低壓供電系統(tǒng)無功補償技術分析

高永健

（廣東電網汕頭南澳供電局有限責任公司，廣東 汕頭 515900）

0 引 言

無功補償即無功功率補償，作為供電系統(tǒng)中的一項重要技術，有降低輸送線路損耗、穩(wěn)定電壓及提高電網功率等優(yōu)勢。合理選擇無功補償技術，能有效降低電網系統(tǒng)損耗，提高電網運行效益。

1 低壓供電系統(tǒng)應用無功補償技術的作用

在低壓供電系統(tǒng)中，電氣設備與濾波補償和無功補償相結合，對系統(tǒng)的正常運行具有重要的意義。該技術能穩(wěn)定線路電壓、強化運行過程控制、提高傳輸效率和良好地控制諧波。

運用無功補償技術可減小電網電壓波動。在電力系統(tǒng)中，電能的損耗有兩個原因，即受電容與電感上的無功功率及電阻上的有功功率影響。一般情況下，在變壓器等效網絡以及規(guī)模較大的電網網絡中，電阻遠遠小于電抗[1]。因此電壓損失的大小和無功功率密切相關，而電壓損失和有功功率間的關系可以忽略。無功功率是電壓損失的重要原因，選擇和裝配無功補償設施，可直接影響到電網的電能質量。在配網系統(tǒng)運行中，無功傳輸會導致電壓不穩(wěn)定，增加線路的電能損耗。將適量的電容器并入無功負荷的集中部位可減小這種不良影響。電容器可對負荷點進行無功功率的就地補償，減少無功功率流入低壓供電系統(tǒng)，以此減少電能損耗，降低線路電壓損失。

提高電能質量。電能質量即是公用線路到用戶的電能傳輸質量，主要的衡量標準包括頻率、用戶方的電壓大小及電壓波形是否為正弦波等。因此，一個理想的電力系統(tǒng)應以恒定的頻率(50 Hz)和正弦波形為標準，按規(guī)定的電壓水平(標稱電壓)對用戶供電。在三相交流電力系統(tǒng)中，各相的電壓和電流幅值大小應相等，相位互差120°。

提高線路的傳輸能力。電力系統(tǒng)的視在功率決定了線路輸送電能的能力[2]。在電網系統(tǒng)中，有功功率和無功功率處于一種此消彼長的狀態(tài)，如果有功功率已經固定，想要提升無功功率，勢必就要降低有功功率的比例，這種情況會降低傳輸效率。可利用無功補償技術對無功功率進行補償來解決這個問題。技術人員在電網的一端采取補償措施后，可減輕電網的無功功率負擔，提高線路中有功功率的占比，從而大幅提升電能的傳送效率。

2 低壓供電系統(tǒng)中的無功補償技術應用

2.1 優(yōu)化低壓供電系統(tǒng)的無功補償

在對低壓供電線路進行無功補償之前，需要設定補償點，利用動態(tài)性的規(guī)劃、無功均勻分布法和相對分析法等實現(xiàn)操作。例如，在10 kV電網操作中，所涉及到的方法包括相對分析法、無功均勻分布法及動態(tài)性規(guī)劃等。實踐中應用最多的是無功均勻分布法，運用該種補償方法時，線路最佳補償點應選擇在線路總長的2/3處，最佳補償量應為線路中無功總需求量的2/3左右。對于2/3補償線路中的無功電荷，補償點的最佳選擇應在全線路長的2/3處，在線路的前1/3段，其所需的無功消耗可以通過變電站所來獲取，線路中1/3段，無功消耗由電容器產生的無功向前流動提供，末端1/3則由變壓器所產生的無功向后流動提供。在此過程中，線路上的無功流動能夠降到最低，且有功損耗及電壓值最小，可達到理想的無功補償效果[3]。需要注意的是，無功補償不可過度，否則會出現(xiàn)向低壓供電系統(tǒng)倒輸送無功的情況，增加運行電壓，嚴重影響設備的安全運行，增加線路運行損耗，制約節(jié)能效果的提升。

2.2 低壓供電系統(tǒng)使用無功補償裝置的分析

無功補償技術中的投切方法分為兩種，分別是短時投切法和延時投切法。

2.2.1 延時投切方法及其優(yōu)點

常用的靜態(tài)無功方法是延時投切法，傳統(tǒng)接觸器反復動作會損害到設備，此種方法的應用，可減少接觸器的頻繁操作，延長設備壽命，可有效緩解低壓供電網的不穩(wěn)定。延時投切法適合應用于運行時間長且穩(wěn)定的設備中。無觸點的無功補償裝置相較于接觸器的投切系統(tǒng)，具有以下優(yōu)勢。

第一，投切方式的先進性。低壓供電系統(tǒng)出現(xiàn)感性無功后，無觸點補償裝置能快速對感性負載的大小進行判斷，并投入與之相匹配的容性無功。接觸點補償因其結構原理的特殊性，需要不斷投切才能逐漸貼近系統(tǒng)中的無功。

第二，使用壽命得到延長。接觸器是有觸點裝置的投切開關，投切時會對接觸器及電容組等造成很大影響。因此負載波動較大時無法使用，且使用壽命較短。而無觸點方式運用了電流的過零切除技術，能夠延長使用壽命，投切過程電流不會遭受太大的波動與沖擊，也不會破壞任何電氣模塊。

第三，較短的投切時間以及較高的補償精度。無觸點系統(tǒng)的反應時間在20 m/s范圍內，負載適應范圍大，保證了低壓供電系統(tǒng)下的補償精度，使補償精度保持在95%以上。

第四，良好的發(fā)展前景。有觸點的裝置存在設備和零件的使用損耗大、負載變化大及污染環(huán)境等缺點，無觸點系統(tǒng)具有較快的響應時間、良好的補償結果、及無沖擊投切及較長的使用壽命等優(yōu)點，具備良好的發(fā)展前景。

2.2.2 瞬時投切方法

日常生活中的非靜態(tài)方法就是瞬時投切法，這種方法是半導體電力器件和數字技術結合的產物，具備迅速隨動特點。一般情況下，控制器能在0.8個周波左右完成采樣和計算工作，并在兩個周期內發(fā)送控制信號。在正常狀態(tài)下，20 m/s左右完成投切容器組的全部動作。這種控制速度及精度機械控制器裝置無法實現(xiàn)。在瞬時投切過程中，需要考慮元件的損壞情況，進行投切動作時要盡可能保持電容器內的電壓為零，避免涌流損壞電容器和半導體器件?？刂菩盘柍蜂N后，晶閘管觸發(fā)脈沖隨之消失，晶閘管零電流自然關閉。隨著技術水平不斷的提升，此種技術的性能及質量都得到了提升。但此種無功補償的投切方式成本較高。

3 結 論

社會經濟的快速發(fā)展，推動了各項科學技術的不斷進步與廣泛應用，尤其是無功補償技術在低壓供電系統(tǒng)中的應用，大大提升了低壓供電系統(tǒng)的運行效益。無功補償技術的應用可實現(xiàn)節(jié)能降耗的目標，解決遠距離供電造成的能耗過大問題。另外，在遠距離輸電中應用無功補償技術，還能促進電網供電的安全、高效及平穩(wěn)。因此，在未來的發(fā)展中，我們應當加強無功補償技術的應用研究，注重分析無功補償技術與低壓供電系統(tǒng)間的融合，實現(xiàn)低壓供電系統(tǒng)運行效益的不斷提升，滿足我國電網的發(fā)展要求。