电网的无功补偿与电压调整

作者：黑龙江省五常市电业局 孙英杰
　　 将电抗器、电容器、同步调相机和调压变压器等装置接入电网中，以改善功率因数、调整电压及起到补偿参数等作用。电网无功补偿的基本原则是：按电压分层，按电网分区，就地平衡，避免无功功率的远距离输送，以免占用线路输送容量和增加有功损耗。
　　1 输电网的无功补偿与电压调整
　　 输电网多数无直供负载，一般不为调压目的而设置无功补偿装置。参数补偿多用于较长距离的输电线路，有串联补偿（又称纵补偿）与并联补偿（又称横补偿）之分。电压支撑则多用于与地区受电网络连接的输电网的中枢点。
　　1.1 电抗器补偿
　　 电抗器是超高压长距离输电线路的常用补偿设备，用以补偿输电线路对地电容所产生的充电功率，以抑制工频过电压。电抗器的容量根据线路长度和过电压限制水平选择，其补偿度（电抗器容量与线路充电功率之比）国外统计大多为70% ~ 85%，个别为65%，一般不低于60%。电抗器一般常设置在线路两端，且不设断路器。
　　1.2 串连电容补偿
　　 串联电容用来补偿输电线路的感抗，起到缩短电气距离提高稳定性水平和线路的输电容量的作用。串联电容器组多为串、并联组合而成，并联支数由线路输送容量而定，串联个数则由所需的串联电容补偿度（串联电容的容抗与所补偿的线路感抗之比）而定。串联电容补偿一般在50%以下，不宜过高，以免引起系统的次同步谐振。输电网中因阻抗不均而造成环流时，也可用串联电容来补偿。日本在110 kV环网中就使用了串联电容补偿。
　　1.3 中间同步或静止补偿
　　 在远距离输电线路中间装设同步调相机或静止补偿装置，利用这些装置的无功调节能力，在线路轻载时吸收线路充电功率，限制电压升高；在线路重载时发出无功功率，以补偿线路的无功损耗，支持电压水平，从而提高线路的输送容量。中间同步或静止补偿通常设在线路中点，若设在线路首末端，则调节作用消失。
　　 输电网的电压支撑点与调压输电网与受电地区的低一级电压的电网相联的枢纽点，常设置有载调压变压器或有相当调节与控制能力的无功补偿装置，或者二者都有，以实现中枢点调压，使电网的运行不受或少受因潮流变化或其他原因形成的电压波动的影响，在电网发生事故时起支撑电压的作用，防止因电网电压剧烈波动而扩大事故。
　　 电压支撑能力的强弱，除与补偿方法和补偿容量大小有关外，更与补偿装置的调节控制能力和响应速度有关。并联电容器虽是常用而价廉的补偿设备，但其无功出力在电压下降时将按电压的平方值下降，不利于支撑电压。大量装设并联补偿电容器反而有事故发生助长电网电压崩溃的可能性。采用同步调相机和静止无功补偿装置辅以适当的调节控制，是比较理想的支撑电压的无功补偿设备。近年来，国内外均注重静止补偿装置的应用。
　　2 配电网的无功补偿与电压调整
　　 以相位补偿和保证用户用电电压质量为主。
　　2.1 相位补偿亦称功率因数补偿
　　 用电电器多为电磁结构，需要大量的励磁功率，致使用户的功率因数均为滞相且较低，一般约为0.7左右。励磁功率——滞相的无功功率在配电网中流动，不仅占用配电网容量，造成不必要的损耗，而且导致用户电压降低。相位补偿是以进相的无功补偿设备（如并联电容器）就近供给用户或配电网所需要的滞相无功功率，减少在配电网中流动的无功功率，降低网损，改善电压质量。中国对大电力用户要求安装无功补偿装置，补偿后的功率因数不得低于0.9。
　　2.2 电压调整
　　 为保证用电电器有良好的工作电压，避免受配电网电压波动的影响，配电网需要进行电压调整。配电网电压调整的措施包括：中心调压、调压变压器调压和无功补偿调压。
　　2.2.1 利用地区发电厂或枢纽变电所进行中心调压
　　 这种措施简单而经济方便，但它只能改变整个供电地区的电压水平，不能改善电压分布。当供电地区的地域比较广阔、供电距离长短悬殊时，中心调压措施往往不能兼顾全区，有顾此失彼的缺点。
2.2.2 调压变压器调压
　　 可弥补中心调压方式的不足，进行局部调压。调压变压器有有载调压变压器、串联升压器和感应调压器三种。有载调压变压器与感应调压器一般用于特定负荷点，串联升压器则用于供电线路。
　　 调压变压器的调压作用是靠改变电力网的无功潮流来实现的。它本身不仅不产生无功功率，而且还因本身励磁的需要而消耗无功功率。当电网的无功电源不足时，调压变压器的调压效果不显著。相反地，若调压变压器装设过多，将加重配电网的无功功率消耗，拉低全网电压水平，增大网损，降低并联电容器的无功出力，严重时有可能造成恶性循环的趋向。
　　2.2.3 无功补偿调压
　　 由于增加了电力网的无功电源，能起到改善电网电压的作用。装设于变电所内的无功补偿装置，还可采用分组投切的办法，对供电地区实行中心调压。
　　 串联电容补偿，可用于配电网中进行局部调压。距离较长的重载线路，使用串联电容补偿，效果较好。因其调压作用是由线路滞相电流流过串联电容而产生的电压升高来实现的。故线路负载愈重，功率因数愈低，串联电容补偿调压的作用愈显著。这种调压作用随线路负载的变化而变化，具有自行调节的功能。串联电容器所产生的无功功率，也增加了电力网的无功电源，可改善电力网的电压水平。串联电容能使线路受端的电动机产生自励磁现象，在设计、使用时，需采取预防措施。

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