第二章 無功補償規劃和無功補償優化

第一節 無功補償規劃和無功補償設備

一、無功補償規劃1.規劃的目的和要求

在電力系統中先天性地存在著大量的無功負荷，這些無功負荷來自電力線路、電力變壓器及用戶的用電設備。系統運行中大量的無功功率，將降低系統的功率因數，增大線路電壓損失和電能損失，嚴重地影響著電力企業的經濟效益。解決這些問題的一個有效方法就是進行無功補償，同時，在現代電力企業中，功率因數是考核配電網運行的重要指標，為達到考核指標，必須結合本地區的具體情況，進行無功補償的規劃，其規劃的目的如下：

（1）保證規劃地區的無功平衡，維持電力系統的無功穩定。

（2）提高地區電網電壓的質量，使地區電網無功、電壓優化運行。

（3）提高功率因數，改善地區電網的電能質量和提高電力企業的經濟效益。

（4）合理地確定無功補償方式、無功補償容量、無功補償的安裝地點，使補償效果達最佳。

（5）防止過補償引起發電機自勵磁。2.無功補償設備規劃配置要求

（1）無功補償應按照分層分區和就地平衡的原則，采用分散和集中相結合的方式，并能隨負荷或電壓進行調整，保證配電網樞紐點電壓符合現行國家標準《電能質量供電電

壓偏差》（GB/T12325）和《并聯電容器裝置設計規范》（GB50227）的有關規定。

（2）配電網中無功補償應以容性補償為主，在變、配電站裝設集中補償電容器；在用電端裝設分散補償電容器；在接地電容電流較大的電纜網中，經計算可裝設并聯電抗器。

（3）并聯電容補償應優化配置，宜自動投切。變電站內電容器的投切應與變壓器分接頭調整協調配合，使母線電壓水平控制在規定范圍之內。高壓變電站和中壓配電站內電容器應保證高峰負荷時變壓器高壓側功率因數達到0.95及以上。

（4）在配置電容補償裝置時，應采取措施合理配置串聯電抗器的容量。由電容器投切引起的過電壓和諧波電流不應超過規定限值。

二、無功補償設備

（1）同步發電機。同步發電機是電力系統中唯一的有功電源，同時也是無功的基本源。

（2）同步電動機。同步電動機功率因數可以超前運行，在工、農業生產中，凡是不要求調速的生產機械，諸如鼓風機、水泵等，在經濟條件合適的情況下，應該盡量選用同步電動機拖動。

（3）異步電動機同步化。異步電動機同步化是指線繞式異步電動機，在啟動至額定轉速后，將轉子用直流勵磁，使其作為同步電動機使用，在這種運行方式下，異步電動機如同電容器一樣，從電網吸收容性無功功率。

（4）電力電容器。在配電網中電力電容器是應用最為廣泛的無功補償設備，其原因是電力電容器是靜止的無功補償設備，因此其安裝、運行、維護都比上述設備簡單。

（5）電抗器補償。其是高壓長距離輸電線常用的補償設備，用以補償輸電線路對地電容所產生的充電功率以抑制工頻過電壓。電抗器的容量根據線路的長度和過電壓限制水平選擇，其補償度（電抗器容量與線路充電功率之比）國外統計大多為70%～85%，個別的為65%，一般不低于60%。電抗器一般設置在線路兩端，且不設斷路器。

（6）串聯電容補償。串聯電容用來補償輸電線路的感抗，起到縮短電氣距離、提高穩定性水平和線路的輸電容量的作用。串聯電容器組多為串、并聯組合而成，并聯支數由線路輸送容量而定，串聯個數則由所需的串聯電容補償度（串聯電容的容抗與所補償的線路感抗之比）而定。串聯電容補償一般在50%以下，不宜過高，以免引起系統的次同步諧振。輸電網中因阻抗不均而造成環流時，也可用串聯電容來補償。日本在110kV環網中就使用了串聯電容補償。

（7）晶閘管動態補償器。晶閘管動態補償器是近年來才發展起來的無功補償裝置，它以晶閘管為主要工作部件，由于其具有開關速度快、連續調節無功功率等優點，在配電網中，尤其是在低壓配電網中應用得比較廣泛。

三、無功補償的容量、地點及補償方式

在應用電容器進行無功補償時，在電網中要安裝并聯電容器。這些設備可抵償感性負荷所消耗的部分無功功率，從而降低線路的電能損耗并提高系統的功率因數，改善電網的運行條件和電能質量。

在進行無功補償配置時，實際上包含兩個方面的內容：補償安裝地點及補償方式的確定；補償容量的配置。

（1）集中補償通常指裝設于地區變電所或高壓供電用戶降壓變電所母線上的高壓電容器組，也包括集中裝設于電力用戶總配電室低壓母線上的電容器組。其優點是易于實現自動投切，利用率高，維護方便且事故少；減少配電網、用戶變壓器及專供線路的無功負荷和電能損耗。

（2）分組補償一般裝設于線路上的配變低壓側。

（3）隨機補償是將低壓電容器組與電動機并接，通過控制、保護裝置與電機同時投切。

（4）隨器補償是將電容器接在變壓器二次側，以補償配電變壓器空載無功。

（5）跟蹤補償是指將低壓電容器組補償在大用戶0.4kV母線上的補償方式。補償電容器的固定連接組可起到相當于隨器補償的作用，補償用戶自身的無功基荷；可投切連接組，用于補償無功峰荷部分。投切方式分為自動和手動兩種。一般地，用戶負荷有一定的波動性，故推薦選用自動投切方式，采用無功補償自動投切裝置。此種裝置可較好地跟蹤無功負荷變化，運行方式靈活，運行維護工作量小。

考慮到電機投運的不同時率和單臺電機補償容量的限制等因素，對于較大的工業企業

用戶，采用跟蹤補償比隨機、隨器補償能獲得更好的補償效果，而且不需要提高補償度，并可適當調整各組電容器的運行時間，使其壽命相對延長，從而降低電器的購置更新費用。但是，跟蹤補償所需的自動投切裝置較隨器、隨機補償的控制保護裝置復雜，功能更完善，初投資也大一些。

四、自動投切裝置的選擇

自動投切裝置的選擇應特別注意其性能和質量。必須滿足以下五個條件：

（1）能根據無功負荷的變化自動投切電容器組，使功率因數保持在0.95以上且不過補償。

（2）能實現電容器組自動循環投切，使電容器、接觸器使用概率接近，延長使用壽命。

（3）元器件性能穩定可靠，受環境影響小，便于維護。（4）具有過電壓保護功能。

（5）在輕負荷時，不會引起電容器組投切振蕩現象。

投切振蕩現象是指在分組自動投切電容器時，未投入某一組電容器，其功率因數低于給定的下限，而投入后又高于其上限，于是在自控器的作用下反復進行投切。