关于动态无功补偿技术

随着我国电力工业的迅猛壮大，电网逐步扩张，电力负荷增长很快，电网的经济运行日益受到重视。降低网损，提高电力系统输电效率和电力系统运行的经济性是电力系统运行部门面临的实际问题，也是电力系统研究的主要方向之一。

1 无功补偿的介绍

1.1 无功补偿的原理

电感和电容是两种性质相反的元件，供电系统中的用电设备大多是感性负载，用电容器补偿感性负载所需的无功功率，提高系统功率因数，称之为电容补偿，这也是无功补偿的原理。

1.2 无功补偿的意义

（1）补偿无功功率，可以增加电网中有功功率的比例常数。

（2）减少发、供电设备的设计容量，减少投资，例如当功率因数cos准=0.8增加到cos准=0.95时，装1kVar电容器可节省设备容量0.52kW；反之，增加0.52kW对原有设备而言，相当于增大了发、供电设备容量。因此，对新建、改建工程，应充分考虑无功补偿，便可以减少设计容量，从而减少投资。

（3）降低线损，由公式ΔP%=（1-cos准1/cos准2）×100%得出（其中cos准1为补偿前的功率因数，cos准2为补偿后的功率因数）。

补偿后，cos准2>cos准1，降低线损率，减少设计容量、减少投资，增加电网中有功功率的输送比例，都直接决定和影响着供电企业的经济效益。

1.3 电网中常用的几种无功补偿方式

（1）高压集中补偿是将高压电容器组集中装设在工厂变电所的6～10kV母线上。这种补偿方式只能补偿6～10kV母线前侧线路上的无功功率，母线后侧厂内线路的无功功率得不到补偿。因此变压器的视在负荷及变压器的损耗并没有少。所以这种补偿方式的经济效果比较差，但这种补偿方式的初期投资比较低，且便于集中运行维护，而且能对变电站高压侧的无功功率进行有效的补偿，以满足滨海供电公司对变电站总功率的基本要求。

（2）分组补偿是将低压电容器组集中装设在工厂变配电所的380V低压母线上。这种补偿方式能够补偿变电所、箱站低压母线前的变压器，高压配电线路及电力系统的无功功率。由于这种补偿能使变电所、箱站主变以前的视在功率减小，从而可使主变压容器容量选的较小，减少变压器运行的台数，经济效益较好。

（3）低压就地补偿，就是将并联补偿电容器组装设在需要进行补偿的用电设备组旁边。这种补偿方式能够补偿安装位置以前的所有高低压线路和电力变压器的无功功率，其补偿范围大，补偿效果好，经济效益佳。相比较而言，这种补偿方式投资较前两种大，但电容器组在补偿的用电设备组停机时也将一并被解除。

2 动态无功装置的应用

静止无功装置比动态无功装置的技术更加成熟，而且结构也更加简单，因此前者的应用范围较后者更广。目前动态无功装置在电力系统中的应用是十分广泛的，其主要优点包括：①提高系统的暂态稳定性，将动态无功装置安装在中长距离的输电电路中点能够有效的提高整个系统的暂态稳定性，同时还能为出现故障后的电机提供更多的减速面积；②有力的支持系统电压，避免电压崩溃，当系统出现了故障或当电流骤然增大的以瞬间，动态无功装置可以向系统提供瞬间的无功补偿来有效避免电压崩溃；③阻尼系统振荡，动态无功装置能够快速、平滑的对无功和电压进行调节，并且能够调制状态工作；④补偿不平衡负荷，当负荷出现不平衡情况时，动态无功装置能够对系统进行补偿，从而使得供电电流达到三相平衡，使单相负荷变成三相负荷而不会出现无功分量；⑤抑制负荷侧电压波动和闪变，校正功率因数。与此同时，动态无功装置还应用在了电气化铁路牵引变电所中，它很大程度上提高了其功率因数，而且还减少了变压器与输配电线路的损耗。除此之外，动态无功装置还应用在了煤矿中的提升机上，大大提高了电网质量，最大限度的降低了由于电压波动造成的不良影响。

3 效益分析

3.1 经济效益

3.1.1 降损节能

利用无功补偿提高功率因数可以降低线路损耗，达到节能的目的。目前，渤海石油矿区电网改造所需补偿的容量约为4340kVar，反应在6kV母线上可节省无功电流417A（4340/1.732/6），按有效利用率60%计算，可节省无功电流约250A。按照无功电流的通过所引起的三相线路有功损耗公式：

△P=△P1-△P2=3I12R×10-3-3I22R×10-3=3△I2R×10-3

计算，可得：△P=3×2502×R×10-3

改造部分影响6kV架空线路总长度约为4000m，截面积为120mm2，铝的电阻率p=0.0294Ωmm2/m，按照R=pL/S公式计算，得出：R=0.98

△P=3×2502×R×10-3=3×2502×0.98×10-3=183kW

即可节省有功功率：183kW

一年可节省电量：183×8×260=380640kWh

按平均电费1元/KWh计算，每年可节省电费约38万元。

3.1.2 节约电费开支

根据《功率因数调整电费办法》中规定，功率因数越高供电线路的功率损耗就越小，功率因数高于0.9以上的就减收电费，减收的百分比最高为1.25%，低于0.9的就加收电费，0.7～0.9之间的每少0.01就加收0.5%的电费，在0.65～0.7之间的每少0.01就加收1%的电费，0.64及以下每降低0.01就加收2%的电费。若功率因数达到0.95以上，将奖励基本电费与当月用电费用合计的0.75%，此次改造后，功率因数均能保证在0.95以上，以每年用电量7000万kWh为例，两座35kV变电站变压器容量合计为23300kVA，年外购电费为4780万元，滨海供电公司的补偿奖励金额约为30万元。

3.1.3 提高设备供电能力

根据表1中681回路的一组数据分析，如果该回路功率因数提高到供电局0.9的要求，那么变压器的平均负荷电流将减少15%，相当于变压器提高了15%的供电能力；如果功率因数提高到0.95，那么变压器的平均负荷电流将减少19%，相当于变压器提高了19%的供电能力，增大了变压器的出力，使设备容量不变的条件下，可以少送无功功率，多送有功功率。这样就能合理配置变压器容量，避免“大马拉小车”情况，减少因变压器配置容量过大而产生的相应变压器损耗，并可以延缓增容周期，从而减少企业费用支出，使供电部门及用电企业均受益。以35kV变电站增容5000kVA为例，若延缓一年增容，将节省基本电费102万元。

3.2 社会效益

无功功率的减少，不仅节约企业自身的电费开支，还减少了电网的线损和对上一级变压器容量的占用，产生的实际经济效益显着。而谐波污染的减少，不仅降低了对通讯、自动控制装置、电能计量和继电器保护的干扰，而且提高了电网的安全性能和供电质量，保证设备正常工作，有利于安全生产。

4 结 语

经过以上分析，动态无功补偿的应用很好地解决了电网质量问题，提高了功率因数，降低了运行成本，适用于工矿企业不断增长的用电现状，值得在工矿企业中推广应用。