30无功补偿设备的几种类型及应用

无功补偿设备的几种类型及应用 郑晶晶 杨 勇 (甘肃省电力科学研究院系统室 甘肃省兰州市730050) 【摘要】 电力系统的负荷需要消耗大量的无功功率，为了确保电网的电压质量，降低损耗，保持电压稳定，电力系统采用无功补偿的方法来优化电网无功，下面对几种无功补偿设备进行了介绍。 【关键词】 电力系统 无功优化 同步调相机 并联电容器 并联电抗器 无功电压综合控制 静止无功补偿器 静止无功发生器 静止同步补偿器 【Abstract】 The electric power system entails enough reactive power to meet the needs of consumers and the network. In order to insure voltage quality of electric network, reduce loss, and retain voltage stabilization, reactive-load compensation is applied to optimize reactive load of electric network. Several reactive-load compensation equipments will be introduced in the following. 【Keywords】Power systems ;  Optimal reactive power dispatch;  synchronous;  bridging condenser; shunt reactor; VQC; Static var compensator;  Static var generator;  Static synchronous compensator 1 引言 工业控制及电力系统常用的装置有变压器、电动机、交直流稳压器、变速装置、感应式电热器、熔接机日光灯等负载，由表一可知这些都属于感性负载，它们既要吸收大量的有功功率，又在消耗很多无功功率。 表一 类型 单相电动机 三相感应电动机 变压器 日光灯 功率因数 0.54—0.7 0.75—0.85 0.5—0.7 0.5—0.8           无功功率的分层分区的基本平衡是保证电压质量、防止电压崩溃、提供整个电网系统安全稳定运行和经济性运行的基本条件。如果用长距离和多级变压器阻抗来输送大量的无功功率，不仅效率低，经济性差，在技术上也是行不通的。无功功率补偿一般分电网补偿和用户补偿二类。为了能满足各种正常运行条件下电压水平的质量 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 ，无功功率补偿设备应具备足够的灵活的瞬时的调整无功功率的能力；而且要有最佳的经济性，即使电网损耗最小，影响最小或使综合经济效益最高。为了充分利用设备容量，就要提高功率因数。系统功率因数提高后不仅减少线路电压损失，同时能抑制电压闪变，消减谐波可使公用母线电压正弦波畸变率和电网负序电压达到国家标准。 2.兰州地区无功补偿的现状 甘肃电网正在加大力度进行这项工作，例如：兰州供电公司所属变电站64座， 变压器129台，容量7277 MVA；其中有载调压变压器108台，容量7126.5 MVA ；无载调压变压器26台，容量492.7MVA；截止目前兰州电网无功补偿设备总容量为121.5816万kvar，其中并联补偿电容器装载总组数131组，总容量64.5816万kvar；并联补偿电抗器装载总组数14组，总容量57万kvar。兰州地区电网的无功补偿水平从2003年起至今，年累计投入率以每年10%左右的速度增长，无功补偿水平逐年提高，截止目前累计投入率达到40.25%，当月投入率达到45.61%，截止目前通过电容器优化补偿，累计发送无功电量与去年1至11月相比整体呈上升趋势，截止2005年11月通过投入电容器累计产生196834.31万千乏时的无功电量，与去年同期143614.99万千乏时相比，多发无功电量53219.32万千乏时的无功电量，折合节约有功电量400.6588万千瓦时。因此无功补偿所带来的经济效益是显而易见的，我们需要坚持不懈地做好这项工作。 3无功补偿设备的几种类型及应用 3.1同步调相机 同步发电机既是有功功率源，又是最基本的无功功率源。当系统的无功功率比较紧张时，必须充分利用发电机供给无功功率。例如冬季枯水季节时，水库水源不多，水力发电厂不可能按装机容量发出额定 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 的有功功率，此时应考虑将水轮发电机降低功率因数运行，使其多发无功功率，将发电机以调相机方式运行。同步调相机相当于空载运行的同步发电机，在过励磁运行时，它可作为无功电源向系统供给感性无功功率，以提高系统电压水平。在欠励磁运行时，它可作为无功功率负荷从系统吸收感性无功功率以适当降低系统电压水平，同步调相机欠励磁运行最大容量一般只有过励磁运行时的容量的50%-60% 。同步调相机一度发挥着重要的作用，被称为传统的无功动态补偿装置。同步调相机容量愈大时，其单位容量设备费用就愈低。因此适用于补偿容量较大的集中补偿方式。然而，由于它是旋转电机，运行维护复杂，响应速度慢，难以满足动态补偿要求，现只在短路容抗很小的系统使用。 3.2并联电容器 并联电容器是电力系统无功功率补偿的重要设备，主要用于正常情况下电网和用户的无功补偿和控制。由于它投资少，功率消耗少，便于分散安装，维护量少，技术效果也较好，但并联电容器能减少无功电流损耗但不能减少电压变化下限。一般来说，每个变电站约安装1--4组电容器，对于符合较大的110kV变电站和220kV变电站，则要装更多组数的电容器。但我国有些电网高峰时电压过低，其主要原因是系统安装的并联电容器容量不足。有些电网低谷时电压过高，其原因之一是高峰时系统投入的并联电容器在低谷时没有去除或去除不够，造成系统在低谷时无功过剩、使电压过高。因此并联电容器不能平滑调节无功。电容器自动投切装置以主变上无功的大小作为电容器开关投切的主要条件：当无功大于补偿值时，电容器开关合闸；当无功变小接近零时，电容器开关分闸。电容器开关投切的辅助条件是母线电压的大小，这又与主变的分接位置有关。当母线电压值异常时，电容器开关闭锁；当母线电压大于上限整定值时，电容器开关切除；当母线电压小于下限整定值时，电容器开关投入。容性设备安装原则；(1)在电力系统中，安装容性设备或装置以提高功率因数，其安装位置应尽量靠近负载端，以增大补偿的效力。(2)容性装置安装在低压侧时，对低压用电设备容量较大的电器，可以采用个别装设的办法，以补偿局部无功功率消耗的情况;而对于低压小容量零星设备，则可以采用集中在低压配电柜内母线侧加装低压电容器的办法集中补偿，既经济又方便维护。(3)对于高压侧装置安装电容器时，最好采用集中在电站的高压母线上，这样装置投资最小，但仅对高压电源端的用电设备具有较佳的补偿。(4)安装补偿电容器的电动机不能承受反转或反转制动。当电动机停电后因惯性在继续运转产生反电势时，不宜再次启动。(5)对低压侧电动机做个别补偿时，电容器的开关与电动机同时进行，则效果最好。因为当电动机不工作时，则不必加装补偿电容，以避免由于补偿过度，而导致线路中的无功电流反而增大的现象。(6)补偿电容器的容量以提高功率因数至0.95为宜，不需要提高太多，以节约投资，同时避免由于补偿过度，而导致线路中产生过大的充放电电流。 3.3并联电抗器 并联电抗器的工作原理和并联电容器的工作原理正好相反，它属于负补偿，常用于补偿线路电容的作用。并联电抗器常用设备是高电压长线路的重要补偿方式，新建变电站的电容器装置中串联电抗器的选择要慎重，不能任意组合，一定要考虑电容器接入出的谐波因素。电容器组容量变化很大时，可选用与电容器同步调整份接头的电抗器或选择串联电抗器混合装设，以便防止电容器组投切实产生的过电压。并联电抗器常用设备是高电压长线路的重要补偿方式。 3.4变压器  有载调压变压器不能作为无功电源，相反消耗电网中的无功功率，属于无功负荷之一。有载调压变压器分接头的调整不但改变了变压器各侧的电压状况，同时也对变压器各侧的无功功率的分布产生影响，分接头上调后，变压器二次侧电压上升，同时流过变压器的无功功率增加；分接头下调后，变压器二次侧电压下降，流过变压器的无功功率减少。 3.5无功电压综合控制  电压无功电压综合控制（VQC）装置基于变电站自动化系统的，随着无人值守变电站的增多，在变电站中一般均有用于当地和远方监控的自动化系统或具有“四遥”功能的RTU装置，它们有完善的输入、输出功能，包括对测量量及信号量的采集。该装置也具有控制变压器分接头、无功控制设备开关动作的功能。因此在此装置的基础上把相应的电压无功控制模块添加到边电站自动化系统软件上，即可实现VQC控制目的。根据设备运行需要或各单位运行方式不同，VQC可有几种调节方式：分接头不调节，电容器按无功定值投切；分接头按电压定值调节，电容器定时投切；分接头按电压定值调节，无功不调节；电容器、分接头都不调节。 3.6静止无功补偿器 静止无功补偿器（SVC）被用于输电系统波阻抗补偿及长距离输电的分段补偿，也用于无功补偿。有以下几种类型：晶闸管控制电抗器(TCR)、 晶闸管投切电容器(TSC)、TCR/ TSC混合装置、TCR与固定电容器（FC）或机械投切电容器（MSC）混合使用。SVC装置是通过改变电抗器来调节其输出的无功功率，它输出的无功电流与系统电压成正比，因此在电力系统电压降低时，SVC装置输出的无功功率会以与系统电压下降的平方的比例下降。要防止SVC装置接入后因改变系统阻抗特性导致出现谐振。 3.7静止无功发生器 随着电力电子技术的进一步发展，静止无功发生器（SVG）诞生了，它采用自换相变流电路，通过改变输出电压调节其输出的无功功率，会以与系统电压下降的比例而下降。他可等效为可控电流源，接入后不会改变阻尼特性。SVG采用门极可关断晶闸管或其他可关断器件，因此价格比较贵，目前还没有广泛应用。 3.8静止同步补偿器 静止同步补偿器（STATCOM）是灵活交流输电系统（FACTS）的核心装置和核心技术之一，在电力系统维持连接点的电压为给定值，提高系统电压的稳定性，改善系统的稳态性能和动态性能，STATCOM是基于瞬时无功功率的概念和补偿原理，采用全控型开关器件组成自换相逆变器，辅之以小容量储能元件构成无功补偿装置，与SVC相比，具有调节速度更快、运行范围更广、吸收无功连续、谢波电流小、损耗低、所用电抗器和电容器容量见状面积大为降低等优点。 4举例 以兰州电网部分地区为例，进行分析： 4.1无功补偿装置装设不合理，无功不能就地平衡 主要体现在局部地区无功补偿容量不足，和平系统从330kV侧下网的无功缺额达到22.86MVAR，220kV龚家湾无功潮流缺额达到29.22MVAR，220kV桃树村系统全年无功缺额主要为电容器未平衡的缺额量，对于和平系统和龚家湾就适合采取分区补偿以及变电站的就地补偿的方法，可以加装静止无功补偿器SVC，或者在变电站加装电压无功电压综合控制（VQC）。对于220kV桃树村变为了不产生较大的无功缺额，可以安装电容器，最好采用集中在电站的高压母线上，保持电容器投入率水平，或在变电站加装电压无功电压综合控制（VQC）采取分接头按电压定值调节，电容器定时投切的方式。 4.2兰州电网存在电磁环网 刘家峡-炳灵电磁环网存在的一个问题是无功补偿容量不足和配备不合理，造成无功 “窜流”现象严重，这个情况就采用了变压器档位调整的方法，当炳灵变1号、2号档位在9档时，无功环流消失。 4.3配网无功补偿容量缺乏 配网无功补偿容量缺乏，造成配电网损耗较大，降低了配电线路和变压器的传输能力。从运行及投资方面看，配变低压无功补偿电容器利用率高，使用灵活、运行经济、设备简单，不需要维护，低压并联补偿电容器可以分组投切保证电压合格率和合理的功率因数。 4.4调压手段少 兰州电网内变电站基本上都采用有载调压变压器，在35 kV电压等级一般不采用有载调压方式。考虑到一些站两台主变有载分头不匹配、主变额定电压选择不当等问题，调压手段就显得不足。由于上一级变电站缺乏调压手段，造成变电站母线电压偏高，电容器不能正常投入。 4.5无功调压设备管理力度不够 近几年无功设备管理水平虽较以前有了很大提高，但仍存在对电压无功重视不够的现象。不及时安排投切电容器；变电检修单位未及时处理无功补偿装置缺陷的；各变电站对主变分接头的调节及电容器的投切非常有限。 5结束语 合理采用无功补偿装置是解决电压稳定和电压崩溃问题的最有效 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 之一，对电网的安全、稳定具有重要意义，它不仅可以实现电网的调相和调压，降损节能，还可以提高线路的输送能力，是全国联网、西电东送工程中提高电网暂态稳定水平、改善电能质量的有效手段之一。 参考文献： [1]王建蛾，吴启涛，纪延超. 10 kV高压无功功率自动补偿系统的研制.电网技术，2001 [2]赵广，陈建业，运帅.基于DSP的静止无功补偿装置控制器的研制.电力电子技术，2002 [3]秦华标.电网综合补偿系统及其智能控制算法研究.华南理工大学，2000 [4]丁晓群，周玲等.无功/电压优化集中控制系统软件.中国电力，2001 [5]李林川，王建勇，陈礼义，宋文南.电力系统无功补偿优化规划.中国电机工程学报，1999 [6]丁晓莺，王锡凡.最优潮流在电力市场环境下最新发展.电力系统自动化，2002 [7]刘文颖，王维洲.甘肃电网内无功环流的计算分析.甘肃电力技术，2005 郑晶晶 甘肃电力科学研究院系统室 0931-******* 135********