摘要：在我国，电力供应系统处于一种可靠、稳定的发展状态，特别是进入21世纪之后，供电网络的覆盖面积和建筑设计规模一直在增加，但是因为受到了我国国民经济发展环境、水资源环境、地理因素环境的影响，导致我国国内电厂建筑设计出现了供电不良、分布不均的不良现象，我国相关电力负责领导人为了解决这个问题，通过采取各种有效措施，来克服供电网络出现的供电不良、分布不均的现状，进而提高供电网络中电能的传输效率与质量，为人民用电质量提供有力保障、减少供电网络的线路损耗、维持供电网络的稳定可靠运行。而对于现阶段国内电力供应系统基本现状而言，当务之急就是对变电设计中无功补偿装置的设计方式展开深入性、探索性的研究，无功功率传送对供电网络的电量和电压以及损耗的功率都有着极其显著的影响效果。本文主要由无功补偿的概念和原理入手，针对变电设计中无功补偿装置的设计方式展开论述。
关键词：变电设计；无功补偿；设计方式
1 无功补偿的相关概念和原理
无功补偿是对无功功率补偿的简称，在供电系统中，主要功能是提高电网的功率因数，降低供电变压器以及输电线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。因此，无功补偿装置在电力系统中可以说是不可或缺的。对无功补偿装置进行合理选择，可以有效减少电网损耗，提升供电质量，而如果选择不当，则可能导致电压波动、谐波增大等问题。在电网输出的功率中，包括了有功功率和无功功率两个部分，有功功率主要是直接消耗电能，将其转化为其他形式的能，如热能、机械能、化学能等，并利用这些能做功；无功功率则不直接消耗电能，同样是将电能转化为另一种形式的能，这种能是电气设备做功的必备条件，同时可以在电网中实现与电能的周期性转换。而无功补偿的基本原理，是将具有容性功率负荷的装置与具有感性功率负荷的装置在同一个电路上实现并联，使得能量可以在两种负荷之间相互流通，从而利用容性负荷输出的无功功率，对感性负荷所需要的无功功率进行补偿。
2 无功补偿在电力系统中的重要作用
在电力网络系统中，减少电压以及有功功率的消耗是无功补偿的主要目的。想要对供电网络的供电环境和供电质量进行良性改变，就要通过局部有效无功补偿的方式，无功补偿装置的主要作用体现在以下几个方面：①在供电网络正常的运作下，有效的减少对传输线路和供电设备的消损以及对电量的消耗，提高供电设备的工作能力和输送电线的传输能力，节约成本；②有想提高供电设备的工作能力和输送线路的传输效率，提高传输过程的工作效率，减少传输过程的能量损耗；③在减少传输过程电量损耗的基础上降低传输成本，促使我国电力网络系统可靠、稳点的持续发展下去。
3 变电设计中无功补偿装置的设计
3.1 电容器设计
电容器设计也是变电设计中无功补偿装置设计的一种常见方式，电容器无功补偿设计，就是在电网中并联电容器，从而实现容性负载提升，这样电网系统在进行容性功率吸收或者输出时，就可以更好的实现线路中感性负荷方面的无功要求，进而实现最佳的无功补偿效果。同时利用电容器进行无功补偿设计，投资费用比较少，并且调试方便，既可以集中式的进行使用，也可以分散性的进行设置，因此此种设计当时的灵活性是比较好的。由于电容器无功补偿设计具有如此多的优势，因此有数据调查显示，在我国已经有90％的电网系统利用电容器设计进行无功补偿。
3.2 无功补偿器（SVC）
无功补偿器，也就是静止无功补偿器，属于第二代无功补偿装置，其应用的地方有输电系统的波阻补偿以及负载无功补偿。其实际代表有固定电容器+晶闸管控制电抗器（FC+TCR）、晶闸管投切电容器（TSC）、晶闸管投切电抗器（TCR）。TCR 结构的无功补偿器其无功补偿的原理是利用控制晶闸管触发角，将接入系统的等效电纳进行改变，从而使系统中无功功率的输出得到调节。 但是这种装置存在一个问题：因为晶闸管具有班控的特性，如果被触发导通，那么只有等其流经的电流低于维持电流之后才会关断。
3.3 静止无功发生器（SVG）
随着社经济发展,科技不断进步,电力技术水平显著提升,在电力系统日常工作运行中开始广泛运用静止无功补偿装置,此类装置对应运用的线路为自变换变流,实质性意义在于静止无功发生器（SVG）,同时其又可被称作是静止同步补偿器,属于三代无功补偿装置。静止无功发生器（SVG）一般采用的是全控制器件,进而能够针对其交流上电压相位随便展开控制,就算是交流上电压幅值能够受到直流上电压幅值的直接影响,但是依然能够基于限定范围中实现合理化控制。所以说,基于交流上电压幅值与相位的控制运用,会使之发生变化,即为,能完成交流上电流相位超过或落后电网电压相位900,使得无功功率吸收以及输出成效被全面实现。若是能够把无功发生器自身形成损耗问题忽略掉,那么则没有与系统有功交换,仅存在无功交换,直流上电容电压处于保持不变状态。
4 变电设计中无功补偿装置的设计方式
理论上，最佳的无功补偿方式，就是哪里需要哪里补偿，可以使得电力系统中不再出现无功电流。但是在电网的实际运行中，这种理想方式不具备相应的可行性，因为无论是输电线路、变压器又或者其他电力设备，对于无功都有或多或少的需求。因此，在电力网络中，无功补偿方式主要包括以下几种：第一，在变电所中，选择母线相对集中的位置，安装相应的并联电容器组；第二，在高低压配电线路的适当位置，分散安装并联电容器组；第三，在配电变压器低压侧及用户侧配电屏位置，安装并联电容器组。一般来讲，在变电设计中，第三种方式是比较常见的无功补偿方式。这里从无功补偿的容量配置方面，对变电设计中无功补偿装置的设计进行分析和讨论。
在变电设计中，通过设置相应的电容器装置，可以有效降低无功功率在线路中的传递，减少线损，改善电能质量以及输变电设备的运行效率。在实际应用方面，需要结合相关技术导则的规定，确保无功补偿容量配置的合理性和准确性。在对电压等级低于 220kV 的变压器低压侧进行无功补偿时，首先，如果负荷相对较小，则如果配电倒送无功，则可能会导致功率损耗的增大，缺乏经济性，需要尽量避免；其次，功率因数越高，则单位补偿容量所带来的降损效果也就越低，针对这种情况，应该讲功率因数设置为0.95，以确保节能效果的最大化。同时，在对无功补偿装置的容量进行配置时，可以将其容量定位变压器容量的 0.125 倍；然后，无功补偿装置作为电力系统中重要的节能设备，需要消耗大量的资金，因此，在对其进行设计时，应该充分考虑各方面的因素，严格遵循“宁欠不过”的原则，即可以欠补，但是不能过补，以避免无功倒流，同时理论计算值应该大于实际补偿容量；最后，每一组电容器的补偿量，都应该以对应主变压器容量为依据来确定，不能为了图方便而平均分配。
对于无功补偿容量的计算是无功补偿装置设计的关键环节，应该按照相应的步骤和流程，结合相关技术导则，针对不同型号、不同低压侧功率因数、不同负载率的配电变压器，计算出相应的无功补偿装置容量比。需要计算的数据包括低压侧的有功功率和无功功率、变压器自身的功率损耗、高压侧的有功和无功功率以及功率因数等，最终得出高低压侧的补偿容量。这里针对S11系列（30-1600kVA）的配电变压器进行计算，可以得到不同负载率情况下，需要补偿的容量占据变压器额定容量的百分比，其结果如下表所示：
可以看出，在进行无功补偿容量配置时，如果低压侧功率因数小于0.6，则容量为变压器容量的20-70%；如果功率因数在0.6-0.8，则容量为变压器容量的 15-60%；如果功率因数在 0.8-0.85，则容量为变压器容量的 10-35%。
总之，在变电设计中，做好无功补偿装置的设计，合理确定补偿容量，可以有效降低线损，提高供电质量，进而推动电力行业的稳定健康发展，需要相关电力技术人员的充分重视。
参考文献：
[1]罗福强.浅谈变电设计中的无功补偿[J].中国高新技术企业,2014(31):120-121.
[2]朱承志.变电设计中的无功补偿分析[J].科技创新与应用,2017(29):134.
论文作者:胡玲华
论文发表刊物:《基层建设》2019年第21期
论文发表时间:2019/10/16
标签：功率论文; 装置论文; 容量论文; 电容器论文; 变压器论文; 功率因数论文; 电网论文; 《基层建设》2019年第21期论文;