配电网无功补偿设备原则及现存问题

摘要：在现阶段电网改造建设中，无功补偿在其中所发挥的作用至关重要。由于它能够使系统无功平衡，降低网络损耗，从而有效改善及提高供电的质量，现已被普遍应用在各种电压等级的电网中。文章对配电网无功补偿设备原则与现存问题展开了相关的探讨，希望为有关研究提供理论依据。

关键词：配电网；无功补偿设备；电容器；电网改造；网络损耗 文献标识码：A

中图分类号：TM761 文章编号：1009-2374（2015）36-0139-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.36.069

1 概述

在目前各种等级的电网中，无功补偿已经获得普遍应用，若能科学合理地分配使用，可有助于提高电力企业的社会及经济效益。本文提出了配电网无功补偿设备的配置原则进行规划，然后合理布局，并且如实提出配电网无功补偿工作中存在的一些技术问题。

2 配电网无功补偿的意义

电力质量的优劣关系到国民经济的快速增长，与国家经济发展与社会稳定密切相关，在国家能源战略方面扮演着非常重要的角色。虽然自改革开放以来，国内经济建设已取得一定的成绩，但在电力系统安全运行方面存在的问题日趋严重，安全事故近年来频繁出现，导致经济损失非常大。怎样将电压合理地进行调整，使电网的安全运行水平得到有效提高，是电力工作者的一项头等大事。提倡发展电力安全保护体系，为电力安全预警预案提供强有力的保障，可以保证国内经济社会安全稳定地发展。

3 配电网无功补偿的现状分析

3.1 纯电容器补偿形式

因为电容器该部件表现相当脆弱，在现阶段电网中具有大量谐滤的存在，对系统进行无功功率补偿时选取纯电容器形式，通常谐波电流会被放大许多，所以将会损坏用电设备、补偿电容器等相关元件。

3.2 接触器作为投切开关

若是选取接触器当作投切电容器的开关时，具有相对比较慢的响应速度，在用电设备无功变化较快的同时具有冲击性负载的系统中，跟踪补偿将无法有效进行实施。在电容器投入的时候势必会有相对较大涌流的出现。在电容器切除的时候，将会有较高过电压的产生，而电容器若要再次投入的话，之前需充分地进行放电。

3.3 等容循环投切的控制措施

在选取等容循环投切的控制措施时，其具有较粗的分组，并且补偿精度也相对不足，因而导致用电系统长时间处在欠补偿状态中，其平均功率因数也较低。

3.4 普通型控制器

此种控制器具有薄弱的抗干扰能力，在工作中经常发生误动作或者出现死机，在有谐波的系统中不太适合使用。该控制器的功能方面相对简单些，对于先进的补偿系统的控制要求它将起不到多大的作用。

3.5 以三相共补的补偿形式为主

在负载系统出现三相不平衡时，分相补偿将难以有效地进行实施；在补偿设备发生不寻常情况时，难以有效地实施保护；制作柜体结构成套装置通常选取分离元器件，并且柜体内部的结构也相当复杂，具有很大的组装工艺难度。

3.6 元器件质量水平整体偏低

因元器件分别来自各个生产厂家，质量水平当然也就有所不同，各种元器件之间的参数匹配性难免会出现误差情况，从而导致补偿设备运行可靠性偏低，具有较高的故障率。

4 无功补偿设备的合理配置原则

4.1 总体及局部平衡相互结合

要使城镇电力网的无功电力趋于平衡状态，应当首先让整个县级电网的无功电力平衡得到满足，其次要满足分站、分线的无功电力平衡。若是选择无功电源的布局不合理，部分区域的无功电力将难以就地平衡，势必导致部分变电站或线路的无功电力增多，电压出现过高，过多的无功电力需要向外输出或是导致部分变电站或线路的无功电力出现不足情况。电压出现过低，势必要向上提取无功电力。如此还是会引起异同分区间的无功电力的长输送与交换，从而增加电网的电能损耗。所以，在进行规划的过程中，应当在总体平衡的原则下，对各个不同局部的补偿方案进行研究，然后选择最优化的组合，方可实现上佳的补偿效果。

4.2 供电部门及用户补偿互相结合

据相关资料显示，用户消耗的无功功率在城镇电网中约占到五成，而在工业性网络中约占将近六成。所以，在网络中为了减少无功功率的输送，就要尽量实行无功就地补偿与就地平衡，并且一定要由供电部门与用电用户协同进行补偿。

以往有些地区，通常只有用户单一进行补偿。而对供电网络本身的补偿有所忽视，有些尽管补偿设备已经装设好，但因为怕增加麻烦或惧怕出现事故，而迟迟未能投入运行，导致补偿设备的利用率相当低下，没有得到想要的效果。还有部分地区则有另外一种倾向的出现，只对供电部门的无功电力建设有所注重，却忽视发挥用电客户的效用。这样将会导致电网的无功电力平衡产生严重失调。因此需要按照总的无功电力需求，并且发挥供电部门与用电客户两者的积极性，一起协同建设与管理好无功电力。

4.3 分散及集中补偿相互结合

无功补偿需要做到总体及局部均平衡，不但需要对供电部门进行补偿，而且也要进行用电用户的补偿，这势必需要采取分散及集中两种不同的补偿方式。在国内目前农村电力配网中，分散补偿主要是指在配电网络中分散的负荷区分散进行的无功补偿，而集中补偿指的是装置较大容量的电容于变电站里集中进行补偿。

根据有关理论分析显示，变电站中的集中补偿主要是对主变压器的无功损耗进行补偿，另外可使输电线路传输的无功电力得到减少，从而能够有效降低供电网络的无功损耗。由于用电客户所使用的无功损耗还需要经由变电站以下的配电线路向负荷端进行输送，因此为了让线损得到有效降低，就一定要进行分散补偿。

在城镇电力网中，因为配电网的线损占到全网总损失的七成左右，所以应采用分散补偿为宜。唯有如此方可让配电网的无功线损有效地得到降低，进而有助于降低城镇电力网的总线损。

4.4 降损和调压相互结合

采取电容器并联进行无功补偿，其宗旨主要是为了实现无功电力就地平衡，让网络中的无功损耗得以养活，从而有利于降低线损。同时也能够选取电容器组的分组投切，对电压进行适当调整，但是仅为电容器并联补偿的辅助效果而已。在通常的情况下，政权以降损作为主导，调压作为辅助。

对于部分关键性或电压水平时常低下的变电站而言，有时候需要装置较大容量的电容器组，以便于对网络的无功潮流加以控制与有效改善电压水平。但其终极目标都是为了实现无功电力平衡，从而能够保证电网的经济安全运行。在这里需要明白一点，采取电容器并联提高电压水平具有一定的局限性，通常只有3%～5%。若是这个限度被超越，势必会使容量选取过大。

5 配电网无功补偿现存的问题

随着无功补偿技术的不断更新，在现阶段配电系统中低压侧无功补偿技术也开始普及。无论是从静态补偿到动态补偿，还是从有触点补偿到无触点补偿，都已争取获得了相当丰富的运行经验。但是由于在实践过程中也暴露出诸多不足之处，因此要对此引起足够的重视。

5.1 谐波治理问题

电容器本身具有一种抗谐波的功能，在电网的谐波污染中起着非常好的滤除效果。但是谐波含量若是超出临界值时将会缩短电容器的使用期限，严重的话会导致电容器损坏过早，此外，谐波会干扰影响到动态无功补偿柜的控制环节，最终将会引起控制失灵，所以在需无功补偿又有较大谐波干扰的地点，需要充分考虑增设滤波装置。该问题一直以来未能得到普遍的重视，导致部分补偿设备无缘无故地受到损坏，所以在进行无功补偿的设计时一定要对谐波治理加以考虑。

5.2 无功补偿容量的选择问题

电力系统不允许过补偿导致的无功倒送，因为会造成增加损耗线路与变压器，无形之中让线路负担有所加重。在负荷处于低谷时，若选取固定电容器补偿方式，很有可能会引起无功倒送。在三相负荷没有对称的情况下选择接触器控制的补偿柜，也有可能引起无功倒送。而对于晶闸管控制的补偿柜而言，三相的补偿量虽然能够加以分调，但绝大多数厂商为了节省成本，仅只选取一相作为采样与无功分析。因此在对补偿方式进行选择时，应当对这一点有所充分考虑。

5.3 补偿方式问题

大多数部门目前无功补偿的宗旨依然放在用户一侧，也即是只对补偿用户的功率因数有所注意，而真正目的不在于让电力网的损耗有所降低。若从电力系统角度对问题进行考虑，如增设补偿箱1台可以提高某电力负荷的功率因数。虽然有利于实现降损的效果，但一定要对无功潮流进行计算，进而能够确定各点的最佳补偿量与补偿方式，方可让有限的投资成本充分发挥最大的收益。实践工作经验显示：为了使10kV配电线路的损耗得到有效降低，最佳选择是在配电变压器的低压侧安装补偿装置，即分散就地补偿方法。

5.4 电压调节的补偿设备引起的问题

部分无功补偿设备确定无功投切量时主要依据电压，如此便于让用电客户的电能质量获得保证，但是对于电力系统而言并非理想之举。尽管线路电压的波动原因皆由无功量变化所致，但是由系统情况来决定线路的电压水平。线路电压基准若是出现偏高或者偏低时，无功的投切量可能与实际需求产生无功过补或欠补。

总而言之，提高配电网的电压水平有赖于无功补偿发挥的作用，它既能够提高电能的质量，又可以使配电网更趋于稳定与安全，不但可以提高电力设备的功率输出，也使得生产水平获得一定程度的提高。此外，对配电网系统进行合理的无功补偿，能够让功率因数有所提高，从而能够确保无功功率保持平衡，也尽可能地让配电网的电能损耗得到降低。在节能降耗方面补偿功率也是一种上佳的途径，所以应当重视对无功补偿的研究与探索。

作者简介：杜子敏（1975-），男，广东中山人，广东电网有限责任公司中山供电局规划建设分部主管，黄圃配网业主项目部主要负责人，研究方向：中低压配电网规划与建设。