浅析配电系统无功功率补偿方式

　无功功率补偿，简称无功补偿，在电子供电系统中起提高电网的功率因数的作用，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。合理的选择补偿装置，可以做到最大限度的减少网络的损耗，使电网质量提高。本文首先对供配电网无功补偿原则以及方式进行探讨，并结合案例进行分析探讨。

　　无功补偿的原理：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并接在同一电路，当容性负荷释放能量时，感性负荷吸收能量，而感性负荷释放能量时，容性负荷吸收能量，能量在两种负荷之间交换。这样，感性负荷所吸收的无功功率可从容性负荷输出的无功功率中得到补偿，这就是无功补偿的原理。SVC、SVG均属无功补偿装置，是将具有容性功率的负荷装置与具有感性功率的负荷同时并联在同一电路中，当供配电系统中容性负荷释放能量时，则启动无功补偿装置的感性负荷来吸收系统中的能量；当感性负荷释放能量时，则启动无功补偿装置的容性负荷吸收能量，进而确保供配电系统中的容性和感性分量始终维持平衡，以改善供配电系统中供电质量水平。

　　1 供配电网无功补偿原则及方式

　　1.1 无功补偿原则

　　《国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则》中明确规定：供配电系统中配电变压器的无功补偿装置容量，应按配电变压器最大负载率在75%且负荷自然功率因数在0.85以上进行考虑，且经无功补偿后到配电变压器最大负荷工况时其高压侧功率因数不应小于0.95，或按照配电变压器容量的20%～40%进行无功补偿容量配置。

　　1.2 供配电系统无功补偿方式

　　（1）变电站集中无功补偿方式。在变配电站进行集中无功补偿，主要是通过合理的无功补偿以改善输配电线路的功率因数，无功补偿装置通常设置在变配电站的10kV母线上，并采用有载调压接头来合理调节供配电系统电压，以达到节能降耗的目的。

　　（2）配电变压器低压侧集中无功补偿方式。在配电变压器低压380V侧采取无功集中补偿方式，并结合微机控制等技术，可以实现几十到几百Kvar范围的补偿。此种补偿方式比较适用于工厂、企业等专用变的无功补偿，对于负荷类型较多、种类较繁杂的公用变而言，如在每台变配电变压器低压侧均设置无功补偿装置，则其设备综合投资太大，无功补偿经济效益性能不太理想。

　　（3）电力用户终端就地分散无功补偿方式。在电力用户终端采取低压无功补偿措施就地分散补偿，能够最大限度地降低供配电系统输电线路损耗并维持系统供电电压稳定。在GB50052-2009《供电系统设计规范》中明确指出：对于容量较大、负荷较平稳且频繁使用的用电设备而言，宜采用无功分散就地补偿方式，节能降耗效果好。

　　2 供配电系统无功补偿必须性分析

　　例如某企业的空压站配电一次系统，共三条6kV线路，分别为空压站变电所6kV1#线、2#线、应急进线，电源均引自炼油总降变。其中，1#线和2#线经阻燃电缆引至空压配电一次系统的6kVI段母线和6kVII段母线上，采用1250A的高压6kV断路器进行进线线路保护，利用ATS自动切换装置实现1#线和2#线的相互投切，互为明备用。应急进线经阻燃电缆引至空压配电一次系统的6kV应急段母线上，采用1250A的高压6kV断路器进行进线线路保护，并与应急段正常进线互为闭锁状态，正常采用I、II段母线供电，当I、II段母线出现故障后，由6kV应急进线供电，确保一级负荷（空压机K-101B/C1500PH/126A、热水循环泵P-101C/D400kW/47.7A及低压应急变）的供电安全可靠性。空压配电一次系统，按照单母线分段接线方式进行设计，中间加设母联开关，I段母线、II段母线、应急段母线分别引出一条6kV线路将电源给6/0.4KV，1250kVA，Dyn11的1#、2#变压器，以及6/0.4kV，100kVA，Dyn11的低压应急变。空压配电一次系统中有400kW/47.7A的高温热水泵、热水循环泵、以及K-101A，1500PH/126A空压机等6kV负荷，也有空压机、水泵、照明配电箱等0.4kV负荷。据运行统计资料表明，配电室6kV高压侧在负荷集中用电时段，高压功率因数只有0.856，低压功率因数只有0.84，整个配电室一次配电系统线损相当高。由此，采取合适的无功补偿方案改善空压配电一次系统运行环境，提高系统功率因数和供电可靠性，对空压配电一次系统节能降耗研究具有非常重要的工程实践应用意义。

　　3 供配电系统无功补偿方案

　　3.1 补偿方案

　　空压配电一次系统中，高压6kV主要为6kV异步电动机负荷，而低压0.4kV也多为0.4kV异步电动机负荷和照明负荷，按照文章第1部分所述无功补偿原则，采取高压就地补偿和低压就地补偿方案，6kVI段母线和II段母线分别补偿300kVar无功容量，低压0.4kV采用多组25kVar电容器组成两面低压无功补偿柜进行无功补偿。低压补偿采用接触器式控制，低压补偿采用都凯提rego控制器，采用1∶2∶2的投切方式，电容器采用三角形接法的干式电容器，电容器与电抗器相串联后并入电网；高压电容采用Y形接法，经高压断路器合闸后投后电网运行；这样采用6kV高压和0.4kV低压分别就地集中补偿方式，能够有效解决配电一次系统中负荷运行可能引起输电线路无功电流的增大、配电线路截面不匹配等问题。

　　3.2 补偿效果分析

　　按照3.1所描述的无功补偿方案进行盘柜设计安装后，经调试投运后，按高低压II段进行数据采集，空压配电一次系统6kV和0.4kV侧母线电压畸变率得到有效控制，补偿后总谐波畸变率分别为0.67%和0.53%，高压6kV侧功率因数由补偿前的0.856有效升高到0.967，相应设备利用率提高11.48%，此时高压无功补偿量为300kVar，所选300kVar补偿柜能够满足实际运行需求；低压0.4kV侧功率因数由补偿前为0.84，投切第二组50kVar后，达到0.94，相应设备利用率提高10.64%，所选0.4kV无功补偿柜进行动态补偿经济效益较好。由此可以看出，采用无功补偿装置对空压配电一次系统进行技术升级改造后，高、低压侧电压畸变率、线路损耗等均有较为明显降低，系统功率因数、设备节电率等也有较大提高，空压配电一次系统运行节能经济效益较好。

　　4 结束语

　　供配电网络系统中，根据用电设备功能、特性等因素，合理选择无功补偿位置、容量和调控方案，可大大降低无功功率，提高供配电网网络供电电能质量和供电电压，降低输电线路损耗，确保电气设备功能的正常发挥，具有安全供电、节能降损、高效可靠等优点，是供配电网进行技术升级改造，经济调控运行的重要技术手段，在工程中具有较高的应用前景。