無功功率補(bǔ)償，簡稱無功補(bǔ)償，在電子供電系統(tǒng)中起提高電網(wǎng)的功率因數(shù)的作用，降低供電變壓器及輸送線路的損耗，提高供電效率，改善供電環(huán)境。所以無功功率補(bǔ)償裝置在電力供電系統(tǒng)中處在一個(gè)不可缺少的非常重要的位置。合理的選擇補(bǔ)償裝置，可以做到最大限度的減少網(wǎng)絡(luò)的損耗，使電網(wǎng)質(zhì)量提高。本文首先對(duì)供配電網(wǎng)無功補(bǔ)償原則以及方式進(jìn)行探討，并結(jié)合案例進(jìn)行分析探討。

  無功補(bǔ)償?shù)脑恚喊丫哂腥菪怨β守?fù)荷的裝置與感性功率負(fù)荷并接在同一電路，當(dāng)容性負(fù)荷釋放能量時(shí)，感性負(fù)荷吸收能量，而感性負(fù)荷釋放能量時(shí)，容性負(fù)荷吸收能量，能量在兩種負(fù)荷之間交換。這樣，感性負(fù)荷所吸收的無功功率可從容性負(fù)荷輸出的無功功率中得到補(bǔ)償，這就是無功補(bǔ)償?shù)脑?。SVC、SVG均屬無功補(bǔ)償裝置，是將具有容性功率的負(fù)荷裝置與具有感性功率的負(fù)荷同時(shí)并聯(lián)在同一電路中，當(dāng)供配電系統(tǒng)中容性負(fù)荷釋放能量時(shí)，則啟動(dòng)無功補(bǔ)償裝置的感性負(fù)荷來吸收系統(tǒng)中的能量;當(dāng)感性負(fù)荷釋放能量時(shí)，則啟動(dòng)無功補(bǔ)償裝置的容性負(fù)荷吸收能量，進(jìn)而確保供配電系統(tǒng)中的容性和感性分量始終維持平衡，以改善供配電系統(tǒng)中供電質(zhì)量水平。

  一、供配電網(wǎng)無功補(bǔ)償原則及方式

  1、無功補(bǔ)償原則

  《國家電網(wǎng)公司電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償配置技術(shù)原則》中明確規(guī)定：供配電系統(tǒng)中配電變壓器的無功補(bǔ)償裝置容量，應(yīng)按配電變壓器最大負(fù)載率在75%且負(fù)荷自然功率因數(shù)在0.85以上進(jìn)行考慮，且經(jīng)無功補(bǔ)償后到配電變壓器最大負(fù)荷工況時(shí)其高壓側(cè)功率因數(shù)不應(yīng)小于0.95，或按照配電變壓器容量的20%～40%進(jìn)行無功補(bǔ)償容量配置。

  2、供配電系統(tǒng)無功補(bǔ)償方式

  (1)變電站集中無功補(bǔ)償方式。在變配電站進(jìn)行集中無功補(bǔ)償，主要是通過合理的無功補(bǔ)償以改善輸配電線路的功率因數(shù)，無功補(bǔ)償裝置通常設(shè)置在變配電站的10kV母線上，并采用有載調(diào)壓接頭來合理調(diào)節(jié)供配電系統(tǒng)電壓，以達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

  (2)配電變壓器低壓側(cè)集中無功補(bǔ)償方式。在配電變壓器低壓380V側(cè)采取無功集中補(bǔ)償方式，并結(jié)合微機(jī)控制等技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)幾十到幾百Kvar范圍的補(bǔ)償。此種補(bǔ)償方式比較適用于工廠、企業(yè)等專用變的無功補(bǔ)償，對(duì)于負(fù)荷類型較多、種類較繁雜的公用變而言，如在每臺(tái)變配電變壓器低壓側(cè)均設(shè)置無功補(bǔ)償裝置，則其設(shè)備綜合投資太大，無功補(bǔ)償經(jīng)濟(jì)效益性能不太理想。

  (3)電力用戶終端就地分散無功補(bǔ)償方式。在電力用戶終端采取低壓無功補(bǔ)償措施就地分散補(bǔ)償，能夠最大限度地降低供配電系統(tǒng)輸電線路損耗并維持系統(tǒng)供電電壓穩(wěn)定。在GB50052-2009《供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》中明確指出：對(duì)于容量較大、負(fù)荷較平穩(wěn)且頻繁使用的用電設(shè)備而言，宜采用無功分散就地補(bǔ)償方式，節(jié)能降耗效果好。

  二、供配電系統(tǒng)無功補(bǔ)償必須性分析

  例如某企業(yè)的空壓站配電一次系統(tǒng)，共三條6kV線路，分別為空壓站變電所6kV1#線、2#線、應(yīng)急進(jìn)線，電源均引自煉油總降變。其中，1#線和2#線經(jīng)阻燃電纜引至空壓配電一次系統(tǒng)的6kVI段母線和6kVII段母線上，采用1250A的高壓6kV斷路器進(jìn)行進(jìn)線線路保護(hù)，利用ATS自動(dòng)切換裝置實(shí)現(xiàn)1#線和2#線的相互投切，互為明備用。應(yīng)急進(jìn)線經(jīng)阻燃電纜引至空壓配電一次系統(tǒng)的6kV應(yīng)急段母線上，采用1250A的高壓6kV斷路器進(jìn)行進(jìn)線線路保護(hù)，并與應(yīng)急段正常進(jìn)線互為閉鎖狀態(tài)，正常采用I、II段母線供電，當(dāng)I、II段母線出現(xiàn)故障后，由6kV應(yīng)急進(jìn)線供電，確保一級(jí)負(fù)荷(空壓機(jī)K-101B/C1500PH/126A、熱水循環(huán)泵P-101C/D400kW/47.7A及低壓應(yīng)急變)的供電安全可靠性?？諌号潆娨淮蜗到y(tǒng)，按照單母線分段接線方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，中間加設(shè)母聯(lián)開關(guān)，I段母線、II段母線、應(yīng)急段母線分別引出一條6kV線路將電源給6/0.4KV，1250kVA，Dyn11的1#、2#變壓器，以及6/0.4kV，100kVA，Dyn11的低壓應(yīng)急變?？諌号潆娨淮蜗到y(tǒng)中有400kW/47.7A的高溫?zé)崴?、熱水循環(huán)泵、以及K-101A，1500PH/126A空壓機(jī)等6kV負(fù)荷，也有空壓機(jī)、水泵、照明配電箱等0.4kV負(fù)荷。據(jù)運(yùn)行統(tǒng)計(jì)資料表明，配電室6kV高壓側(cè)在負(fù)荷集中用電時(shí)段，高壓功率因數(shù)只有0.856，低壓功率因數(shù)只有0.84，整個(gè)配電室一次配電系統(tǒng)線損相當(dāng)高。由此，采取合適的無功補(bǔ)償方案改善空壓配電一次系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境，提高系統(tǒng)功率因數(shù)和供電可靠性，對(duì)空壓配電一次系統(tǒng)節(jié)能降耗研究具有非常重要的工程實(shí)踐應(yīng)用意義。

  三、供配電系統(tǒng)無功補(bǔ)償方案

  1、補(bǔ)償方案

  空壓配電一次系統(tǒng)中，高壓6kV主要為6kV異步電動(dòng)機(jī)負(fù)荷，而低壓0.4kV也多為0.4kV異步電動(dòng)機(jī)負(fù)荷和照明負(fù)荷，按照文章第1部分所述無功補(bǔ)償原則，采取高壓就地補(bǔ)償和低壓就地補(bǔ)償方案，6kVI段母線和II段母線分別補(bǔ)償300kVar無功容量，低壓0.4kV采用多組25kVar電容器組成兩面低壓無功補(bǔ)償柜進(jìn)行無功補(bǔ)償。低壓補(bǔ)償采用接觸器式控制，低壓補(bǔ)償采用都凱提rego控制器，采用1∶2∶2的投切方式，電容器采用三角形接法的干式電容器，電容器與電抗器相串聯(lián)后并入電網(wǎng);高壓電容采用Y形接法，經(jīng)高壓斷路器合閘后投后電網(wǎng)運(yùn)行;這樣采用6kV高壓和0.4kV低壓分別就地集中補(bǔ)償方式，能夠有效解決配電一次系統(tǒng)中負(fù)荷運(yùn)行可能引起輸電線路無功電流的增大、配電線路截面不匹配等問題。

  2、補(bǔ)償效果分析

  按照所描述的無功補(bǔ)償方案進(jìn)行盤柜設(shè)計(jì)安裝后，經(jīng)調(diào)試投運(yùn)后，按高低壓II段進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，空壓配電一次系統(tǒng)6kV和0.4kV側(cè)母線電壓畸變率得到有效控制，補(bǔ)償后總諧波畸變率分別為0.67%和0.53%，高壓6kV側(cè)功率因數(shù)由補(bǔ)償前的0.856有效升高到0.967，相應(yīng)設(shè)備利用率提高11.48%，此時(shí)高壓無功補(bǔ)償量為300kVar，所選300kVar補(bǔ)償柜能夠滿足實(shí)際運(yùn)行需求；低壓0.4kV側(cè)功率因數(shù)由補(bǔ)償前為0.84，投切第二組50kVar后，達(dá)到0.94，相應(yīng)設(shè)備利用率提高10.64%，所選0.4kV無功補(bǔ)償柜進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償經(jīng)濟(jì)效益較好。由此可以看出，采用無功補(bǔ)償裝置對(duì)空壓配電一次系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)升級(jí)改造后，高、低壓側(cè)電壓畸變率、線路損耗等均有較為明顯降低，系統(tǒng)功率因數(shù)、設(shè)備節(jié)電率等也有較大提高，空壓配電一次系統(tǒng)運(yùn)行節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益較好。