论电网的无功补偿与电压调整

1、论电网的无功补偿与电压调整摘 要由于无功补偿对电网安全、优质、经济运行具有重要作用，因此无功补偿是电力部门和用户共同关注的问题。合理选择无功补偿方案和补偿容量，能有效提高系统的电压稳定性，保证电网的电压质量，提高发输电设备的利用率，降低有功网损和减少发电费用。本文按照电网无功补偿的基本原则是，重点介绍了输配电网中各种无功补偿的原理及方法，以达到改善功率因数、调整电压及补偿参数等作用。与电网中的有功损耗相比，无功损耗要大的多，这是因为高压线路、变压器的等值电抗要比电阻大得多，并且变压器的励磁无功损耗也要比励磁有功损耗更大，事实证明电网最基本的无功电源发电机所发出的无功功率远远满足不了电网对无功的

2、需求，因此对电网进行无功补偿显得尤为必要。另外，对电网采取适当的无功补偿可以稳定受端及电网的电压，在长距离输电线路中选择合适的地点设置无功补偿装置，还可以改善电网性能，提高输电能力，在负荷侧合理配置无功，可以提高供用电系统的功率因数，减少功率损耗，因此，电网中无功补偿的作用已得到普遍重视。采取何种有效的方法补偿电网中的无功负荷，以及对电网进行无功补偿与电压调整将是本文所着重讨论的。在配电网中进行无功补偿、提高功率因数和做好无功优化，是一项建设性的节能措施。本文简要分析了三种无功补偿的方法和两种无功功率补偿容量的选择方法以及无功补偿后的良性影响。在实际设计中，要具体问题具体分析，使无功补偿应用获

3、得最大的效益。关键词: 输配电网；无功补偿；电压调整- I -目 录摘 要I引 言11无功补偿概述21.1无功补偿的概念31.2无功补偿的方法31.3 无功补偿的作用41.3.1 改善功率因数及相应地减少电费41.3.2 降低系统的能耗41.3.3 减少了线路的压降41.3.4 增加了供电功率,减少了用电贴费51.4 无功补偿的意义51.5 无功补偿的原则：61.6无功补偿原理72电网无功补偿92.1 电网无功补偿的方法92.1.1 同步调相机92.1.2 并联电容器92.1.3 并联电抗器102.1.4 静止无功补偿器102.1.5 静止无功发生器112.2电网无功补偿的原则112.2.1

4、无功功率平衡原则112.2.2 无功补偿装置的一般配置原则112.2.3 不同电压等级电网的无功补偿原则112.3 电网无功补偿的效益123电网电压调整143.1电网调压的方法143.1.1利用调整变压器分接头调压。143.1.2改变电力网的无功功率分布进行调压。153.1.3改变线路参数R和X的方法调压164电网的无功补偿与电压调整184.1 输电网的无功补偿与电压调整184.1.3 中间同步或静止补偿184.2 配电网的无功补偿与电压调整194.2.1 相位补偿亦称功率因数补偿194.2.2 电压调整194.2.3改变电力网的无功功率分布进行调压214.2.4 改变线路参数R和X的方法调压

5、224.2.5辅助性调压措施通过变更发电机的励磁电流改变发电机的端电压来调整电压23结 论24参 考 文 献25- III -引 言目前世界范围内掀起环境保护的热潮，电力系统是一种特定的环境，在输配电网中出现的无功功率，是电网本身的运行规律所决定，但同时它给电网运行带来了许多麻烦。无功功率是一种既不能作有功，但又会在电网中引起损耗，而且又是不能缺少的一种功率，所以在电网中要加入无功功率补偿的装置，同时对电网电压进行调整，达到电网利用效率最大化。在现代用电企业中，在数量众多、容量大小不等的感性设备连接于电力系统中，以致电网传输功率除有功功率外，还需无功功率。如自然平均功率因数在0.700.85之

6、间。企业消耗电网的无功功率约占消耗有功功率的60%90%,如果把功率因数提高到0.95左右，则无功消耗只占有功消耗的30%左右。减少了电网无功功率的输入，会给用电企业带来效益。 电力系统中，电能质量是评价电力系统运行性能优劣的重要指标，而电压又是衡量电能质量的一个重要指标，因此，电压的稳定性对电力系统运行性能来说显得尤为重要。电压稳定与否主要取决于系统中无功功率的平衡，如果用电负荷的无功需求波动较大，而电网的无功功率来源及其分布不能及时调控，就会导致线路电压超出允许极限；另外，对于负荷一侧，电力系统多由输配电线、变压器、发电机等构成，其内阻抗主要呈感性，使得负载无功功率的变化对电网电压的稳定性

7、带来极为不利的影响。无功功率补偿是涉及电力电子技术、电力系统、电气自动化技术、理论电工等领域的重大课题。由于电力电子技术装置的应用日益普及生产、生活各个领域，无功补偿问题引起人们越来越多的关注。据有关科学统计，如果全国都通过优化配置计算来安装无功补偿装置，在总投资不变的条件下，估计每年可以节省电量大约3亿千瓦时。因此，电力系统的无功补偿和电压调整是保证电网安全、优质、经济运行的重要措施。目前，由于电力电子技术的飞速进步，无功功率补偿方面也取得了突破性的进展。注：页码，居中，底部，宋体，小五，正文起始页页码为1。阅后删除此文本框。1无功补偿概述 本章主要概述无功功率的一些基本知识。首先简要介绍无

8、功功率基本概念，然后介绍无功功率的补偿，最后论述电网得无功补偿与电压调整。 在电力系统中的变电所或直接在电能用户变电所装设无功功率电源,以改变电力系统中无功功率的流动,从而提高电力系统的电压水平，减小网络损耗和改善电力系统的动态性能。无功功率指的是交流电路中，电压U与电流I存在一相角差时,电流流过容性电抗(XC)或感性电抗(XL)时所形成的功率分量（分别为）。这种功率在电网中会造成电压降落（感性电抗时）或电压升高（容性电抗时）和焦耳（电阻发热）损失，却不能做出有效的功。因而需要对无功功率进行补偿。合理配置无功补偿（包括在什么地点、用多大容量和采用何种型式）是电力系统规划和设计工作中一项重要内容

9、。在运行中,合理使用无功补是电力系统调度的主之一接线图无功功率的产生和影响 在交流电力系统中，发电机在发有功功率的同时也发无功功率，它是主要的无功功率电源；运行中的输电线路，由于线间和线对地间的电容效应也产生部分无功功率,称为线路的充电功率,它和电压的高低、线路的长短以及线路的结构等因素有关。电能的用户（负荷）在需要有功功率 (P)的同时还需要无功功率(Q),其大小和负荷的功率因数有关；有功功率和无功功率在电力系统的输电线路和变压器中流动会产生有功功率损耗(P)和无功功率损耗(Q),也会产生电压降落(U)。1.1无功补偿的概念无功功率和有功功率一样是输配电网中不可缺少的组成部分, 无

10、功功率对供电系统和负载系统的正常运行是十分重要的、也是必需的。    由于电网中存在大量的感性负载, 所以就需要供电部门提供足够的无功功率。如果这些无功功率都有发电机(厂)发出并通过长距离的输电线路传送到所需的地方, 这显然是不合理、不经济的, 实际上也是不可能的。而合理的也是最有效的方法就是在需要无功功率的地方或附近产生(发出)无功功率, 即无功功率补偿。1.2无功补偿的方法 无功补偿通常采用的方法主要有 3种：低压个别补偿、低压集中补偿、高压集中补偿。下面简单介绍这3种补偿方式的适用范围及使用该种补偿方式的优缺点。 (1)低压个别

11、补偿: 低压个别补偿就是根据个别用电设备对无功的需要量将单台或多台低压电容器组分散地与用电设备并接，它与用电设备共用一套断路器。通过控制、保护装置与电机同时投切。随机补偿适用于补偿个别大容量且连续运行 (如大中型异步电动机)的无功消耗，以补励磁无功为主。低压个别补偿的优点是：用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停运时，补偿设备也退出，因此不会造成无功倒送。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低等优点。 (2)低压集中补偿： 低压集中补偿是指将低压电容器通过低压开关接在配电变压器低压母线侧，以无功补偿投切装置作为控制保护装置，根据低压母线上的无功负荷而直接控制电容器的投

12、切。电容器的投切是整组进行，做不到平滑的调节。低压补偿的优点：接线简单、运行维护工作量小，使无功就地平衡，从而提高配变利用率，降低网损，具有较高的经济性，是目前无功补偿中常用的手段之一。 (3)高压集中补偿： 高压集中补偿是指将并联电容器组直接装在变电所的 610kV高压母线上的补偿方式。适用于用户远离变电所或在供电线路的末端，用户本身又有一定的高压负荷时，可以减少对电力系统无功的消耗并可以起到一定的补偿作用；补偿装置根据负荷的大小自动投切，从而合理地提高了用户的功率因数，避免功率因数降低导致电费的增加。同时便于运行维护，补偿效益高。1.3 无功补偿的作用1.3.1 改善功率因数及相应地减少电

13、费根据国家水电部,物价局颁布的"功率因数调整电费办法"规定三种功率因数标准值,相应减少电费:(1)高压供电的用电单位,功率因数为0.9以上。(2)低压供电的用电单位,功率因数为0.85以上。(3)低压供电的农业用户,功率因数为0.8以上。根据"办法",补偿后的功率因数以分别不超出0.95.0.94.0.92为宜,因为超过此值,电费并没有减少,相反初次设备增加,是不经济的。1.3.2 降低系统的能耗功率因数的提高,能减少线路损耗及变压器的铜耗。设R为线路电阻,P1为原线路损耗,P2为功率因数提高后线路损耗,则线损减少P=P1P2=3R(I12I22) (1

14、.1)比原来损失减少的百分数为(P/P1)×100=1(I2/I1)2·100 (1.2)式中,I1=P/(3 U1cos1),I2=P/(3 U2cos2)补偿后,由于功率因数提高,U2 >U1,为分析方便,可认为U2U1,则=1(cos1/cos2)2·100 (1.3)当功率因数从0.8提高至0.9时,通过上式计算,可求得有功损耗降低21左右。在输送功率P= 3UIcos不变情况下,cos提高,I相对降低,设I1为补偿前变压器的电流,I2为补偿后变压器的电流,铜耗分别为P1,P2；铜耗与电流的平方成正比,即P1/P2=I22/I12 (1.4)由于P1

15、=P2,认为U2U1时,即I2/I1=cos1/cos2可知,功率因数从0.8提高至0.9时,铜耗相当于原来的80。1.3.3 减少了线路的压降由于线路传送电流小了,系统的线路电压损失相应减小,有利于系统电压的稳定(轻载时要防止超前电流使电压上升过高),有利于大电机起动。1.3.4 增加了供电功率,减少了用电贴费对于原有供电设备来讲,同样的有功功率下,cos提高,负荷电流减小,因此向负荷传输功率所经过的变压器.开关.导线等配电设备都增加了功率储备,发挥了设备的潜力。对于新建项目来说,降低了变压器容量,减少了投资费用,同时也减少了运行后的基本电费。1.4 无功补偿的意义 电网中的电力负荷如电动机

16、、变压器等，大部分属于感性负荷，在运行过程中需向这些设备提供相应的无功功率。在电网中安装并联电容器等无功补偿设备以后，可以提供感性电抗所消耗的无功功率，减少了电网电源向感性负荷提供、由线路输送的无功功率，由于减少了无功功率在电网中的流动，因此可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗，这就是无功补偿。无功补偿可以提高功率因数，是一项投资少，收效快的降损节能措施。据统计，在电网电动机为建立并维护三相旋转磁场所消耗的无功功率约占线路输送的全部无功功率的60%，变压器为建立并维持交变磁场所需消耗的无功功率约占30%，因此为使电力系统多发多送有功功率，少发少送无功功率，或在系统无功功率供给不足时

17、，就需要在电感性负载点或附近加装无功设备。 1 低电网的功率损耗。由公式I=P/（3U×COS） (1.5)可知，负荷电流I与COS成反比。在输送的有功功率P为定植时，加装无功补偿设备后提高了功率因数。将使线路中的负荷电流降低，从而时线路上的功率损耗降低（P=I2R）。当功率因数由0.6提高到0.8时，功率损耗将下降一半，降低电网中的功率损耗。是它安装无功补偿设备的主要目的。 2 提高设备的功电能力，挖掘现有设备的潜力。由公式P=S×COS (1.6)可以看出，在设备的视在功率S不便的条件下。功率因数的提高可以多输送有功功率，以农村常有的50KVA配变为例。当功率因数从0.

18、7提高到0.9后，其输送的有功功率由35KW提高到了45KW。增加了配电变压器的供电能力，其增供功率的计算如下式： P=S（COS-COS） (1.7)式中P变压器可增供的有功功率 S变压器的额定容量 COS补偿前设备的功率因数 COS补偿后设备的功率因数 3减少电网中的电压损失，提高电压质量，当电力负荷从线路上集中输出到末端负荷点 线路电压损失U的简化式为： U=（PR+QX）/U (1.8)式中U线路电压损失 P线路输送的有功功率 Q线路输送的无功功率 R线路的电阻 X线路的电抗 U线路额定电压 由以上公式可知，加装无功补偿设备后，线路输送的无功功率Q就要减少，线路中的电压降随之降低，提高

19、了电压质量。 4减少设备容量，节省投资，由公式S = P /COS可知，在输送的有功功率P为定值时，功率因数提高后可以减少视在功率S，也就是可以减小供电设备的安装容量，不但可以节约购买设备的投资，还可以少支付电业部门按供电设备容量计算的贴费，可以减小的供电设备容量用下式计算： S =S（1- COS/COS） (1.9) 减少用户电费开支，降低生产成本，无功补偿给电力用户带来的直观经济效益可以减少电费支出。第一，安装无功补偿设备，提高功率因数可以减少用户内部因传输和分配无功功率造成的有功功率损耗，因而可以少支付相应的电费；第二，在国家现行的电价政策中，从合理利用电能出发，为鼓励用户安装无功补偿

20、设备，提高功率因数的积极性，制定了功率因数调整电费政策。 1.5 无功补偿的原则：无功补偿设备的配置，应按照全面规划、合理布局、分级补偿、就地平衡的原则使电网的无功补偿取得最佳的综合效益。 (1) 降损与调压相结合，以降损为主，针对配电系统的线路长、支数多、负荷分配、功率因数低、线损大等特点，无功补偿的主要的作用和最大经济效益是降损，同时兼顾满足调整电压的要求，以保证电压质量。对于有些轻载运行的线路，其电压经济偏高，配电变压器的铁损占线损的70%以上，不宜再装电容器组，否则特别是后半夜往往使线路电压升得过高，会使配电变压器铁损进一步增加，反而使线损增高。 (2) 集中补偿与分散补偿相结合，以分

21、散补偿为主，既要在变电站进行大量的集中补偿，又要对配电线路、配电变压器和用电设备进行分散补偿，且以分散补偿为主，以实现就地补偿，提高无功补偿的最大经济效益。但必须考虑到两点：1）安装地点的无功补偿经济当量愈大，则本能效果愈好；2）要考虑补偿后要求达到的功率因数的合理性，并非愈高愈好。因此对分散补偿的配置应从实际出发，要求取得最佳的经济效益。 (3) 供电部门补偿与用户补偿相结合，以就地平衡为主，根据统计资料，无功功率大约有40%消耗在配电线路和配电变压器中，其余的消耗在用户的用电设备中。因此，只有供电部门与用户配合起来，共同搞好无功补偿的配置和管理，以取得最大的无功补偿效益 1.6无功补偿原理

22、在交流电路中，由电源供给负载的电功率有两种；一种是有功功率，一种是无功功率。 有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量（机械能、光能、热能）的电功率。原理图 无功功率比较抽象，它用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功，而是转变气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。 无功功率决不是无用功率，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

23、会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。 打个比方，农村修水利需要开挖土方运土，运土时用竹筐装满土，挑走的土好比是有功功率，挑空竹筐就好比是无功功率，竹筐并不是没用，没有竹筐泥土怎么能运到堤上? 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，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。 但是从发电机和高压输电线供给的无功功率远远满足不了负荷的需要，所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率，以保证用户对无功功率的需要，这样用

24、电设备才能在额定电压下工作。 无功补偿的基本原理是：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。 无功补偿可以改善电能质量、降低电能损耗、挖掘发供电设备潜力、无功补偿减少用户电费支出，是一项投资少，收效快的节能措施。 不过在确定无功补偿容量时应注意在轻负荷时要避免过补偿，倒送无功功率势必造成功率损耗增加；另外功率因数越高，补偿容量减少损耗的作用将变小，通常情况下，将功率因数提高到0.95就是合理补偿。2电网无功补偿将电抗器、电容器、同步调相机和调压变压器等装置接入电网中，以改善功率因数、调整电

25、压及起到补偿参数等作用。电网无功补偿的基本原则是：按电压分层，按电网分区，就地平衡，避免无功功率的远距离输送，以免占用线路输送容量和增加有功损耗。 与电网中的有功损耗相比，无功损耗要大的多，这是因为高压线路、变压器的等值电抗要比电阻大得多，并且变压器的励磁无功损耗也要比励磁有功损耗更大，事实证明电网最基本的无功电源发电机所发出的无功功率远远满足不了电网对无功的需求，因此对电网进行无功补偿显得尤为必要。2.1 电网无功补偿的方法 电网无功补偿方法有很多种，从传统的带旋转机械的方式到现代的电力电子元件的应用经历了近一个世纪的发展历程，下面将按无功补偿方式的发展顺序逐一论述电网的无功补偿方法。 2.

26、1.1 同步调相机  同步调相机是一种专门设计的无功功率电源，相当于空载运行的同步电动机。调节其励磁电流可以发出或吸收无功功率，在其过励磁运行时，向系统供给感性无功功率而起无功电源的作用，可提高系统电压；在欠励磁运行时，它会从系统吸取感性无功功率而起无功负荷的作用，可降低系统电压，同步调相机欠励磁运行吸收无功功率的能力，约为其过励磁运行发出无功功率容量的50%65%。装有自动励磁调节装置的同步调相机，能根据装设地点电压的数值平滑的改变（输出或吸取）无功功率，从而进行电压调节。此外，装有强行励磁调节装置的同步调相机在系统发生故障而引起电压降低时，可以提供短时电压支撑，有利于提高电网稳定

27、性。但它的不足之处也有很多，如有功损耗大、运行维护复杂，投资费用大、动态调节响应慢以及增加了系统的短路容量等等，同步调相机正逐渐被投资更少性能更优的新型无功补偿设备所取代。 2.1.2 并联电容器 并联电容器是目前电网中应用最为广泛的一种无功补偿设备，只能发出无功功率，不能吸收无功功率。它藉提高负荷侧功率因数以减少无功功率流动而提高受端电压、降低网损。它需要根据负荷的的变化而进行频繁的投入或切除操作，而此投入或切除操作通常用机械开关控制，因此不能准确快速的实现无功功率补偿。另外在系统电压出现紧急状态时，并联电容器组的明显缺点是其无功输出量随电压的平方下降，因此，当电网无功不足需要投入

28、并联电容器进行无功补偿时，最好在高峰负荷到来之前就将电容器组投入，使电网电压提高至上限运行，这样可防止高峰负荷时电压的过分下降，若在电网电压已经下降后采取措施，则补偿效果不好，但又因为它的价格便宜、易于安装、没有旋转部件以及维护也较为方便而得到许多电力公司的青睐。  2.1.3 并联电抗器 并联电抗器用于吸收超高压长距离架空线和电缆线的过剩无功功率，防止正常运行时有过多的无功功率注入负荷。并联电抗器吸收的无功功率QL与所在母线电压U平方成正比即QL=U2/XL，式中的XL为并联电抗器感抗。并联电抗器一般以直接接到超高压线路或母线，或经主变三次侧或较低电压母线两种接线设置方式

29、接入电网，若采用并联电抗器直接接到超高压线路上，优点是可以限制高压线路的过电压，与中性点小电抗配合，有利于超高压长距离输电线路单相重合闸过程中故障相的消弧，从而保证单相重合闸的成功，不足是造价过高。若接到主变三次侧或较低电压母线上，优点是造价低、操作简便，具体采用何种方式，依具体情况而定。2.1.4 静止无功补偿器 静止无功补偿器（SVC）出现在20世纪70年代初期，可以说是灵活交流输电“家族”的最早成员，它通常由静电电容器、电抗器及检测与控制系统组成。目前常用的有晶闸管控制电抗器型（TCR型），晶闸管投切电容器型（TSC型）和饱和电抗器型（SR型）三种。TCR型补偿器由TCR和若干组不可控制

30、电容器组成，电抗器与反向并联连接的晶闸管相串联，利用晶闸管的触发角控制来改变通过电抗器的电流，就可以平滑的调整电抗器吸收的基波无功功率，晶闸管的触发角从90°变到180°时，可使电抗器的的基波无功功率从其额定值变到零，TCR型补偿器其实只是以晶闸管开关取代了常规电容器所配置的机械开关，使它的开关次数不受限制，其运行性能要明显优于机械开关投切电抗器。TSC型补偿器由一组并联的电容器组成，每一台电容器都与双向晶闸管串联，在这里晶闸管仍起开关作用，代替常规电容器配置的机械开关，在运行时，根据所需补偿电流的大小，决定投入电容器的组数，考虑到电容器组的投切会在电网中产生冲击电流，我们

31、可以增加电容器的组数，组数越多，级差越小，分组投入时所产生的冲击电流就越小，但这势必会增加运行成本。SR型补偿器中，由饱和电抗器与串联电容器组成的回路具有稳压特性，能维持所连接母线电压水平，对冲击性负荷引起的电压波动具有补偿作用，SR型补偿器具有快速、可靠、过载能力强以及产生谐波小等优点，而且还具有抑制三相不平衡能力，但运行中的电抗器长期处于饱和状态，铁芯损耗较大，且饱和电抗器的造价过高，所以目前国内应用较少。值得我们关注的是，不论何种静止补偿器，它们之所以能作无功功率电源并产生感性无功，靠的仍是其中的电容器，而电容器所能产生的感性无功功率与其端电压的平方成正比，即当电压水平过低，需要无功补偿

32、时，补偿器的输出反而会减少。外在上述几种SVC补偿装置中，晶闸管投切电容器不会产生谐波，含晶闸管控制电抗器的静止补偿器一般需要装设滤波器以消除补偿过程中所产生的高次谐波。   2.1.5 静止无功发生器 静止无功发生器（SVG）也被称为静止同步补偿器（STATCOM）或静止调相机（STATCON），是在20世纪80年代以来出现的更为先进的静止无功补偿装置。装置中六个可关断晶闸管（GTO）分别与六个二极管反向并联，适当控制GTO的通断，可以把电容器C上的直流电压转变成为与电力系统电压同步的三相交流电压，装置的交流侧通过电抗器或变压器并联接入系统。适当控制逆变器的输出电压就可以

33、灵活地改变SVG的运行工况，使其处于容性负荷、感性负荷或零负荷状态。与SVC相比，SVG的响应速度更快，运行范围更宽，谐波电流含量更小，尤其重要的是，电压较低时SVG仍可向系统注入较大的无功电流，它的储能元件（如电容器）的容量远比它所提供的无功容量要小。2.2电网无功补偿的原则2.2.1 无功功率平衡原则 从改善电压质量和降低网络功率损耗两方面考虑，应该尽量避免通过电网元件大量、长距离地传输无功功率，做到无功功率的分层分区平衡，并分别按正常最大和最小负荷的运行方式进行计算，必要时还应校验某些设备检修时或故障后等运行方式下的无功功率平衡，而且在事故情况下要求电网应留有足够的无功功率储备。2.2.

34、2 无功补偿装置的一般配置原则 为了便于管理无功功率补偿设备，像同步调相机、并联电抗器、静止补偿器等应当相对集中配置。并联电容器可考虑分散配置和就地配置，但太过于分散也会带来管理和维护的困难。 2.2.3 不同电压等级电网的无功补偿原则 对于10kV配电线路,优先在配电变压器低压侧配置带自动投切装置的并联电容器,以提高线路的功率因数,电容器的补偿容量为配电变压器的10%20%。 在110kV及以下的电网中,由于线路输送负荷一般均大于线路的自然功率,电网呈感性,并且负荷与变压器均为感性,所以,无论从调压还是降损角度考虑,均应以容性补偿为主,补偿容量可按主变压器容量的10%30%来确定。 无功补偿

35、在220kV网络中的情况较为复杂,电网的无功特性与线路实际输送功率(与线路的自然功率比较)的大小有关,对于网架不强的220kV网络,综合线路输送负荷大于线路的自然功率以及变压器为感性等原因,电网呈现感性特质,电网以容性补偿为主；而对网架较强峰谷差较大的220kV网络，则存在以下情况：1）当电网为高峰负荷时，由于线路输送负荷和变压器通过潮流较大，线路和变压器消耗无功多，网络呈感性，此时以容性无功补偿为主，如并联电容器等。2）当电网为低谷负荷时，则由于路输送负荷和变压器通过潮流较小，此时网络呈现容性，建议调整发电机高功率因数运行，并且将220kV网络电压偏高的变电站的电容器退出。3）对于冲击性负荷

36、较大的电网，应在冲击性负荷附近配置静止补偿器，以抑制冲击性负荷引起的电压闪变，快速调节无功功率。  330kV及以上的网络，由于线路实际输送功率均小于线路自然功率，线路无功功率过剩，此时除考虑将发电机进相运行外，电网应配置一定量的感性无功补偿设备，如并联电抗器等，并要求在一般情况下，并联电抗器的总容量应达到超高压线路充电功率的90%以上。 2.3 电网无功补偿的效益 在现代用电企业中，在数量众多、容量大小不等的感性设备连接于系统中，以致电网传输功率除有功功率外，还需无功功率。如自然平均功率因数在0.700.85之间。企业消耗电网的无功功率约占消耗有功功率的60%90%,如果把功率因数

37、提高到0.95左右，则无功消耗只占有功消耗的30%左右。减少了电网无功功率的输入，会给用电企业带来效益。 1节省企业电费开支。提高功率因数对企业的直接效益是明显的，因为国家电价制度中，从合理利用有限电能出发，对不同企业的功率因数规定了要求达到的不同数值，低于规定的数值，需要多收电费，高于规定数值，可相应地减少电费。使用无功补偿不但减少初次费用，而且减少了运行后的基本电费。 2 降低系统的能耗。补偿前后线路传送的有功功率不变，P= IUCOS (2.1)由于COS提高，补偿后的电压U2稍大于补偿前电压U1,为分析问题方便，可认为U2U1从而导出:I1COS1=I2COS2 (2.2)即:I1/I

38、2= COS2/ COS1 (2.3)这样线损 P减少的百分数为： P%= (1-I2/I1)×100%=（1- COS1/ COS2）× 100% (2.4) 当功率因数从0.700.85提高到0.95时，由上式可求得有功损耗将降低20%45%。 3 改善电压质量。以线路末端只有一个集中负荷为例，假设线路电阻和电抗为R、X,有功和无功为P、Q,则电压损失U为： U=（PR+QX）/Ue×10-3(KV) (2.5)两部分损失：PR/ Ue输送有功负荷P产生的；QX/Ue输送无功负荷Q产生的； 配电线路：X=（24）R (2.6)U大部分为输送无功负荷Q产生的。

39、变压器：X=（510）R QX/Ue=(510) PR/ Ue (2.7) 变压器U几乎全为输送无功负荷Q产生的。 可以看出，若减少无功功率Q,则有利于线路末端电压的稳定，有利于大电动机的起动。 4三相异步电动机通过就地补偿后，由于电流的下降，功率因数的提高，从而增加了变压器的容量，计算公式如下： S=P/ COS1×（ COS2/ COS1）-1 (2.8) 如一台额定功率为155KW水泵的电机，补前功率因数为0.857，补偿后功率因数为0.967，根据上面公式计算其增容量为：（155÷0.857） ×（0.967 ÷0.857）-1=24KVA3电网

40、电压调整 拥有充足的无功功率电源是保证电网有较好运行电压水平的必要条件。但要使所有用户处的电压质量都符合要求，还必须采用各种调压手段。就电力网而言，目前调整用户端电压的手段，主要采取如下措施：（1）适当选择变压器的变比；（2）改变线路参数R和X及改变无功功率分布，以减少网络的电压损耗。电压调整原理图3.1电网调压的方法为了保证中枢点电压变动不超过规定范围，在无功功率平衡的前提下，可以采用如下几种调压方法：3.1.1利用调整变压器分接头调压。改变变压器的变比可以升高或降低次级绕组的电压。它分两种方式，即无载调压和有载调压。（1）无载调压所谓无载调压，即是不带负荷调压，这种调压必须在变压器断开电源

41、之后停电操作，改变变压器分接头，达到调整二次电压的目的。因为无载调压时需要停电，所以这种调压方式适用于季节性停电的变（配）电站。由于不能根据负荷变化，灵活调节电压，故许多城市电网对110KV及以上变压器都已逐步采用有载调压变压器。（2）有载调压有载调压变压器可以在带负荷运行的条件下切换其分接头，而且调压范围也较普通变压器大，调压级数多，调压范围可达额定电压的20%30%。所以在110KV及以上变压器得到广泛应用，并随着农网改造二期工程的收尾，在农网中也得到了大力推广。3.1.2改变电力网的无功功率分布进行调压。改变电力网无功功率分布的办法是在输电线末端，靠近用户处装设并联的无功补偿设备。电网的

42、无功补偿设备主要有同期调相机、静电电容器、静止补偿器。（1）同期调相机同期调相机实质上就是只能发无功功率的发电机，它在过激运行时向系统供应感性无功功率，欠激运行时从系统吸取无功功率。所以改变同期调相机的励磁，可以平滑地改变它的无功功率的大小和方向，因而可以平滑地调节所在地区的电压，既可提高电压，也可降低电压。同期调相机可以装设自动调节励磁装置，能自动地在电网电压降低时增加输出的无功功率，以维持系统电压。特别是有强行励磁装置时，在系统故障时也能提高电网的电压，这对提高电网稳定性是有利的。但是同期调相机是旋转机械，运行维护比较复杂，有功损耗也大，投资费用较大。在我国常装在枢纽变电站。在国外，现在很

43、少采用而改用静止补偿器。(2)静电电容器 静电电容器可按三角形和星形接法接在变电站母线上，只能供给电网无功功率，而不能吸收无功功率。它供给的无功功率QC值与所在结点的电压U的平方成正比，即： （3.1）所以电压下降时，它供给的无功功率也减小，因此，在电网发生故障或其它原因而使电压下降时，其输出的无功功率反而减少，结果导致电网电压继续下降，这是静电电容器的缺点。静电电容器的装设容量可大可小，既可集中使用，又可分散装设就地供应无功功率，以降低线路上的功率损耗和电压损耗。静电电容器每单位容量的投资费用少，运行时的功率损耗也较小，维护也方便。为了在运行中调节电容器的功率，可将电容器连接成若干组，根据负

44、荷变化，分组投入和切除。它广泛地应用在系统变电站和用户配电所中。（3）静止补偿器静止补偿器又称可控静止无功补偿器，是一种动态无功补偿电源。其特点是将可控的电抗器与静电电容器并联使用，电容器可发出无功功率，可控电抗器则可以吸收无功功率，可以按照负荷变化情况进行调节，因而使母线电压保持稳定。它能快速、平滑地调节电压，运行维护方便，功率损耗小，对不平衡的负荷变化可以作到分相补偿，对冲击负荷的适应性较强，我国500KV变电站大都安装了静止补偿器。另外，对于目前一些离电厂较近的500KV的变电站，由于500KV进线线路充电功率较大，使得这类变电站主变压器的一次电压较高，为了使二次侧的电压符合要求，仅靠调

45、整变压器分接开关有时很难奏效，因此通常会在二次侧母线上并联一些分组的电感线圈，以便根据电压的波动，适当增加无功功率和电压的损耗，达到降压的目的。3.1.3改变线路参数R和X的方法调压电压损耗可近似为电压降的纵向分量： （3.2）从上式可知，在输送功率一定时，改变参数R和X的大小，可以改变电压损耗，起到调压作用。（1）用串联电容补偿线路参数的方法调压在高压电网中，通常电抗X比R大得多，用串联电容的方法，改变线路电抗以减小电压损耗。对于负荷功率因数低、输送功率较大、负荷波动大、导线截面较大的线路，串联电容器调压，效果尤其显著。（2）按允许电压损耗选择导线截面在低压电网中，用户很多又很分散，容量又不

46、大，且导线截面较小，电压损耗中PR/U分量所占的比重较大，并联补偿和串联补偿不仅不经济，且均受到限制，对于这种电网，改变导线电阻将取得一定的调压效果。因此在低压电网的设计和建设中，按照规定的允许电压损耗，选择适当的导线截面，是保证用户电压质量的重要措施之一，随着农网改造二期工程的进行，这一措施得到了很大程度的落实，农网中，因导线截面小造成线路功率和电压损耗大的状况得到了很大程度的改善。（3）用串联电感线圈增加线路无功功率和电压损耗的方法调压对于一些输电距离远、输送功率大的500KV线路，由于线路的充电功率较大，整个线路呈现容性，功率因数高，使线路末端的电压很高，这时通常采用在线路上串联电感线圈

47、的方法，吸收线路上过剩的容性无功，增加电压损耗，以达到调压的目的。辅助性调压措施通过变更发电机的励磁电流改变发电机的端电压来调整电压这种方法一般可在额定电压的±5%范围内调节电压。对孤立电厂直接供电的小型电网，因线路不长，其电压损耗不大，故改变发电机电压就可满足用户的电压质量要求。但对多级变压的供电范围大的系统，仅借发电机调压一般不能满足要求。4电网的无功补偿与电压调整将电抗器、电容器、同步调相机和调压变压器等装置接入电网中，以改善功率因数、调整电压及起到补偿参数等作用。电网无功补偿的基本原则是：按电压分层，按电网分区，就地平衡，避免无功功率的远距离输送，以免占用线路输送容量和增加有

48、功损耗。4.1 输电网的无功补偿与电压调整 输电网多数无直供负载，一般不为调压目的而设置无功补偿装置。参数补偿多用于较长距离的输电线路，有串联补偿（又称纵补偿）与并联补偿（又称横补偿）之分。电压支撑则多用于与地区受电网络连接的输电网的中枢点。 4.1.1 电抗器补偿 电抗器是超高压长距离输电线路的常用补偿设备，用以补偿输电线路对地电容所产生的充电功率，以抑制工频过电压。电抗器的容量根据线路长度和过电压限制水平选择，其补偿度（电抗器容量与线路充电功率之比）国外统计大多为7085，个别为65，一般不低于60。电抗器一般常设置在线路两端，且不设断路器。 4.1.2 串连电容补偿 串联电容用来补偿输电

49、线路的感抗，起到缩短电气距离提高稳定性水平和线路的输电容量的作用。串联电容器组多为串、并联组合而成，并联支数由线路输送容量而定，串联个数则由所需的串联电容补偿度（串联电容的容抗与所补偿的线路感抗之比）而定。串联电容补偿一般在50以下，不宜过高，以免引起系统的次同步谐振。输电网中因阻抗不均而造成环流时，也可用串联电容来补偿。日本在110kV环网中就使用了串联电容补偿。 4.1.3 中间同步或静止补偿 在远距离输电线路中间装设同步调相机或静止补偿装置，利用这些装置的无功调节能力，在线路轻载时吸收线路充电功率，限制电压升高；在线路重载时发出无功功率，以补偿线路的无功损耗，支持电压水平，从而提高线路的

50、输送容量。中间同步或静止补偿通常设在线路中点，若设在线路首末端，则调节作用消失。 输电网的电压支撑点与调压输电网与受电地区的低一级电压的电网相联的枢纽点，常设置有载调压变压器或有相当调节与控制能力的无功补偿装置，或者二者都有，以实现中枢点调压，使电网的运行不受或少受因潮流变化或其他原因形成的电压波动的影响，在电网发生事故时起支撑电压的作用，防止因电网电压剧烈波动而扩大事故。 电压支撑能力的强弱，除与补偿方法和补偿容量大小有关外，更与补偿装置的调节控制能力和响应速度有关。并联电容器虽是常用而价廉的补偿设备，但其无功出力在电压下降时将按电压的平方值下降，不利于支撑电压。大量装设并联补偿电容器反而有

51、事故发生助长电网电压崩溃的可能性。采用同步调相机和静止无功补偿装置辅以适当的调节控制，是比较理想的支撑电压的无功补偿设备。近年来，国内外均注重静止补偿装置的应用。 4.2 配电网的无功补偿与电压调整 以相位补偿和保证用户用电电压质量为主。 4.2.1 相位补偿亦称功率因数补偿 用电电器多为电磁结构，需要大量的励磁功率，致使用户的功率因数均为滞相且较低，一般约为0.7左右。励磁功率滞相的无功功率在配电网中流动，不仅占用配电网容量，造成不必要的损耗，而且导致用户电压降低。相位补偿是以进相的无功补偿设备（如并联电容器）就近供给用户或配电网所需要的滞相无功功率，减少在配电网中流动的无功功率，降低网损，

52、改善电压质量。中国对大电力用户要求安装无功补偿装置，补偿后的功率因数不得低于0.9。 4.2.2 电压调整 为保证用电电器有良好的工作电压，避免受配电网电压波动的影响，配电网需要进行电压调整。配电网电压调整的措施包括：中心调压、调压变压器调压和无功补偿调压。 （1)利用地区发电厂或枢纽变电所进行中心调压 这种措施简单而经济方便，但它只能改变整个供电地区的电压水平，不能改善电压分布。当供电地区的地域比较广阔、供电距离长短悬殊时，中心调压措施往往不能兼顾全区，有顾此失彼的缺点。 （2)调压变压器调压 可弥补中心调压方式的不足，进行局部调压。调压变压器有有载调压变压器、串联升压器和感应调压器三种。有

53、载调压变压器与感应调压器一般用于特定负荷点，串联升压器则用于供电线路。 调压变压器的调压作用是靠改变电力网的无功潮流来实现的。它本身不仅不产生无功功率，而且还因本身励磁的需要而消耗无功功率。当电网的无功电源不足时，调压变压器的调压效果不显著。相反地，若调压变压器装设过多，将加重配电网的无功功率消耗，拉低全网电压水平，增大网损，降低并联电容器的无功出力，严重时有可能造成恶性循环的趋向。 （3)无功补偿调压 由于增加了电力网的无功电源，能起到改善电网电压的作用。装设于变电所内的无功补偿装置，还可采用分组投切的办法，对供电地区实行中心调压。 串联电容补偿，可用于配电网中进行局部调压。距离较长的重载线

54、路，使用串联电容补偿，效果较好。因其调压作用是由线路滞相电流流过串联电容而产生的电压升高来实现的。故线路负载愈重，功率因数愈低，串联电容补偿调压的作用愈显著。这种调压作用随线路负载的变化而变化，具有自行调节的功能。串联电容器所产生的无功功率，也增加了电力网的无功电源，可改善电力网的电压水平。串联电容能使线路受端的电动机产生自励磁现象，在设计、使用时，需采取预防措施。 （4）调压变压器调压 可弥补中心调压方式的不足，进行局部调压。调压变压器有有载调压变压器、串联升压器和感应调压器三种。有载调压变压器与感应调压器一般用于特定负荷点，串联升压器则用于供电线路。 调压变压器的调压作用是靠改变电力网的无

55、功潮流来实现的。它本身不仅不产生无功功率，而且还因本身励磁的需要而消耗无功功率。当电网的无功电源不足时，调压变压器的调压效果不显著。相反地，若调压变压器装设过多，将加重配电网的无功功率消耗，拉低全网电压水平，增大网损，降低并联电容器的无功出力，严重时有可能造成恶性循环的趋向。 （5）串联电容补偿调压 串联电容补偿可用于配电网中进行局部调压。在距离较长的重载线路，因其调压作用是通过线路滞相电流流过串联电容而产生的电压升高来实现的。故线路负载愈重，功率因数愈低，串联电容补偿调压的作用愈显著。这种调压作用随线路负载的变化而变化，具有自行调节的功能。（6）利用调整变压器分接头调压改变变压器的变比可以升高或降低次级绕组的电压。它分两种方式，即无载调压和有载调压。1)无载调压，所谓无载调压，即是不带负荷调压，这种调压必须在变压器断开电源之后停电操作，改变变压器分接头，达到调整二次电压的目的。因为无载调压时需要停电，所以这种调压方式适用于季节性停电的变（配）电站。由于不能根据负荷变化，灵活调节电压，故许多城市电网对110