研究人员的广泛关注，并得到了快速的发展。由于远距离发送无功功率是无法完成的，因此，我们通常是通过就地补偿的方式弥补无功功率缺额的情况。下面，我们针对实际案例对无功补偿的作用进行详细地描述。

二、无功补偿重要作用分析

这里我们以220kV的变电站无功补偿系统为例对无功补偿的重要作用进行信息的分析：

（一）对110kV变电站电压进行调控

如果按照10kV情况下的无功补偿进行容量投切，那么此时的电压变化量等于无功变化量与电压器电抗乘积再除以变压器变化值。这样就能够得出结论：110kV电压与变压器的变比成正比。

（二）对220kV变电站电压进行调控

因为220kV电力系统的阻抗相对较小，因此单一变电站的无功补偿容量不能满足母线电压的控制需求。所以，系统能够进行调节的最大能力就是阻抗和无功补偿容量的乘积。所以，调控母线电压需要通过对整个电网进行调控。

（三）对110/220kV电压进行调控

电力系统在正常运行的过程中，两级相邻的220/110kV之间，母线上如果是110kV电压，则220kV变电站上需要将标准电压设置为110kV，这样才能保证电网的稳定和安全运行，从而实现无功优化。对于上级为220kV的电网调度，则要求变压器的高压侧必须和无功优化值相同。

通过上面的分析，我们能够得出：无功补偿技术对提高电网稳定性，降低电能损耗具有积极的作用。具体表现如下：

（一）无功补偿能够显著改善系统的功率等因素

对于三相不平衡的负载情况，合理进行无功补偿能够平衡三相有功功率，并有效平衡系统的无功负荷。

（二）无功补偿能够对电压的调节进行改善

无功补偿能够提高用电侧电压的稳定性，显著改善电能的质量。远距离传输过程中在适当位置安装无功补偿设备不仅能够改善供电设备的装置还可以提高供电系统的稳定性和供电的能力。

（三）无功补偿能够对负载平衡性进行有效调节

无功补偿能够显著降低系统的设备容量，进而提高负载和系统的功率系数，降低线路和变压器的功率损耗。

因为无功功率补偿的作用十分突出，因此对无功功率补偿的研究就具有十分显著的意义。

三、无功优化分析

无功优化通常包含两个方面的内容，第一个是相关设备如何进行有效的规划设计，另一个是如何对电压的无功优化过程进行控制。下面我们从高压和低压配电网进行介绍：

（一）高压网

针对高压网进行的无功优化，必须按照分层设计、平衡处理的基本补偿原则。也就是说，要以电网负荷的实际水平和相关数据为前提，并通过有效的规划和分析，合理配置变电站电容器与电抗器的安装容量、安装地点和分组方式。这样才能有效解决在高压网中使用无功补偿所带来的一系列问题，对降低电网安全隐患，提高系统合格率，增加电网稳定性都具有非常重要的意义。

（二）中低压网

在对中低压电网进行无功优化的过程中，需要综合对各个负荷类型下的补偿需求进行分析考虑，并制定一套满足低压配电网配置的无功补偿优化方案，这样才能有效降低电网的实施成本，提高无功优化的效益。无功补偿的设置主要是指针对相关设备位置的设置、设备容量的设置和分组方式的设置，另外，还要深入分析优化前后电网的损耗对比情况、工程预算情况和预期收益情况，并进而有效解决中低压电网中进行无功补偿时容量过大、管理规划不足等问题。

根据对变电站无功补偿作用进行有效的分析，可以发现，不仅变电站、发电厂和用户都实现了无功平衡，输电线路在两端也实现了等量补偿，从而实现了电网的分层平衡效果。对电力系统进行相邻级电网优化配置时，统一协调无功电压，能够在最大程度上实现系统电网的无功优化，有效提高电网系统的功率、降低线路的输电损耗，这对提升我国电网的供电质量，促进我国电力行业可持续发展具有非常重要的意义。

结论

本文通过实际案例的计算和分析，对变电站的无功补偿作用和相关优化技术进行了研究。变电站中的无功补偿设备是电力系统的重要节能装置，同时也对维持配电网的电压稳定起到了十分重要的作用。通常情况下，无功补偿设备的前期投资较大，但是在生产和实际运行中，该设备能够显著降低电力损耗，降低电力企业的综合运行成本，因此具有非常显著的社会效益和经济效益。随着我国无功补偿的快速发展，无功补偿设备以其完善的性能得到了广泛的推广和应用，对电力企业的成本控制起到了积极的作用。

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