熊鎧

摘 要：變電一次回路是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備，變電一次回路中的無功分量對電網(wǎng)中的電能質(zhì)量帶來了不好的影響。無功補償裝置可以提供容性負荷，感性負荷及容性和感性混合負荷的裝置。無功補償裝置所提供的能量可以消減電網(wǎng)中的無功分量，提高功率因素，減少變電一次設(shè)備發(fā)熱，減少能量損失，延長一次設(shè)備使用壽命。本文通過對一次回路的構(gòu)成分析以及無功補償裝置的形式以及優(yōu)化設(shè)計原則進行分析。

關(guān)鍵詞：一次設(shè)計 ;無功補償; 優(yōu)化設(shè)計

一次回路中的無功分量由于電網(wǎng)或負荷的原因而產(chǎn)生了波動，若能對這些隨機出現(xiàn)的無功分量進行實時補償，可保證電壓穩(wěn)定，減少一次回路中的無功分量同時可以減少無功分量對電網(wǎng)中的設(shè)備所帶來的傷害。隨著國家建設(shè)的不斷推進，用電設(shè)備越來越多，尤其是提供能量轉(zhuǎn)換的電動機，其運行所產(chǎn)生的無功會源源不斷的饋入電網(wǎng)一次回路中。在一次回路設(shè)計過程中，根據(jù)相關(guān)設(shè)計規(guī)定，在進行變電一次設(shè)計時必須符合國家的法律法規(guī)和經(jīng)濟政策，并依據(jù)具體項目的實際情況如：電網(wǎng)波動、諧波大小、自然環(huán)境等合理的選擇無功補償裝置的形式及相關(guān)參數(shù)和控制方式，以保證無功裝置安全可靠經(jīng)濟運行，并能方便檢修和維護。

1. 變電一次回路簡介

一次回路是指在電力系統(tǒng)中完成輸發(fā)電、變配電的主要設(shè)備，按照一定的結(jié)構(gòu)形式組合而成的回路。它是電能的主要載體，一次系統(tǒng)上的電能特征主要是電壓高，電流大。常見的一次回路設(shè)備主要有完成發(fā)電的發(fā)電機，完成電壓變換的變壓器，實現(xiàn)電路分斷的熔斷器，高壓斷路器和高壓隔離開關(guān)等，完成無功補償?shù)碾娙萃肚醒b置，靜止型無功功率補償?shù)取崿F(xiàn)電氣設(shè)備連接的母排，電纜及架空線路等。一次設(shè)備相互連接后，可構(gòu)成單母線形式及雙母線形式，其主要由連接母線結(jié)構(gòu)形式確定。單母線型主要適用于小型發(fā)電站及輻射區(qū)域小或無重要設(shè)備的變電站所。雙母線型也稱為雙匯流排式，其主要特點是由兩根匯流排將設(shè)備連接在一起，兩根匯流排之間設(shè)立連接開關(guān)，供電設(shè)備可實現(xiàn)在不影響用戶的情況下進行檢修作業(yè)。

變電所是廠網(wǎng)及用戶之間的重要連接樞紐，主要起到匯集和分配電能的作用。變電所按其所實現(xiàn)的功能可分為升壓變電所，降壓變電所及樞紐變電所。按管理形式可分為無人值守及有人值守兩類。按結(jié)構(gòu)形式可分為室內(nèi)型變電所及室外露天型變電所。按規(guī)模或電壓等級可分為500KV，330KV，220KV，110KV，及35KV幾類。升壓變壓器主要修建地點為發(fā)電廠內(nèi)或者是發(fā)電廠附近，將發(fā)電廠發(fā)出的電升高電壓后供入輸電網(wǎng)絡(luò)中完成電能高壓輸送以減少電能損耗。降壓變電所主要修建在區(qū)域電力負荷中心位置，將電網(wǎng)輸送過來的高壓電降低電壓等級后，供用戶使用。樞紐型變電所主要是多個大電源以及聯(lián)絡(luò)線路的交匯點。一些重要的或者是需要經(jīng)常進行操作的變電站所一般都會采取有人值守的形式，值守人員可同時完成變電站所的點巡檢及操作，維護等工作，其他站所大都采用遠程監(jiān)控，或者是由其他站所完成臨時巡檢操作任務(wù)。高壓變電所多數(shù)都采用室外布置的形式，在部分人員密集的市區(qū)及工廠內(nèi)或者是環(huán)境惡劣地方或者電壓等級在110及以下的變電站所一般會布置在室內(nèi)。

2. 無功補償裝置

變電一次回路中的無功設(shè)備按照變電一次回路的電壓等級安裝地點及負荷變變化情況而選則不同的形式。動態(tài)無功補償裝置主要有：調(diào)壓式，磁控式，相控式及SVG智能型無功發(fā)生器四種。

電容器組前加裝電壓調(diào)節(jié)器來改變電容器端部的輸出電壓就是調(diào)壓式動態(tài)補償裝置的原理。改變電容器端電壓可調(diào)節(jié)無功輸出，進而改變無功輸出容量達到調(diào)節(jié)系統(tǒng)功率因素的目的。這種類型的裝置多數(shù)采用分檔輸出的模式，分接頭多為機械式，在實際的應(yīng)用過程中存在過補償、欠補償及分接頭響應(yīng)慢等問題。電容器在調(diào)壓過程中處于充放電的狀態(tài)，對其壽命產(chǎn)生不好的影響。

電容器組并聯(lián)磁控電抗器，磁控電抗器改變鐵芯磁導(dǎo)率，使電抗值連續(xù)可調(diào)，利用電抗器的電抗值和電容器的電容值相互抵消的方式來實現(xiàn)無功功率的柔性補償。

電容器組并聯(lián)一套相控式電抗器，通過SCR來控制流過電抗器的電流從而使電抗器輸出不同的無功容量，和電容器組輸出的無功值為固定值，通過固定的容性無功值和變化的感性無功的組合達到無功實時可調(diào)的目的。SCR管容易被擊穿，維護困難，特殊型號還需要水冷卻是相控式無功補償裝置的缺點。

SVG并聯(lián)于電網(wǎng)中，相當于給電網(wǎng)并聯(lián)了一個可以跟隨負荷無功電流變化而不斷變化的無功電源?？勺詣友a償系統(tǒng)所需的感性或者容性無功功率。占地面積小可布置于室內(nèi)，節(jié)能效果好。

變電站補償是無功補償?shù)闹匾绞健Ｔ谧冸娬具M行無功補償可平衡電網(wǎng)的無功功率，改善電網(wǎng)的功率因素，減少系統(tǒng)終端變電站母線電壓的損失，補償主邊及輸電網(wǎng)上的無功。跟蹤補償是將無功補償裝置安裝在變壓器低壓側(cè)，自動投切裝置根據(jù)用戶側(cè)電網(wǎng)內(nèi)的無功分量，自動將無功補償裝置分級投切以實現(xiàn)跟蹤補償?shù)男Ч?/p>

3 無功補償裝置的設(shè)計原則

無功補償原則上應(yīng)按就地，分區(qū)，區(qū)分電壓等級，使系統(tǒng)樞紐點位的電壓在故障后均能穩(wěn)定在規(guī)定的范圍內(nèi)。變電站內(nèi)的無功裝置的容量和形式，應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)的相應(yīng)現(xiàn)狀和遠期規(guī)劃，充分調(diào)研調(diào)相，調(diào)壓以及對電能質(zhì)量的要求來選取。無功補償裝置可按照無功負荷變化的情況以及電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的演變情況來進行分期裝設(shè)。

并聯(lián)電容器組和并聯(lián)電抗器組的補償容量應(yīng)低于主變壓器容量的30%，分組投切時應(yīng)充分考慮高次諧波諧振以及抑制有害諧波。分組投切時對變壓器中壓側(cè)的母線電壓擾動值應(yīng)控制在2.5%以內(nèi)。在選擇分組投切的并聯(lián)電容器組的串聯(lián)電抗率時，應(yīng)充分考慮電容器組的合閘涌流，充分驗算諧波放大對系統(tǒng)的影響以及是否在電容器組承受的范圍內(nèi)。如果進入母線的諧波分量沒有實測值時，按照SD126中規(guī)定的相關(guān)值進行計算。

無功補償裝置的額定電壓應(yīng)與所接入的網(wǎng)站電壓相匹配。其接線方式應(yīng)根據(jù)補償性質(zhì)，設(shè)備性質(zhì)以及無功補償裝置的分組情況確定。無功補償裝置宜采用單母線接線，為保證載波通訊的質(zhì)量，阻播器母線側(cè)適宜安裝無功補償裝置。

當母線短路電流超過低壓并聯(lián)電抗器回路的斷路器允許值時，可在斷路器前方加裝起限制電流作用的電抗器，或?qū)嗦菲靼惭b于電抗器中性點側(cè)。

串聯(lián)電抗器最好選用空心干式電抗器，其安裝位置是安在電容器的中性點處還是安裝在電源側(cè)，應(yīng)根據(jù)電容器的接線方式，電抗器的動熱穩(wěn)定電流以及母線的短路容量來確定。高壓并聯(lián)電抗器在兩個回路共用一個電抗器時應(yīng)加裝斷路器，在靠近電抗器的位置裝設(shè)線路型的避雷器來保護高壓電抗器。無功補償裝置中的電器及導(dǎo)體長期運行的電流按照大于最終電抗器運行電流1.1倍選取。

4總結(jié)

本文通過分析一次回路的構(gòu)成，無功補償裝置的類型，講述了變電一次回路中無功補償裝置的優(yōu)化設(shè)計原則。無功補償裝置的選型原則應(yīng)依據(jù)項目所在地的實際情況以及中遠期規(guī)劃來選擇補償裝置的形式，以及補償方式。在設(shè)計無功補償裝置時應(yīng)根據(jù)電能質(zhì)量要求指標合理確定斷路器的安裝位置，接線方式以及電抗器的防雷保護形式等。

參考文獻：

[1]劉鑫，楊延勇，單金博.變電站無功補償設(shè)計優(yōu)化方法研究[J].電力勘測設(shè)計，2019（08）：49-51+69.