變電設(shè)計(jì)中無功補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)方式分析

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷加快，電網(wǎng)建設(shè)與電網(wǎng)普及覆蓋面也在不斷擴(kuò)大，但是，由于我國電網(wǎng)建設(shè)起步較晚，容易出現(xiàn)供電不良、供電分布不均等現(xiàn)象，這對(duì)城市用電造成了一定的影響，而無功傳輸可以減少電網(wǎng)電壓輸送損耗，無功電力是影響電壓質(zhì)量的一個(gè)重要因素，做好無功電力的控制和管理工作，能夠有效提高整體的供電水平。做好變電設(shè)計(jì)工作中無功補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)工作，能夠有效提高電網(wǎng)運(yùn)行的整體效果，節(jié)約有限的電力資源，促進(jìn)電力資源的優(yōu)化配置。

關(guān)鍵詞：變電設(shè)計(jì);無功補(bǔ)償裝置;設(shè)計(jì)方式

1無功補(bǔ)償?shù)母攀?/p>

無功補(bǔ)償?shù)娜Q為無功功率補(bǔ)償，在我國的供電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，無功補(bǔ)償提高了供電網(wǎng)絡(luò)功率因數(shù)，同時(shí)可以降低供電設(shè)備和電力傳送線路的損耗，并且能夠提高供電效率。無功補(bǔ)償裝置的存在之于整個(gè)供電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)都有著決定性的作用和意義，其在供電系統(tǒng)中有著很重要的位置并能充分發(fā)揮作用，為整個(gè)供電系統(tǒng)帶來了很大收益。但是，如果在整個(gè)供電系統(tǒng)中無功補(bǔ)償裝備沒有被合理的利用，很有可能導(dǎo)致整個(gè)供電系統(tǒng)的癱瘓，進(jìn)而成為一種潛在隱患。所以能否合理利用供電系統(tǒng)中的無功補(bǔ)償裝備，也成為了電力供應(yīng)工程中的一道值得思考的難題。

2無功補(bǔ)償在變電設(shè)計(jì)中的重要性

異步電動(dòng)機(jī)和變壓器等電力系統(tǒng)中常見的設(shè)備和普遍的用電設(shè)備都屬于感性負(fù)荷設(shè)備，這些設(shè)備在運(yùn)行的過程中需要無功功率的提供。無功電源主要可以分為發(fā)電機(jī)、靜電電容器、靜止補(bǔ)償器以及同步調(diào)相機(jī)等。生產(chǎn)無功功率基本上是不需要任何能量的，但是，無功功率在沿著電力系統(tǒng)的輸電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳播的過程中就會(huì)產(chǎn)生非常大的有功功率的消耗和電壓的損失。發(fā)電廠如果把這些無功功率直接提供給用戶的話，會(huì)因?yàn)檩旊娋€路上損耗大量的電能和電壓造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。為了避免這種情況的發(fā)生，最大程度上的減少無功功率在輸電線路輸送過程中的損耗，有效增大配電設(shè)備的工作效率，應(yīng)該采用“分級(jí)補(bǔ)償，就地平衡”的無功補(bǔ)償設(shè)備配置方式，對(duì)無功補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行合理的配置。通過對(duì)于無功補(bǔ)償裝置合理的分配以及改變電網(wǎng)的無功潮流分布，可以極大程度的減少有功功率和電壓在電力輸送過程中的損耗，達(dá)到改善居民和企業(yè)用電質(zhì)量的目的，同時(shí)也能減少供電單位的經(jīng)濟(jì)損失。在無功補(bǔ)償裝置設(shè)置的過程中，應(yīng)該具體的從電網(wǎng)電壓、有功分配、調(diào)相調(diào)壓、有功分派等方面來考慮無功補(bǔ)償裝置的地點(diǎn)設(shè)置問題、控制方式問題、接線形式問題，以及保護(hù)措施和技術(shù)條件等問題。

3無功補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)方式

3.1調(diào)相機(jī)設(shè)計(jì)

在進(jìn)行變電設(shè)計(jì)無功補(bǔ)償裝置設(shè)計(jì)時(shí)，調(diào)相機(jī)設(shè)計(jì)是以往最常使用的一種設(shè)計(jì)方式，調(diào)相機(jī)無功補(bǔ)償設(shè)計(jì)方式應(yīng)用中，主要是利用了同步調(diào)相機(jī)這一裝置設(shè)備，此種裝置設(shè)備與發(fā)電機(jī)的原理大致相同，是通過勵(lì)磁運(yùn)行作用讓電力系統(tǒng)中接收到無功功率，而當(dāng)欠勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)，電力系統(tǒng)又可以將感性電磁再次傳輸出去，這樣就實(shí)現(xiàn)最佳的無功負(fù)荷運(yùn)行效果。因此在進(jìn)行調(diào)相機(jī)無功補(bǔ)償設(shè)計(jì)時(shí)，重要的就是對(duì)勵(lì)磁運(yùn)行裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，從而實(shí)現(xiàn)同步調(diào)相機(jī)對(duì)裝置中無功功率電壓的吸收或者輸出，為電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供最大限度的保障。不過，同步調(diào)相機(jī)屬于旋轉(zhuǎn)機(jī)械，有功損耗太大，大概是容量的1.6～5.4%。而且如果同步調(diào)相機(jī)采用小容量的話，那么其單位容量的成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于大容量的。目前，這種無功補(bǔ)償?shù)难b置還是在生產(chǎn)中使用，且在控制技術(shù)不斷進(jìn)步的條件下，其控制性能得到了很好地改善。

3.2電容器設(shè)計(jì)

電容器在無功補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)用，其作用原理就是并聯(lián)在系統(tǒng)中，提高容性負(fù)載，然后再向系統(tǒng)吸收和輸出容性功率，達(dá)到線路以及感性負(fù)荷對(duì)感性無功功率的要求，從而實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償?shù)男ЧＭㄟ^電容器來無功補(bǔ)償，不僅只需要較少的一次性投資與運(yùn)行費(fèi)用，而且安裝調(diào)試方便、損耗低、效率高，不僅能集中使用，也能分散裝設(shè)。在我國已有90%的電網(wǎng)系統(tǒng)利用電容器設(shè)計(jì)進(jìn)行無功補(bǔ)償。但在利用電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償時(shí)，必須要保障無功功率與節(jié)點(diǎn)電壓數(shù)值之間呈現(xiàn)一種正比例關(guān)系，這樣才能減少電力系統(tǒng)之中電壓的損耗，若是在進(jìn)行電容器無功補(bǔ)償設(shè)計(jì)時(shí)，無法滿足這一要求，實(shí)際補(bǔ)償效果也會(huì)受到一定的影響，這是現(xiàn)下應(yīng)用電容器無功補(bǔ)償設(shè)計(jì)方式的一大難點(diǎn)，為此還需不斷的加強(qiáng)電容器無功補(bǔ)償設(shè)計(jì)方式方面的研究。

3.3電抗器設(shè)計(jì)

利用電抗器進(jìn)行無功功率補(bǔ)償，電抗器設(shè)計(jì)主要就是將電抗器并聯(lián)在一起，從而實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償效果，應(yīng)用此種設(shè)計(jì)方式可以增加感性無功功率，從而起到平衡電力系統(tǒng)容性無功功率與感性無功功率的作用，因此，電抗器無功補(bǔ)償設(shè)計(jì)方式在一些輸送功率比較小，負(fù)荷比較輕的電網(wǎng)系統(tǒng)中，具有很好的無功補(bǔ)償效果，同時(shí)對(duì)于早期的電網(wǎng)系統(tǒng)以及一些新建的電網(wǎng)系統(tǒng)中，都可以進(jìn)行使用。但在應(yīng)用電抗器進(jìn)行無功補(bǔ)償設(shè)計(jì)時(shí)，如果導(dǎo)線中的電容性使容性充電功率提升，從而導(dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)中的感性無功功率降低，但是導(dǎo)線中的電容性是為了讓輸電線路生產(chǎn)的容性充電功率要超過感性無功功率，為了保證系統(tǒng)電壓水平的平衡，就需要保持系統(tǒng)無功平衡，要不然就會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)的電壓增大，其運(yùn)行的安全性也會(huì)受到威脅。

3.4無功補(bǔ)償器設(shè)計(jì)

無功補(bǔ)償器，屬于第二代無功補(bǔ)償裝置，其應(yīng)用的地方有輸電系統(tǒng)的波阻補(bǔ)償以及負(fù)載無功補(bǔ)償。其實(shí)際代表有固定電容器+晶閘管控制電抗器（FC+TCR）、晶閘管投切電容器（TSC）、晶閘管投切電抗器（TCR）。TCR結(jié)構(gòu)（見圖1）的無功補(bǔ)償器其無功補(bǔ)償?shù)脑硎抢每刂凭чl管觸發(fā)角，將接入系統(tǒng)的等效電納進(jìn)行改變，從而使系統(tǒng)中無功功率的輸出得到調(diào)節(jié)。但是這種裝置存在一個(gè)問題：因?yàn)榫чl管具有班控的特性，如果被觸發(fā)導(dǎo)通，那么只有等其流經(jīng)的電流低于維持電流之后才會(huì)關(guān)斷，所以每半個(gè)電源周期的時(shí)間之內(nèi)，反并聯(lián)晶閘管對(duì)僅可以受控導(dǎo)通一次，這就意味著，TCR理論上難免會(huì)出現(xiàn)控制滯后，這對(duì)補(bǔ)償系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能有一定的影響。

4結(jié)語

總之，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷提高，電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，但我國的國情決定了變電站分布不均的現(xiàn)實(shí)情況。無功補(bǔ)償裝置，能提高電網(wǎng)電能的傳送質(zhì)量，對(duì)于減少電網(wǎng)運(yùn)行過程中的線路損耗問題起到良好的促進(jìn)作用。在進(jìn)行變電設(shè)計(jì)時(shí)，優(yōu)化運(yùn)用無功補(bǔ)償技術(shù)顯得十分重要。在日常中，為全面確保電力網(wǎng)絡(luò)安全穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)電路運(yùn)輸以及電氣設(shè)備損耗的顯著降低，強(qiáng)化電能利用，則需正確采取有效的無功補(bǔ)償方式措施。

參考文獻(xiàn)

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作者介紹：

王鵬飛（1981.10.12-）;男;福建福州;漢;大學(xué)本科;工程師;變電設(shè)計(jì)中級(jí)師;變電設(shè)計(jì);國網(wǎng)福建省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院。