滿建柱，吳德志

國網(wǎng)北京檢修公司，北京 100073

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，人們對電能質(zhì)量的要求越來越高，為保證變電站功率損耗和電能損耗問題得到控制，要完善變電站電容器無功補(bǔ)償控制模式，提高電壓質(zhì)量，在優(yōu)化設(shè)備出力效果的同時，減少配變安裝容量，從而最大程度上推進(jìn)變電站可持續(xù)發(fā)展。

1 無功補(bǔ)償處理機(jī)制概述

對于電網(wǎng)系統(tǒng)而言，用電設(shè)備都基于電磁感應(yīng)原理開展相應(yīng)工作，由電源給交變磁場提供磁場能。與此同時，變電站中相關(guān)用電設(shè)備，如電動機(jī)和變壓器等，也會在能量轉(zhuǎn)換時從電網(wǎng)中吸收對應(yīng)的無功功率，一旦無功功率數(shù)值增大，就會對供電系統(tǒng)的功率因數(shù)產(chǎn)生影響，甚至?xí)a(chǎn)生較為強(qiáng)烈的電能損耗和電壓波動，使變電站的供電質(zhì)量受到嚴(yán)重影響。無功補(bǔ)償處理機(jī)制非常關(guān)鍵，企業(yè)要善于處理用電功率因數(shù)，維持良好的技術(shù)管控機(jī)制。關(guān)于感性負(fù)載，有功功率、無功功率的關(guān)系如下：

式中：P為有功功率；S為視在功率；φ為相電壓和相電流之間的相位差，即功率因數(shù)角[1]。結(jié)合具體參數(shù)可知，如果供電系統(tǒng)中輸送的有功功率恒定，cosφ越小，產(chǎn)生的無功功率越大，對應(yīng)的視在功率數(shù)值也會增大。為此，要整合具體工作內(nèi)容，合理地提高功率因數(shù)。目前，較常見的方法是并聯(lián)電容器，建立完整的無功補(bǔ)償處理機(jī)制，能最大程度上提高用電企業(yè)的功率因數(shù)，維持整體電能控制的合理性和規(guī)范性，也能最大程度上優(yōu)化電能輸送質(zhì)量。

1.1 電容器無功補(bǔ)償處理機(jī)制原理

在供電企業(yè)常規(guī)化工作開展過程中會接入大量設(shè)備，電機(jī)、變壓器等基礎(chǔ)設(shè)備均為感性負(fù)載模式，在實(shí)際應(yīng)用時要大量吸收電網(wǎng)的感性無功功率，才能建立相匹配的交變磁場工作模式。因此，多數(shù)企業(yè)會采取低壓電網(wǎng)并聯(lián)電容器的處理方式，能在提高容性無功功率的基礎(chǔ)上，盡可能降低感性負(fù)載結(jié)構(gòu)從電網(wǎng)中吸收的感性無功功率，維持相應(yīng)參數(shù)的平衡，也能最大程度上提高電網(wǎng)應(yīng)用的實(shí)效性。將電容器應(yīng)用在感性負(fù)載結(jié)構(gòu)上，容性電流的超前電壓呈現(xiàn)垂直角度，并且感性電流滯后電壓以同樣的垂直角度完成工作，二者大小相同、方向相反，可以互相抵消。將無須開展無功補(bǔ)償?shù)墓β室驍?shù)設(shè)定為φ'，在無功補(bǔ)償出現(xiàn)后，感性電流滯后電壓和容性電流超前電壓抵消，此時功率因數(shù)設(shè)定為φ，因?yàn)棣?＞φ，所以cosφ'＜cosφ?；谝陨显恚扇〔⒙?lián)電容的處理模式，能更好地控制功率因數(shù)。

1.2 計(jì)量方式

不僅要結(jié)合變電站電容器的應(yīng)用要求完成并聯(lián)處理，也要對電容補(bǔ)償容量進(jìn)行計(jì)算和分析，結(jié)合企業(yè)電網(wǎng)提高功率因數(shù)，在確定容量的前提下完成計(jì)算。比如，某變電站采取運(yùn)維中心加氫裝置，車間月平均有功負(fù)荷參數(shù)為500 kW，功率因數(shù)為0.8，若想控制無功補(bǔ)償效果，將功率因數(shù)提高到0.95，則按照式（2）計(jì)算：

式中：Qc為電容補(bǔ)償容量；Pmax為最大有功功率；cosφ1和cosφ2為補(bǔ)償操作前后的功率因數(shù)的余弦值[2]。

2 變電站電容器無功補(bǔ)償處理機(jī)制的應(yīng)用意義

對于變電站常規(guī)化管理工作而言，對電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償有利于踐行規(guī)范化管控方案，提升應(yīng)用控制效能，確保結(jié)合變電站規(guī)范管理標(biāo)準(zhǔn)和要求，維持無功補(bǔ)償協(xié)調(diào)性和科學(xué)性。

2.1 優(yōu)化設(shè)備利用率

應(yīng)用無功補(bǔ)償處理機(jī)制能維持設(shè)備的應(yīng)用效能，在采取無功補(bǔ)償處理機(jī)制前，電容器的相關(guān)工作參數(shù)如表1 所示；在利用無功補(bǔ)償處理后，相關(guān)工作參數(shù)如表2 所示。

如表1、表2 所示，在基礎(chǔ)運(yùn)行負(fù)荷參數(shù)不變的狀態(tài)下，應(yīng)用無功補(bǔ)償處理機(jī)制能大大提升功率因數(shù)，并且維持較好的系統(tǒng)電流和系統(tǒng)無功參數(shù)[3]。也就是說，無功補(bǔ)償?shù)姆绞娇梢蕴岣吖β室驍?shù)，減少電網(wǎng)內(nèi)無效的無功功率，避免耗能增加對整個電網(wǎng)運(yùn)行產(chǎn)生影響，從而打造更加可控合理的約束機(jī)制，與此同時，因?yàn)殡姎庠O(shè)備做功的過程中負(fù)荷、電壓、電流一定，所以電網(wǎng)可轉(zhuǎn)換的有功功率會增加，相當(dāng)于整個變壓器的基礎(chǔ)容量得到改善，在設(shè)備維持方面無須耗費(fèi)較多時間，同等容量的變壓器和輸電線路能為用戶輸送更多的有功功率。

表1 應(yīng)用無功補(bǔ)償處理機(jī)制前的變電所運(yùn)行情況

表2 應(yīng)用無功補(bǔ)償處理機(jī)制后的變電所運(yùn)行情況

綜上所述，在變電站電容器應(yīng)用控制體系中，采取無功補(bǔ)償處理機(jī)制能最大程度上提高設(shè)備的利用率，確保變壓器有功功率輸出效果得以優(yōu)化，也為滿足設(shè)備負(fù)荷需求創(chuàng)設(shè)良好的條件，在減少能耗損失的同時，也能打造更加安全、合理且資源應(yīng)用控制效能較好的設(shè)備管理模式。

2.2 優(yōu)化末端電壓

在變電站電容器控制工作中應(yīng)用無功補(bǔ)償控制機(jī)制，還能減少電壓損耗，維持末端電壓的整體水平和良好的應(yīng)用控制效果，打造更加安全可靠的線路運(yùn)行模式。在功率輸送過程中，線路會形成對應(yīng)的電壓損耗，計(jì)算公式如下：

式中：ΔU為電壓損耗；PR為線路導(dǎo)線輸送的有功功率；Qx為變壓器繞組輸送的無功功率；Ue為線路的額定線路電壓。結(jié)合公式，合理控制變電站電容器的無功功率，能減少無功損耗。配合無功補(bǔ)償處理機(jī)制，減少無功功率，可以提升末端電壓參數(shù)，這對于優(yōu)化變電站整體電能傳輸和管理效果具有重要意義[4]。

3 變電站電容器無功補(bǔ)償處理機(jī)制的實(shí)現(xiàn)方式

在明確變電站電容器無功補(bǔ)償處理機(jī)制的應(yīng)用價值后，要結(jié)合變電站的實(shí)際管理要求和標(biāo)準(zhǔn)落實(shí)相應(yīng)工作，確保無功補(bǔ)償效率的最優(yōu)化，匹配可控性管理機(jī)制，保證相應(yīng)補(bǔ)償處理效果能滿足應(yīng)用預(yù)期。

3.1 常規(guī)開關(guān)投切處理

在變電站常規(guī)化控制工作中，電容器無功補(bǔ)償處理機(jī)制主要是借助開關(guān)投切的方式進(jìn)行無功補(bǔ)償操作。常規(guī)開關(guān)投切處理中，要采取斷路器完成電容器的并聯(lián)控制，主要并聯(lián)在變電站的母線位置，以保證能形成集中補(bǔ)償模式，同時將電容器并聯(lián)在線路位置上，實(shí)現(xiàn)合理性分散和就地補(bǔ)償。但是電容器開關(guān)投切的無功補(bǔ)償無法結(jié)合無功需求的變化進(jìn)行統(tǒng)籌處理，這會對實(shí)際工作效能產(chǎn)生影響。在低谷時段，電壓數(shù)值偏高會造成電容器無法有效投入運(yùn)行，必然會產(chǎn)生較大的線損問題[5]。因?yàn)闊o功分配存在一定的不均衡性，使得常規(guī)化開關(guān)投切不能貼合電容器無功補(bǔ)償處理機(jī)制的應(yīng)用需求。因此在應(yīng)用常規(guī)開關(guān)偷竊處理時，需要合理配置電容器的容量，完善分段分組投切方式，但是這會增加投切難度，甚至無法建立固定化投切處理。基于此，目前多數(shù)變電站在電容器無功補(bǔ)償方面都對常規(guī)化開關(guān)投切處理方式進(jìn)行優(yōu)化升級，確保電力系統(tǒng)電能質(zhì)量能滿足應(yīng)用預(yù)期，在貼合頻率指標(biāo)參數(shù)的同時，符合電壓指標(biāo)的具體要求[6]。一般情況下，采取模擬量或者微電腦功率因數(shù)檢測機(jī)制，能進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的實(shí)時性分析，配合中間繼電器能完成斷路器的聯(lián)通和切斷，能直接完成補(bǔ)償電容器的投切控制，避免能耗損失對最終的投切效果產(chǎn)生影響。

3.2 采用補(bǔ)償裝置

目前，多數(shù)變電站的車間低壓電容柜都采用補(bǔ)償裝置，電容補(bǔ)償柜中也會設(shè)置隔離開關(guān)、無功補(bǔ)償控制器、無功補(bǔ)償狀態(tài)顯示器等，按照對應(yīng)的情況完成相應(yīng)參數(shù)的實(shí)時控制，配合智能化處理模塊完成數(shù)據(jù)信息的收集。在智能化處理模塊中，智能電力電容器還能完成測量工作、保護(hù)工作、信號分析工作及過零投切工作等，建立自診斷功能應(yīng)用模式，實(shí)時關(guān)注投切的進(jìn)程和效果，維持應(yīng)用水平最優(yōu)化[7]。

3.3 優(yōu)化自然功率因數(shù)

為保證變電站電容器無功補(bǔ)償效果最優(yōu)化，要整合具體的應(yīng)用過程，配合技術(shù)手段提升常規(guī)化管理水平，維持良好的應(yīng)用狀態(tài)，在減少無功功率的同時，確保功率因數(shù)能滿足實(shí)際應(yīng)用需求，避免能耗損失造成的不良影響。

（1）要合理選擇用電設(shè)備的規(guī)格和型號，匹配變電站電容器的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，選取適當(dāng)?shù)奶幚矸绞胶涂刂茩C(jī)制，并且要集中落實(shí)可控的應(yīng)用監(jiān)督機(jī)制，避免用電設(shè)備出現(xiàn)輕載運(yùn)行的情況，保障無功補(bǔ)償?shù)男Ч?/p>

（2）要控制用電設(shè)備的維修質(zhì)量，保證系統(tǒng)運(yùn)行方式能實(shí)現(xiàn)優(yōu)化目標(biāo)，強(qiáng)化用電設(shè)備的匹配度。在合理選擇無功補(bǔ)償點(diǎn)的同時，采取標(biāo)準(zhǔn)化接入處理方式，維持良好的可控效果，提高補(bǔ)償功率因數(shù)，保證應(yīng)用效能的最優(yōu)化[8]。

4 案例分析

文章以S 公司運(yùn)行維護(hù)中心加氫變電所進(jìn)線為例，采取無功補(bǔ)償處理機(jī)制完成變電站電容器無功補(bǔ)償。每段電容器劃分為8 臺，其中2 臺電容的容量為20 kvar，另外6 臺電容的容量為40 kvar。電容柜內(nèi)設(shè)置無功補(bǔ)償控制器，利用系統(tǒng)電壓、電流等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和評估，計(jì)算系統(tǒng)功率因數(shù)，并自動判定投切組數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中，借助RJ45 接口線實(shí)現(xiàn)智能化系統(tǒng)的接入和處理，在獲取指令信號后，配合電容器投切容量控制模式，對電容器予以正確的投切控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功率因數(shù)的穩(wěn)定管理。在投入之前，系統(tǒng)功率因數(shù)為0.8；在投入后，系統(tǒng)功率因數(shù)逐漸升高到0.95。

借助無功補(bǔ)償控制器完成相應(yīng)參數(shù)的檢查和分析，才能建立更加直觀的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用模式，確保模擬量應(yīng)用效能的最優(yōu)化。與此同時，借助相應(yīng)的控制手段完成電容補(bǔ)償器的控制管理，能實(shí)現(xiàn)電容補(bǔ)償器的實(shí)時投入和切斷，建構(gòu)動態(tài)控制模式，為功率因數(shù)的合理優(yōu)化予以支持，減少能耗損失，為變電站智能化管理工作的順利開展予以支持。

5 結(jié)束語

總之，變電站要強(qiáng)化日常管理水平，需要嚴(yán)格控制無功功率，在減少電能損失和電壓損耗的同時，提高設(shè)備的利用率，避免無功功率造成網(wǎng)損現(xiàn)象，在不增加設(shè)備投資的情況下優(yōu)化變電站規(guī)范管理效能，配合電容器無功補(bǔ)償處理機(jī)制提高功率因數(shù)，滿足變電站環(huán)保發(fā)展要求，促進(jìn)變電站可持續(xù)健康發(fā)展。