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摘要:電力系统的无功平衡，是保证电压质量的基本条件，对保证电力系统的安全稳定与经济运行起着重要的作用。随着电力系统无功管理的逐步深入，无功补偿装置的合理配置日益凸显其重要性，无功补偿装置配置不合理则无功难以平衡，电压、网损指标均难以完成。本文以简单网络为例，阐述了无功平衡的理想状态及无功补偿装置配置中应该注意的问题。
关键词 电力系统；无功补偿；配置
中图分类号： F407.6文献标识码： A
1、无功平衡的基本原则与方法
1.1 无功概念。交流电路中，电感的磁场或电容的电场在一个周期内的一部分时间内从电源吸收能量，另一部分时间内将能量返回电源。能量是在电源、电感、电容之间来回交换的，能量交换的最大值叫做无功功率。但无功交换流经的线路、变压器等设备上将产生能量消耗。
1.2 无功电源与负荷。我们通常把感性无功容量称为无功负荷，容性无功容量称为无功电源。无功电源有发电机、补偿并联电容器等。无功负荷有负载（主要为异步电动机）,变压器，感应电热设备等消耗的励磁功率及补偿并联电抗器等。发电机、调相机、同步电动机调整其励磁电流既可以呈容性也可以呈感性。架空输电线路当负载低时呈容性；当负载高时呈感性。
1.3 无功平衡的基本原则。无功补偿的基本原则：在系统有功负荷高峰和负荷低谷运行方式下，保证分（电压）层和分（供电）区的无功平衡。无功补偿配置应根据电力系统情况，从整体上考虑无功补偿装置在各电压等级变电站、10kV 及以下配电系统和用户侧配置比例的协调关系，实施分散就地补偿与变电站集中补偿相结合，电力系统补偿与用户补偿相结合，高压补偿与低压补偿相结合，满足电力系统安全、经济运行的需要。在保证电压质量与电压稳定的前提下，无功平衡以降损为主，这是无功平衡的基本原则。
2、理想的无功平衡
简单系统（图1）的理想无功平衡
发电机发出无功主要供厂用电及升压变压器T1 消耗的无功，发电厂不向外输出无功。线路传送一固定有功功率时，线路电容C1，C2 产生的充电功率和线路电抗消耗的无功功率能相互平衡。功率P+jQ 通过阻抗P+jX 产生的无功功率消耗△Q 的计算公式：35kV及以下线路线路充电功率甚小，忽略不计，它们消耗无功功率。电缆线路较架空线路的充电功率一般大一个数量级，需要按照电缆型号、说明书具体确定。变电站并联电容器C3 主要补偿
降压变压器T2 的无功损耗。变压器的励磁无功损耗△Q 为：用户并联电容器C5 应与用户消耗的无功平衡，即低压线路上的无功电流也应为0，在用户无法平衡消耗的无功时，低压线路上的并联电容器C4 给以补偿。理想状态下各节点间无无功流动，仅有有功流动产生的损耗，网损最小。
3、无功平衡的困难性
3.1 无功平衡的困难性。用户低谷不向电网倒送无功，高峰不从电网吸取无功的要求难以同时做到，为了防止低谷电压高危及设备安全，允许用户高峰从电网吸取少量无功但低谷不允许向电网倒送无功。分布复杂的用户及T 接线路多的配电系统络难以找到理想的位置装设补偿并联电容器，使配电网络的无功完全平衡。时刻变化的无功负荷与不能连续可调的补偿并联电容器使就地完全补偿无法实现。综上所述，无功的流动是不可避免的，我们的工作就是尽量限制无功流动的数值与距离，最大限度的做好无功平衡工作。
3.2 无功不平衡造成的后果。无功不平衡造成无功的无谓搬动，增大了网损。富裕无功的地区电压升高，缺少无功的地区电压降低，均使电压不合格，危及设备的安全，影响用户的正常用电。严重的无功不平衡将危及电力系统安全，造成电压稳定问题，近年来国外频频发生的电压稳定事故教训深刻。
4、无功补偿装置配置
4.1 无功设备优化配置。电力用户在轻负荷时要避免过补偿，倒送无功造成功率损耗增加。将功率因数提高到0.95 就是合理补偿。但必须保证低负荷期间不向电网倒送无功，高峰负荷期间尽力提高功率因数。配电系统补偿并联电容器应该选取合适的位置使配电系统络的无功流动的数值与距离最小，以减少用户、配电系统与变电站间的无功交换。配电变压器的无功补偿装置容量可按照变压器容量的20％～ 40％进行配置。补偿到变压器最大负荷时其高压侧功率因数不低于0.95。220kV 变电站容性无功补偿装置的单组容量，接于35kV 电压等级时不宜大于12Mvar，接于10kV电压等级时不宜大于8Mvar。110kV 变电站容性无功补偿装置的单组容量不应大于6Mvar，35kV 变电站不应大于3Mvar。变电站应该平衡所连接输电线路的1/2 无功损耗(或充电功率)，即努力保持图1 线路中心A点的电流为0，使线路的无功损耗(或充电功率)均分到线路两端。并入电网的发电机组应具备满负荷时功率因数在0.85(滞相)—0.97(进相)运行的能力，以保证系统具有足够的事故备用无功容量和调压能力。为了平衡超高压线路的充电功率，在电厂侧可以适当考虑安装一定容量的并联电抗器。
变压器的变比选择应该防止电容器接入点电压过高，电容器无法投入运行。发电厂在保证稳定的前提下尽力不向电网送出无功，有条件的电厂可以进相运行（尤其是低负荷及节日期间）。
4.2 电力系统中常用的无功补偿方式：（1）集中补偿：在高低压变电站、线路安装并联电容器或者并联电抗器；（2）分组补偿：在配电变压器低压侧和用户车间配电屏安装并联电容器；（3）单台电动机就地补偿：在单台电动机处安装并联电容器。
4.3 对功率因数的一般要求。应避免大量的无功电力穿越变压器。35kV ～ 220kV 变电站，所配置的无功补偿装置，在主变最大负荷时其高压侧功率因数应不低于0.95，在低谷负荷时功率因数不应高于0.95，不低于0.92。发电机自带厂用电时，进相能力应不低于0.97。配电变压器的无功补偿装置补偿到变压器最大负荷时其高压侧功率因数不低于0.95，100kVA 及以上高压供电的电力用户，在高峰负荷时变压器高压侧功率因数不宜低于0.95。其他电力用户，功率因数不宜低于0.90。变电站、发电厂进出线路侧及变压器的高压侧应装设功率因数表、无功电能表.
总结：
无功补偿是无功网损电压管理工作的基础，无功电源与负荷的零散分布与动态变化，分层分区就地平衡的要求，使无功平衡工作十分复杂，任一点不平衡都将造成无功潮流的无谓搬动，造成网损的增加。无功的流动是不可避免的，我们的工作就是尽量限制无功流动数值与距离，最大限度的做好无功平衡工作，降低网损，提高电压合格率。以降损为主，是无功平衡的基本原则，降损节电，就是节约能源，减少污染，保护环境。
参考文献：
[1] 陈宇飞 中低压配电系统无功补偿优化分析[J]. 电力设备 2007年
[2] 李家坤 配电系统无功补偿技术的研究[J]. 江西电力职业技术学院学报 2008年
[3] 常尼亚,张力 强大同地区电压和无功的现状及改进建议[J]. 山西电力 2007年
[4] 李金荣,任春艳无功补偿的现状与应注意的问题[J]. 科技风 2010年
[5] 叶庆谱. 电机无功就地补偿技术的应用[J]. 大众用电 1999年
关键词 电力系统；无功补偿；配置
中图分类号： F407.6文献标识码： A
1、无功平衡的基本原则与方法
1.1 无功概念。交流电路中，电感的磁场或电容的电场在一个周期内的一部分时间内从电源吸收能量，另一部分时间内将能量返回电源。能量是在电源、电感、电容之间来回交换的，能量交换的最大值叫做无功功率。但无功交换流经的线路、变压器等设备上将产生能量消耗。
1.2 无功电源与负荷。我们通常把感性无功容量称为无功负荷，容性无功容量称为无功电源。无功电源有发电机、补偿并联电容器等。无功负荷有负载（主要为异步电动机）,变压器，感应电热设备等消耗的励磁功率及补偿并联电抗器等。发电机、调相机、同步电动机调整其励磁电流既可以呈容性也可以呈感性。架空输电线路当负载低时呈容性；当负载高时呈感性。
1.3 无功平衡的基本原则。无功补偿的基本原则：在系统有功负荷高峰和负荷低谷运行方式下，保证分（电压）层和分（供电）区的无功平衡。无功补偿配置应根据电力系统情况，从整体上考虑无功补偿装置在各电压等级变电站、10kV 及以下配电系统和用户侧配置比例的协调关系，实施分散就地补偿与变电站集中补偿相结合，电力系统补偿与用户补偿相结合，高压补偿与低压补偿相结合，满足电力系统安全、经济运行的需要。在保证电压质量与电压稳定的前提下，无功平衡以降损为主，这是无功平衡的基本原则。
2、理想的无功平衡
简单系统（图1）的理想无功平衡
发电机发出无功主要供厂用电及升压变压器T1 消耗的无功，发电厂不向外输出无功。线路传送一固定有功功率时，线路电容C1，C2 产生的充电功率和线路电抗消耗的无功功率能相互平衡。功率P+jQ 通过阻抗P+jX 产生的无功功率消耗△Q 的计算公式：35kV及以下线路线路充电功率甚小，忽略不计，它们消耗无功功率。电缆线路较架空线路的充电功率一般大一个数量级，需要按照电缆型号、说明书具体确定。变电站并联电容器C3 主要补偿
降压变压器T2 的无功损耗。变压器的励磁无功损耗△Q 为：用户并联电容器C5 应与用户消耗的无功平衡，即低压线路上的无功电流也应为0，在用户无法平衡消耗的无功时，低压线路上的并联电容器C4 给以补偿。理想状态下各节点间无无功流动，仅有有功流动产生的损耗，网损最小。
3、无功平衡的困难性
3.1 无功平衡的困难性。用户低谷不向电网倒送无功，高峰不从电网吸取无功的要求难以同时做到，为了防止低谷电压高危及设备安全，允许用户高峰从电网吸取少量无功但低谷不允许向电网倒送无功。分布复杂的用户及T 接线路多的配电系统络难以找到理想的位置装设补偿并联电容器，使配电网络的无功完全平衡。时刻变化的无功负荷与不能连续可调的补偿并联电容器使就地完全补偿无法实现。综上所述，无功的流动是不可避免的，我们的工作就是尽量限制无功流动的数值与距离，最大限度的做好无功平衡工作。
3.2 无功不平衡造成的后果。无功不平衡造成无功的无谓搬动，增大了网损。富裕无功的地区电压升高，缺少无功的地区电压降低，均使电压不合格，危及设备的安全，影响用户的正常用电。严重的无功不平衡将危及电力系统安全，造成电压稳定问题，近年来国外频频发生的电压稳定事故教训深刻。
4、无功补偿装置配置
4.1 无功设备优化配置。电力用户在轻负荷时要避免过补偿，倒送无功造成功率损耗增加。将功率因数提高到0.95 就是合理补偿。但必须保证低负荷期间不向电网倒送无功，高峰负荷期间尽力提高功率因数。配电系统补偿并联电容器应该选取合适的位置使配电系统络的无功流动的数值与距离最小，以减少用户、配电系统与变电站间的无功交换。配电变压器的无功补偿装置容量可按照变压器容量的20％～ 40％进行配置。补偿到变压器最大负荷时其高压侧功率因数不低于0.95。220kV 变电站容性无功补偿装置的单组容量，接于35kV 电压等级时不宜大于12Mvar，接于10kV电压等级时不宜大于8Mvar。110kV 变电站容性无功补偿装置的单组容量不应大于6Mvar，35kV 变电站不应大于3Mvar。变电站应该平衡所连接输电线路的1/2 无功损耗(或充电功率)，即努力保持图1 线路中心A点的电流为0，使线路的无功损耗(或充电功率)均分到线路两端。并入电网的发电机组应具备满负荷时功率因数在0.85(滞相)—0.97(进相)运行的能力，以保证系统具有足够的事故备用无功容量和调压能力。为了平衡超高压线路的充电功率，在电厂侧可以适当考虑安装一定容量的并联电抗器。
变压器的变比选择应该防止电容器接入点电压过高，电容器无法投入运行。发电厂在保证稳定的前提下尽力不向电网送出无功，有条件的电厂可以进相运行（尤其是低负荷及节日期间）。
4.2 电力系统中常用的无功补偿方式：（1）集中补偿：在高低压变电站、线路安装并联电容器或者并联电抗器；（2）分组补偿：在配电变压器低压侧和用户车间配电屏安装并联电容器；（3）单台电动机就地补偿：在单台电动机处安装并联电容器。
4.3 对功率因数的一般要求。应避免大量的无功电力穿越变压器。35kV ～ 220kV 变电站，所配置的无功补偿装置，在主变最大负荷时其高压侧功率因数应不低于0.95，在低谷负荷时功率因数不应高于0.95，不低于0.92。发电机自带厂用电时，进相能力应不低于0.97。配电变压器的无功补偿装置补偿到变压器最大负荷时其高压侧功率因数不低于0.95，100kVA 及以上高压供电的电力用户，在高峰负荷时变压器高压侧功率因数不宜低于0.95。其他电力用户，功率因数不宜低于0.90。变电站、发电厂进出线路侧及变压器的高压侧应装设功率因数表、无功电能表.
总结：
无功补偿是无功网损电压管理工作的基础，无功电源与负荷的零散分布与动态变化，分层分区就地平衡的要求，使无功平衡工作十分复杂，任一点不平衡都将造成无功潮流的无谓搬动，造成网损的增加。无功的流动是不可避免的，我们的工作就是尽量限制无功流动数值与距离，最大限度的做好无功平衡工作，降低网损，提高电压合格率。以降损为主，是无功平衡的基本原则，降损节电，就是节约能源，减少污染，保护环境。
参考文献：
[1] 陈宇飞 中低压配电系统无功补偿优化分析[J]. 电力设备 2007年
[2] 李家坤 配电系统无功补偿技术的研究[J]. 江西电力职业技术学院学报 2008年
[3] 常尼亚,张力 强大同地区电压和无功的现状及改进建议[J]. 山西电力 2007年
[4] 李金荣,任春艳无功补偿的现状与应注意的问题[J]. 科技风 2010年
[5] 叶庆谱. 电机无功就地补偿技术的应用[J]. 大众用电 1999年