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配电系统无功补偿技术分析

郑则勇
摘 要：随着电源负荷的增加及电弧炉和电焊机等设备的广泛应用在很大程度上增加了高次谐波对电网系统的污染。本文介绍了电力系统中配电系统运行中的谐波污染，探讨无功补偿技术几种方法在配电系统中的应用。
关键词：配电系统；无功补偿；谐波；电容 ；晶闸管
前言
随着用电需求的增加，电力系统也越来越复杂，在此基础上无功补偿技术不仅能减小谐波污染对电网系统产生影响，且能改良各地区的无功分布，在一定程度上减少电力系统运行中产生的损耗，对未来电力系统的建设发展具有重大意义。
一、配电系统中的问题
1、谐波污染
配电系统运行中产生的谐波污染会使电网内继电保护装置误动或者拒动，主要原因是由于谐波电流影响电路电压，使电路电流发生畸变，进而对电器电路中的保护装置造成干扰，在很大程度上降低电网的安全性。造成谐波污染的因素主要有以下几点：
①谐波污染使电气设备的电机出现震动和噪声，造成低功率因数运行电压下降。
②谐波电流的增大导致设备变压器电机温度升高，加速零件老化速度缩短设备使用寿命，增大线路电圧损失和电能损耗。
2、无功倒送
无功倒送是指补偿的无功功率大于需要的无功功率，多余的无功功率被送上电网。常见的问题点有以下两种：
①单位功率因数不达标时，安装补偿电容就有可能出现无功倒送，其不仅可能造成线路损耗和变压器损坏，而且会增加线路的负担。
②在负荷处于低谷的电路中使用固定电容器补偿方式引起无功倒送的现象。
二、无功补偿技术概念
在电力网运行过程中，存在有功功率和无功功率，如何增大功率因数，不只是提高有功功率就可实现，而是应在总功率达到一定时尽可能减小无功功率，只有提高功率因数，才能充分发挥供电设备生产能力，减少线路损失，改善电压质量。
三、无功补偿法的技术方法
1、电容器补偿无功功率的作用及方法
电力电容器作为补偿装置通常有两种方法：串联补偿和并联补偿。串联补偿是指在被补偿设备电路中直接串联一个电容器，此方法常应用在高压远距离输电线路上；并联补偿是在被补偿设备电路中直接并联一个电容器，又根据并联位置不同分三种方式：
（1）集中补偿
集中补偿是在高低压配电线路中安装并联电容器组，主要运用在企业或地方降压变电所的6～10kV母线上，既可减少高压线路无功损耗，又能提高供电质量和变电站的功率因数。
（2）分组补偿
分组补偿是在配电变压器和用户配电屏间安装一个并联补偿电容器，主要用在功率因数较小的车间和乡镇终端配电所，这是运用较为普遍的一种补偿方法。
（3）就地补偿
就地补偿主要是在独立小型发电机与用电设备之间，又称单独补偿，主要设用于中小型设备。
2、10KV配电无功补偿的技术方法
（1）自饱和型电抗器无功补偿法
自饱和型电抗器无功补偿的电路结构由一个多项谐波补偿电抗器和一个可切电容器并联组成，此补偿法原理是改变电抗器中通过铁芯工作点的磁通量来达到补偿目的。
电路中的电容器可改善超前功率偏置情况，电感器凭借自身稳定性控制无功功率补偿幅度，故自饱和型电抗器无功补偿法在控制电流的超前偏置、控制电压的大幅偏移，改善电压闪变等领域具有重要价值。
（2）晶闸管控制电抗器无功补偿法
晶闸管控制电抗器无功补偿法的電路主要由两个并联相反可控晶闸管和一个电感及若干电容器组成。此补偿法的工作原理是改变整个电路的等效电抗，让电感中通过的电流能够与需要补偿的无功补偿容量相匹配，如需改变等效电感则需要改变可控晶闸管的触发角度或是电容器的等效电容值。此种补偿法的优势及缺点如下：
①缺点：因为此种无偿补偿法对超高压系统提高无功补偿的技术还不够成熟，无法直接为超高压系统提供合适的无功补偿，且反向并联的可控晶闸管运行不易维护，故此补偿方法只能用于低压配电网络的无功补偿。
②优势：在电路中拥有一个电感和电容组成的振荡回路，可吸收部分谐波分量，减弱谐波污染对电力设备的损耗；此补偿法可根据实际应用情况对电路分享调节，能为系统提供感性和容性无功功率。
（3）晶闸管投切电容器无功补偿法
晶闸管投切电容器无功补偿法的电路由两个反向并联的可控晶闸管与若干个容器C相串联所构成，其工作原理是设置可控晶闸管的导通参数，让可控晶闸管两端在端电压过零时刻接入到配电系统中，从而让与电容C串联的总回路中形成电流，从而为配电网络提供无功补偿。
此方法的电路电流会有一定波动，需在电容器的支路上串接一些数值较小的电抗器，用于抑制电路突然导通形成的冲击电流，改善电流的波动情况。
四、无功补偿技术的应用
1、变电站无功补偿技术
变电站作为一个以不同电压等级的配电线路向用户供电的中心，要完善配电管理的监督机制，遵循“分级补偿，就地平衡”的无功补偿原则，保证电力系统基本达到无功功率平衡。容性无功补偿装置的容量需根据供电单位的实际情况而定。比如：主变压器容量过大，超过40MVA时，应配置两组容性无功补偿装置。变压器的无功损耗由励磁支路的无功功率损耗和绕组漏抗中的无功功率损耗组成。变压器所施加的电压影响励磁支路的无功功率损耗，绕组漏抗中的无功功率损耗与变压器的通过功率有比例关系。普遍在高压枢纽变电站主变压器低压侧安装无功补偿装置以达到就地平衡目的，是因为无功功率不易于长距离输送。
2、配电线路的无功补偿
就目前配电线路而言，无功补偿达到仅达到需求量的70%，采取的无功补偿原则如下：
①以负荷较大的分支线为补偿点。
②小分支和个别配电变压器，按照配电变压器自身需求确定补偿点和补偿容量。
③以分支线路所带配电变压器的无功损耗确定分组补偿容量。
④配电变压器本身存在的负载无功损耗则由用户自己进行无功补偿，线路的空载无功损耗决定线路的补偿容量。
⑤输电线路的无功补偿应在本线两端等量动态就地平衡。
3、电力用户的无功补偿
个人用户进行无功补偿，主要运用三种方法：集中补偿、分组补偿、个别补偿三种，用户需要根据实际情况选择合适的补偿方法。
结语
综上所述，无功补偿技术不仅能保障电网系统的安全运行，应用科技创新技术建立线损管理网，科学规划无功补偿方案，合理的选择无功补偿方式，节约电能损耗、提高供电质量，实现社会效益和企业经济效益，利于电能企业的可持续发展。
参考文献：
[1]刘岩晶.10KV配电系统无功补偿技术的研究[J].实验与研究，2016，（4）：160-162.
[2]杨勇.10KV配电系统无功补偿技术的研究[J].中文科技期刊数据库（全文版），2016，（24）：75.
[3]王万鹏.配电系统无功补偿技术[J].电工研究，2013，（20）：47.

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