探析变电站无功补偿与电压的调节

摘要：本文介绍了无功补偿对电力系统稳定、经济运行的作用,探讨如何在现行变电运行管理模式下科学合理地进行电压调整和无功补偿。进一步阐述了在变电站安装并联电容器等无功补偿装置并通过合理的控制和调节可以补偿感性电抗所消耗的无功功率，由于无功补偿减少了无功功率在电网中的流动，因此可以有效降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗，电容器投切是变电站无功调节的最简单有效的方法，变压器分接头档位的调节是母线电压控制的最直接手段。

关键词：变电站运行电压无功补偿感性电抗控制和调节电容器

一、前言

电压质量是衡量电能的主要质量指标之一。电压的稳定对确保电力系统安全可靠运行和正常生产有举足轻重的作用，同时对提高电能质量、延长设备的使用寿命也有十分重要的意义，而无功则是影响电压的一个重要因素。所以说，无功功率决并不等同于无用功率，它的用处很大，电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动，从而带动机械运动，电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。但是，无功过剩时一方面会提高系统运行电压，导致运行中的用电设备的运行电压超出额定工况，缩短设备的使用寿命；另一方面，无功过剩也会影响线路传输的安全稳定性，导致系统的输送容量下降。为了确保电网电压稳定和降低线路损耗，我们必须采取科学合理的方式对无功和电压进行控制和调节。这样，电压和无功调节的重任就落到各级变电站的头上。可以这么说，电容器投切是变电站无功调节的最简单有效的方法，变压器分接头档位的调节是母线电压控制的最直接手段。另外还需要说明一下的是，变压器分接头的变化不仅对电压有影响，而且对无功也有一定的影响，同样电容器组的投切在对无功影响的同时也对电压造成一定的影响。

二、变电站无功与电压的综合控制与调节的主要方式

补偿容量不足时的无功功率平衡。进行系统无功功率平衡的前提是保持系统的电压水平正常，否则，系统的电压质量就得不到保证。在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，那么，这些用电设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。这种平衡是系统无功功率不足时达到的平衡，是由于系统的电压水平下降，无功功率负荷本身具有的电压调节效应，使全系统的无功功率需求有所下降而达到的。系统无功功率电源充足时的无功功率平衡。系统的无功功率电源比较充足，系统就能具有较高的运行电压水平；反之，系统的无功功率电源不足，则反映为系统运行电压水平偏低。因此，应该力求实现在额定电压下的系统无功功率平衡，根据这个要求来装设必要的无功功率补偿装置。配电网无功优化补偿。在实际运行中，使用无功自动补偿装置进行就地补偿，可以在实现减少线损的同时，对电压质量起到一定的改善作用。但是，实践证明由于配变负荷变化大，带来电压波动也大，往往单纯依靠无功补偿并不能很好地解决电压质量问题，因此采取以无功和电压作为二元的控制变量，以“九区图”作为基本的控制算法，进行自动跟踪补偿和自动调压相配合的措施，可实现进一步改善电能质量的目的。为了使电压U 与无功Q 达到所需的值，通过改变有载配电变压器分接开关档位和投切电容器组来改变配电系统的U 和Q。

（1）第1 区为电压正常，无功越上限。无功优先：若投电容器后，无功大于无功下限，则投电容器；若电容器不可投，则下调分接头。电压优先：若投电容器后，电压小于电压上限且无功大于无功下限，则投电容器；若投电容器后，电压大于电压上限且无功大于无功下限，且此时若下调分接头后，电压仍大于下限，则不投电容器，下调分接头。

（2）第2 区为电压越上限，无功越上限。无功优先：若下调分接头后，无功正常则下调分接头；若分接头不可调，如投电容器后的电压小于闭锁上限和无功大于下限，则投电容器。电压优先：下调分接头；若分接头不可调，如退电容器后，无功小于闭锁上限及电压大于下限，则退电容器。

（3）第3 区为电压越上限，无功正常。无功优先：若下调分接头后，无功正常则下调分接头；若分接头不可调，如退电容器后，无功小于上限及电压大于下限，则退电容器。电压优先：下调分接头；若分接头不可调，如退电容器后，电压大于下限且无功小于闭锁上限，则退电容器。

（4）第4 区为电压越上限，无功越下限。无功优先：若退电容器后，无功小于上限，则退电容器；若电容器不可退，如上调分接头后电压小于闭锁上限，则上调分接头。电压优先：若退电容器后，电压大于下限且无功小于上限，则退电容器；若电容器不可退，如下调分接头后，电压大于下限及无功大于闭锁下限，则不退电容器，下调分接头。

（5）第5 区为电压正常，无功越下限。无功优先：若退电容器后，电压大于闭锁下限且无功小于上限，则退电容器；若电容器不可退，则上调分接头。电压优先：若退电容器后，电压大于下限及无功小于上限，则退电容器；若退电容器后，电压小于下限及无功小于上限，如分接头上调后，电压小于上限，则上调分接头。

（6）第6 区为电压越下限，无功越下限。无功优先：上调分接头；若分接头不可调，若退电容器后无功小于上限及电压大于闭锁下限，则退电容器。电压优先：上调分接头；若分接头不可调，投电容器后电压小于上限及无功大于闭锁下限，则投电容器。

（7）第7 区为电压越下限，无功正常。无功优先：若上调分接头后无功正常，则上调分接头；若分接头不可调，投电容器后，无功大于下限及电压小于上限，则投电容器。电压优先：上调分接头；若分接头不可调，投电容器后，电压小于上限且无功大于闭锁下限，则投电容器。

（8）第8 区为电压越下限，无功越上限。无功优先：若投电容器后，无功大于下限，电压小于上限，则投电容器；若电容器不可投，下调分接头后，电压大于闭锁上限，无功大于下限，则下调分接头。电压优先：若投电容器后，无功大于下限，电压小于上限，则投电容器；若电容器不可投，且上调分接头后，无功小于闭锁上限，电压小于上限，则上调分接头。

（9）第9 区：正常，不作调整。

三、控制与调节效果分析

（1）无功补偿可有效改善电压质量，延长机电设备的使用寿命：电压损失ΔU 简化计算如下：

ΔU=(PR+QX)/U ―――（式1）式中：U―――线路额定电压，kV；P―――输送的有功功率，kW；Q―――输送的无功功率，kvar；R―――线路电阻，Ω；X―――线路电抗，Ω。安装补偿装置容量Qc 后，线路电压降为ΔU1，计算如下：ΔU1=[PR＋(Q－Qc)X]/U ―――（式2）很明显，ΔU1＜ΔU，即安装补偿电容后电压损失减小了，机电设备运行的安全可靠性能得到大大提升。由式1、2 可得出接入无功补偿容量Qc 后电压升高计算如下：ΔU-ΔU1=QcX/U ―――（式3）由于越靠近线路末端，线路的电抗X 越大，因此从式3 可以看出，越靠近线路末端装设无功补偿装置效果越好。

（2）无功补偿可降低电能损耗。安装无功补偿装置主要是为了降损节能，如输送的有功P 为定值，加装无功补偿装置后功率因数由cosφ 提高到cosφ1，因为P＝UIcosφ，负荷电流I 与cosφ 成反比，又由于P＝I R，线路的有功损失与电流I的平方成正比。当cosφ 升高，负荷电流I 降低，即电流I 降低，线路有功损耗就成倍降低。

四、结束语

总之，随着社会的发展与进步，电力部门不仅要满足社会对用电量不断增长的需要，而且也要满足对电能质量的要求。其中电网电压是一个重要指标，电压质量的好坏对电网稳定、社会的经济运行起着至关重要的作用。在电力生产和电能传输中如何进行电压调整、无功的合理分配与补偿是电力工作者的一项重要任务。

作者简介：徐波 男（1983.02）籍贯：江苏，毕业于俄罗斯斯托夫国立建筑大学，学历：研究生，单位：新疆电力设计院，研究方向：变电电气。