摘要：随着电力系统的不断更新，无功补偿已成为维护电力系统正常运行的重要举措。它可通过自动化控制装置降低变压器功率损耗，以保证用户电能和功率充足，同时减少输电线路与变电站的电能损耗，保证用电稳定。由于这种自动化控制装置的高可靠性和高利用率，其成为了无功补偿最有效的措施。本文就变电一次设计及无功补偿设计进行分析，以供大家参考。
关键词：变电一次设计；无功补偿设计
1无功补偿的基本概念
无功补偿的基本原理是能量的交换，感性负载吸收无功功率，容性负载发出无功功率，无功功率相互抵消。一般都是在具有感性负载的电路中加入无功补偿装置，来提高功率因数。无功补偿有多种分类方法。例如：根据调节速度和性质，可以分为静态补偿和动态补偿；根据投切方式的差异，分为延时投切、瞬时投切和混合投切；根据不同的安装位置，分为集中补偿、分散补偿和就地补偿[1]。目前来看，经典的静止无功补偿器（SVC）已经发展较成熟。静止无功发生器（SVG），因其复杂的控制方式和良好的性能，也在逐渐发展和应用中。静止同步补偿器（STATCOM）是当今新型的无功补偿装置，并联在电路中可以吸收或发出无功功率以改善电网性能，但其控制策略尤其复杂，更重要的是价格较贵，所以其实际应用还较少。
2变电一次设计中的无功补偿设计要点
2.1无功补偿在变电设计中的重要性
（1）降低设备容量，提高供用电系统和负载的功率因数，减少供电变压器以及输送线路的功率损耗。
（2）稳定用电侧电压，改善电能质量。在远距离输电线中合适的地点装设无功补偿装置还可以提髙供电系统的稳定性，提高供电能力。
（3）在某些三相不平衡负载场合，合理的无功补偿不但可以平衡三相的有功功率，还可以平衡无功负荷。
2.2变电一次设计中无功补偿的设计原则
无功补偿应按全面规划、合理布局、分级补偿，就地平衡的原则确定最优的补偿容量和分布方式，具体内容如下：
（1）局部与总体的无功平衡相结合原则，但是以局部的无功平衡为主。同时满足整个电网大的无功平衡，以及线路和变电站等局部设备所含范围的无功平衡。
（2）低、高压补偿相融合原则，其中以低压补偿为主。
（3）固定、动态补偿相搭配原则。如今的电力系统，电力用户的负载类型变的更为多样和复杂，电网对于无功补偿搭配使用的要求也越变越苛刻，因此纯粹的固定式补偿方式已经达不到现阶段的配置要求，而全新的动态补偿技术的出现，一定能更好地适应当今社会负载的多样化转变。
（4）集中和分散补偿相配合的原则，主要是以分散补偿优先考虑。为适当的降低线损，无功功率在哪里产生，就在哪里补偿，具体说来，就是既要在变电站采用大容量集中的补偿方式，还要在配网和用户处采取分散补偿，这样才能达到无功功率的就地平衡，减少因其长距离送电而造成的损耗。
（5）分相补偿与三相共同补偿相配合。用户诸如电灯、电子器件等家用电器都是采取的两相供电，因此电网里面负荷三相不平衡的状况变得越来越普遍，三相共补已经无法应对三相不平衡的产生，而过多的使用单相补偿方式的成本会很大。所以，应结合负荷来合理考虑经济性的共补、分补相融合的方法。
（6）电力系统整体补偿与用户局部补偿相结合。据测算，无功功率大约接近一半都损耗在配网中，剩下的部分基本在用户的用电设备中损耗，若整体和局部无法完美的搭配，会引起轻负荷或空载时的过补偿，或是满载时的欠补偿，这会让补偿失去其功能，甚至达到反效果。所以说，为了尽可能地实现就地补偿，降低无功在电网中输送的损耗，必须将两种补偿配合使用。
（7）快速跟踪补偿和稳态补偿相配合。主要是针对用电大户而言，包括重工业在内的大企业进行充分高效的无功功率的补偿，不仅可以减小损耗，而且可以发挥设备全部的能力，提高经济效益。
（8）调压和降损相配合。针对一些输电线路分布比较长、线路的支线比较多和杂、输送负荷位置比较分散的线路。对其进行比较合理的补偿，以降低损耗为主，调压为辅助，可以显著的达到提高线路输电能力的目的。
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2.3变电一次设计中无功补偿的容量配置
变电一次设计中无功补偿的容量配置是无功补偿的重要组成部分。变电站无功补偿容量的配置的主要原则：第一，变电站无功补偿容量应根据线路及主变压器的负荷系数以及主要变化参数来实现。第二，理论计算避免反应回流，计算值必须大于实际补偿容量；第三，无功补偿容量应根据主变压器容量配置，例如，供配电系统中配电变压器的无功补偿装置容量，应按配电变压器最大负载率在75%且负荷自然功率因数在0.85以上进行考虑，且经无功补偿后到配电变压器最大负荷工况时其高压侧功率因数不应小于0.95，或按照配电变压器容量的20%~40%进行无功补偿容量配置。
具体而言，设计人员应该结合变电站具体的用电情况，对变电站的供电量进行了解，结合数据进行分析，从而对无功补偿的容量进行计算，确保无功补偿的容量与变电站实际的供电量协调起来。如此一来，变电站设备的寿命会延长，在一定程度了提升了电力企业的经济效益，而且整个输电设备和线路的耗电量可以得到控制。
2.4变电一次设计中无功补偿点的确定
合理设置补偿点能提高补偿效果，降低损耗，达到节能效果。根据电力系统运行的特点，当电网负荷达到一个临界值时，电网电压就会接近崩溃，而无功裕度指的是静态电压稳定时，电力系统运行点距离临界崩溃电压点的电气距离。实践证明，无功补偿容量与无功裕度两者是负相关的关系，也就是说当无功裕度越高，无功补偿容量就越小，反之，无功裕度越低，则无功补偿容量就越大。通过准确计算无功裕度值的大小，可以找出电力系统最需要进行无功补偿的点[2]。其中，电力系统中无功裕度值的计算方法包括：（1）根据电力系统结构及线路的参数特点，准确计算出电网潮流，从而得到电力系统中各节点的电压和功率；（2）准确计算出静态电压稳定时，两个功率园的半径和圆心之间的距离；（3）根据电网拓扑结构，结合无功裕度的计算方法，准确计算出电网中各节点的无功裕度值；（4）在电力系统中各节点无功裕度值计算过程中，应该按照“由小到大”的顺序对无功裕度值进行排列，并以此为根据采取相应的无功补偿措施。
2.5变电一次设计中无功补偿方式和装置的选择
无功补偿是随时可以发生的，线路中或系统运行中哪里有需要，无功补偿技术就会改善需要对象所处的变电环境，使电压得到平衡，功率因数得到提高。不同对象所使用的无功补偿技术装置和方式有所差异。
在选择补偿方式时，要具体情况具体分析，比如对于就地补偿方式来说，虽然针对性较强，对无功功率流动变化比较大的对象能起到有的放矢的作用，但就是因为针对性太强，所以其普适性很差，不能适用于所有的系统设备或线路，这就不利于管理和维修了，在安装起来也比较麻烦，后期运行也不能保证其安全性。分组补偿方式虽然比较集中，但相对就地补偿而言，普适性比较差。集中补偿方式相比前两种，不仅可以借助电容器来满足所有设备的无功补偿需求，还可以对系统的无功功率进行自动调整，这就使得电压变化后的无功功率总是处于平衡状态，其他的负面影响也不会发生。
在选择补偿装置时，也要具体情况具体分析，调相机是较为常用的补偿方式，而且融入了自动调节装置，补偿效果强，能进行自动调节，但调相机应用也存在一定局限性，由于调相机属于旋转机械，有功损耗太大，会导致供电成本的增加，并不适合大规模应用。并联电容器目前应用最广泛，效果好，能有效达到线路及感性负荷对感性无功功率的要求，而且并联电容器只需一次性投资，且损耗低，成本低，容易实现，安装方便。目前我国百分之九十的电力工程中应用并联电容器进行无功补偿。此外，电抗器也发挥着重要作用，是早期的无功补偿装置，能有效降低损耗，使电力系统保持无功平衡，能有效保证电力系统运行安全。但电抗器的容量小，不适合大工程，应用范围上存在一定局限性。静止无功发生器是目前最先进无功补偿方式，应用了自变换变流技术和智能控制技术及自动化技术，使用全控制器件，是第三代无功补偿装置，响应速度快，灵敏度高，接收信号后即可立即完成指令，发送到控制仅需半周波，而且系统产生的数据易于保存与维护，能实现无触点补偿和有触点补偿，并且结构简单，灵活性强，非常值得在电力设计中应用，但投资成本较高。
不同的无功补偿方式和装置有着不同特点和优势，所以在具体设计中必须合理选择，科学设计，确保补偿效果，保障电力系统运行安全。
3.结束语
近年来，人们的日常生产生活，对电力系统运行稳定性提出了更高的要求，在这种情况下，积极加强变电一次设计与无功补偿设计研究势在必行。在无功补偿设计中，要明确实际用电情况，合理设置补偿点，采用均匀分布分析法进行分析，选择适合的补偿方案和方式。
参考文献：
[1]张秋莉.变电一次设计及无功补偿设计分析[J].中国新技术新产品，2016，01：76.
[2]张志强，苗友忠，李笑蓉等.电力系统无功补偿点的确定及其容量优化[J].电力系统及其自动化学报，2015，27（3）：92-97.
论文作者:许井峰
论文发表刊物:《河南电力》2018年12期
论文发表时间:2018/12/3
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