第二章 无功补偿规划和无功补偿优化

第一节 无功补偿规划和无功补偿设备

一、无功补偿规划1.规划的目的和要求

在电力系统中先天性地存在着大量的无功负荷，这些无功负荷来自电力线路、电力变压器及用户的用电设备。系统运行中大量的无功功率，将降低系统的功率因数，增大线路电压损失和电能损失，严重地影响着电力企业的经济效益。解决这些问题的一个有效方法就是进行无功补偿，同时，在现代电力企业中，功率因数是考核配电网运行的重要指标，为达到考核指标，必须结合本地区的具体情况，进行无功补偿的规划，其规划的目的如下：

（1）保证规划地区的无功平衡，维持电力系统的无功稳定。

（2）提高地区电网电压的质量，使地区电网无功、电压优化运行。

（3）提高功率因数，改善地区电网的电能质量和提高电力企业的经济效益。

（4）合理地确定无功补偿方式、无功补偿容量、无功补偿的安装地点，使补偿效果达最佳。

（5）防止过补偿引起发电机自励磁。2.无功补偿设备规划配置要求

（1）无功补偿应按照分层分区和就地平衡的原则，采用分散和集中相结合的方式，并能随负荷或电压进行调整，保证配电网枢纽点电压符合现行国家标准《电能质量供电电

压偏差》（GB/T12325）和《并联电容器装置设计规范》（GB50227）的有关规定。

（2）配电网中无功补偿应以容性补偿为主，在变、配电站装设集中补偿电容器；在用电端装设分散补偿电容器；在接地电容电流较大的电缆网中，经计算可装设并联电抗器。

（3）并联电容补偿应优化配置，宜自动投切。变电站内电容器的投切应与变压器分接头调整协调配合，使母线电压水平控制在规定范围之内。高压变电站和中压配电站内电容器应保证高峰负荷时变压器高压侧功率因数达到0.95及以上。

（4）在配置电容补偿装置时，应采取措施合理配置串联电抗器的容量。由电容器投切引起的过电压和谐波电流不应超过规定限值。

二、无功补偿设备

（1）同步发电机。同步发电机是电力系统中唯一的有功电源，同时也是无功的基本源。

（2）同步电动机。同步电动机功率因数可以超前运行，在工、农业生产中，凡是不要求调速的生产机械，诸如鼓风机、水泵等，在经济条件合适的情况下，应该尽量选用同步电动机拖动。

（3）异步电动机同步化。异步电动机同步化是指线绕式异步电动机，在启动至额定转速后，将转子用直流励磁，使其作为同步电动机使用，在这种运行方式下，异步电动机如同电容器一样，从电网吸收容性无功功率。

（4）电力电容器。在配电网中电力电容器是应用最为广泛的无功补偿设备，其原因是电力电容器是静止的无功补偿设备，因此其安装、运行、维护都比上述设备简单。

（5）电抗器补偿。其是高压长距离输电线常用的补偿设备，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的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70%～85%，个别的为65%，一般不低于60%。电抗器一般设置在线路两端，且不设断路器。

（6）串联电容补偿。串联电容用来补偿输电线路的感抗，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。

（7）晶闸管动态补偿器。晶闸管动态补偿器是近年来才发展起来的无功补偿装置，它以晶闸管为主要工作部件，由于其具有开关速度快、连续调节无功功率等优点，在配电网中，尤其是在低压配电网中应用得比较广泛。

三、无功补偿的容量、地点及补偿方式

在应用电容器进行无功补偿时，在电网中要安装并联电容器。这些设备可抵偿感性负荷所消耗的部分无功功率，从而降低线路的电能损耗并提高系统的功率因数，改善电网的运行条件和电能质量。

在进行无功补偿配置时，实际上包含两个方面的内容：补偿安装地点及补偿方式的确定；补偿容量的配置。

（1）集中补偿通常指装设于地区变电所或高压供电用户降压变电所母线上的高压电容器组，也包括集中装设于电力用户总配电室低压母线上的电容器组。其优点是易于实现自动投切，利用率高，维护方便且事故少；减少配电网、用户变压器及专供线路的无功负荷和电能损耗。

（2）分组补偿一般装设于线路上的配变低压侧。

（3）随机补偿是将低压电容器组与电动机并接，通过控制、保护装置与电机同时投切。

（4）随器补偿是将电容器接在变压器二次侧，以补偿配电变压器空载无功。

（5）跟踪补偿是指将低压电容器组补偿在大用户0.4kV母线上的补偿方式。补偿电容器的固定连接组可起到相当于随器补偿的作用，补偿用户自身的无功基荷；可投切连接组，用于补偿无功峰荷部分。投切方式分为自动和手动两种。一般地，用户负荷有一定的波动性，故推荐选用自动投切方式，采用无功补偿自动投切装置。此种装置可较好地跟踪无功负荷变化，运行方式灵活，运行维护工作量小。

考虑到电机投运的不同时率和单台电机补偿容量的限制等因素，对于较大的工业企业

用户，采用跟踪补偿比随机、随器补偿能获得更好的补偿效果，而且不需要提高补偿度，并可适当调整各组电容器的运行时间，使其寿命相对延长，从而降低电器的购置更新费用。但是，跟踪补偿所需的自动投切装置较随器、随机补偿的控制保护装置复杂，功能更完善，初投资也大一些。

四、自动投切装置的选择

自动投切装置的选择应特别注意其性能和质量。必须满足以下五个条件：

（1）能根据无功负荷的变化自动投切电容器组，使功率因数保持在0.95以上且不过补偿。

（2）能实现电容器组自动循环投切，使电容器、接触器使用概率接近，延长使用寿命。

（3）元器件性能稳定可靠，受环境影响小，便于维护。（4）具有过电压保护功能。

（5）在轻负荷时，不会引起电容器组投切振荡现象。

投切振荡现象是指在分组自动投切电容器时，未投入某一组电容器，其功率因数低于给定的下限，而投入后又高于其上限，于是在自控器的作用下反复进行投切。