吉 煜，馬亞楠

國網(wǎng)江蘇省電力有限公司宿遷供電分公司，江蘇 宿遷 223800

0 引言

隨著電網(wǎng)技術(shù)的進一步開發(fā)與改進，電力資源的基本布局不斷優(yōu)化，保證了電力資源的合理分配。我國經(jīng)濟社會的發(fā)展和電力工業(yè)的發(fā)展密切相關(guān)。電力工業(yè)既是對國民經(jīng)濟安全發(fā)展的推動力量，也是社會秩序、人民生活的根本保障。只有系統(tǒng)分析我國變電所一次設(shè)計和無功補償設(shè)計的發(fā)展現(xiàn)狀，剖析其中存在的漏洞，根據(jù)分析結(jié)果給出改善方法與對策，才能促進我國電力工業(yè)的發(fā)展，達到穩(wěn)定、安全發(fā)展的目標。變電所作為我國供電系統(tǒng)中不可分割的重要環(huán)節(jié)，和我國電力工業(yè)的發(fā)展密不可分，是實現(xiàn)變電的重要環(huán)節(jié)[1]。文章主要研究變電所的一次設(shè)計及無功補償設(shè)計，希望推進電網(wǎng)技術(shù)進一步發(fā)展。

1 變電一次設(shè)計的優(yōu)化措施

1.1 選擇合理的變電所位置

為了優(yōu)化變電一次設(shè)計，必須結(jié)合我國具體情況分析變電所的建設(shè)位置。建設(shè)變電所的基本原則是不影響周圍環(huán)境，同時提高設(shè)備的效率和使用壽命[2]。要合理地選擇變電所的地址，需要考慮資源和費用的問題，要使環(huán)境、經(jīng)濟效益相協(xié)調(diào)，保證變電所的使用壽命。首先，變電所的選址應(yīng)該考慮周圍的用電情況，選擇輸電輻射范圍最大的地區(qū)建設(shè)變電所，這樣可以減少輸電成本和電場的功率損失，從而降低電力資源傳輸過程的浪費，提高電力資源利用率。另外，變電所選址時也需要考慮后續(xù)變電所的改建和擴建，如果變電所對周圍環(huán)境的干擾超過允許范圍，需要對其進行合理的改造，使其對周邊的影響最小化。

1.2 重視變電主接線的設(shè)計

在變電所的一次設(shè)計中，變電所不僅需要滿足基礎(chǔ)用電需求，而且也要最大限度地減少資源和時間成本，提高經(jīng)濟效益。電能質(zhì)量與使用方式直接影響電能傳送的安全性、可靠性和電網(wǎng)的經(jīng)濟效益。在設(shè)計主要電氣布線時，必須重視電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。變電所的主接線設(shè)計需充分考慮國內(nèi)的電力負荷，必須具備能夠承受最大輸入、輸出電壓和電流的回路，不會因為過載而導(dǎo)致傳輸出現(xiàn)問題。另外，在設(shè)計時，要對主接線進行調(diào)試，在運行時搜集數(shù)據(jù)，并依據(jù)數(shù)據(jù)進行科學(xué)分析，以免造成資源浪費。有關(guān)部門要反復(fù)查看和維護變電所的主接線，以提高線路的使用壽命，以免發(fā)生任何問題[3]。變電所主接線設(shè)計圖如圖1 所示。

圖1 變電所主接線設(shè)計圖

2 無功補償裝置

2.1 調(diào)相機

調(diào)相機是一種用于無功補償裝置的同步器，其工作原理與同步電動機空載運行原理相似。在運行時，勵磁可以自動調(diào)整設(shè)備，使同步調(diào)制器根據(jù)設(shè)備發(fā)送的電壓來吸收或輸出無功功率，從而確保電網(wǎng)的穩(wěn)定性。但調(diào)相機為轉(zhuǎn)動機械，其有功功率較大，同步相機容量較小，會導(dǎo)致調(diào)相機的單位容量上升。

2.2 電容

電容在無功補償中有著很重要的作用，其可以接受并傳遞容性功率，可以適應(yīng)感性負載電路和感性負載系統(tǒng)的需要，進而達到無功補償?shù)哪康?。一般情況下，可以通過電容并聯(lián)提高容性負荷。在無功補償設(shè)計中，使用電容可以減少經(jīng)濟投入，且裝配與調(diào)試工作相對簡單、損失較少、效率較高。在目前的無功補償設(shè)計中，無功功率與節(jié)點電壓成正相關(guān)、與無功功率值成負相關(guān)，當節(jié)點電壓下降、無功功率上升時，無功功率會減少，直接影響小功率設(shè)備的補償效率。無功補償電容的設(shè)計圖如圖2 所示。其中，Qc為無功補償數(shù)值，QF為負載無功功率，QS為無功功率，QL為電抗器無功功率。

圖2 無功補償電容設(shè)計圖

2.3 無功補償用串聯(lián)電抗器

一般來說，串聯(lián)電抗器主要用來限制短路電流，也有在濾波器中與電容器串聯(lián)或并聯(lián)用來限制電網(wǎng)中的高次諧波。無功補償用串聯(lián)電抗器按用途可以分為限流電抗器、濾波電抗器和抑制諧波電抗器[4]。

（1）限流電抗器。其可以降低電容器組的涌流倍數(shù)和涌流頻率，便于選擇配套設(shè)備和保護電容器。根據(jù)《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計規(guī)范》（GB 50227—95）要求應(yīng)將涌流限制在電容器額定電流的10 倍以下，為了不發(fā)生諧波放大（諧波牽引），要求串聯(lián)電抗器的伏安特性盡量為線性。

（2）串聯(lián)濾波電抗器。電抗器阻抗與電容器容抗全調(diào)諧后，組成某次諧波的交流濾波器。濾去某次高次諧波，而降低母線上該次諧波的電壓值，使線路上不存在高次諧波電流，提高電網(wǎng)的電壓質(zhì)量。

（3）抑制諧波的電抗器。使用該電抗器的先決條件是需要清楚電網(wǎng)的諧波情況，查清周圍用電戶有無大型整流設(shè)備、電弧、煉鋼等能產(chǎn)生諧波的設(shè)備，有無性能不好的高壓變壓器及高壓電機，盡可能實測一下電網(wǎng)諧波的實際量值，再根據(jù)實際諧波量來配置適當?shù)碾娍蛊鳌?/p>

2.4 無功補償器

無功補償器在電子供電系統(tǒng)中所承擔的作用是提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，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。所以無功補償器在電力供電系統(tǒng)中處在一個不可缺少的非常重要的位置。無功補償器的主要組成部分有固定電容、可控交流電抗器、晶閘管投切電容、晶閘管投切電抗器。其中，晶閘管投切電抗器的無功補償機理主要是通過調(diào)整晶閘管的接觸角度，進而調(diào)整等效電壓大小，以調(diào)節(jié)系統(tǒng)的無功補償輸出。然而，由于晶閘管在裝置的運行中存在移位控制，當發(fā)生并導(dǎo)通時，其內(nèi)部流體電流比維持電流少時才能斷開晶閘管。因此，在每個半數(shù)的功率周期中，晶閘管只能進行導(dǎo)通，這意味著晶閘管投切電抗器會存在延遲問題，有一定的滯后性，從而對系統(tǒng)的動態(tài)反應(yīng)能力產(chǎn)生一定影響。

2.5 靜態(tài)無功發(fā)生器（SVG）

目前，各區(qū)域變電所一次設(shè)計中已廣泛應(yīng)用無功補償技術(shù)，并制訂相應(yīng)的技術(shù)執(zhí)行目標，來實現(xiàn)強化無功補償技術(shù)的目標。變電所采用的部件以變頻器為基礎(chǔ)，能夠適應(yīng)本地區(qū)用電客戶的用電要求，但是在長期的應(yīng)用中，變電所會產(chǎn)生高次諧波傳動，影響變電所的穩(wěn)定性，給變電所帶來安全隱患。在以往的設(shè)計中，利用集裝電容對諧波進行無功補償，可以有效地抑制諧波的危害。不過，這些補償技術(shù)缺乏時效性，且不同的等級電容容量變化很大，變電所也無法實施精確的控制。目前，在電力行業(yè)中已廣泛應(yīng)用靜態(tài)無功發(fā)生器（SVG）裝置，通過SVG 裝置調(diào)節(jié)電容容值，以達到對電容響應(yīng)的目的。

使用SVG 進行無功補償，對電力系統(tǒng)、電力設(shè)備等具有較大的積極影響。

（1）SVG 運行時，其內(nèi)部線路能夠自動改變交流電流的方向[5]。由于靜態(tài)無功發(fā)生器是一種全控制裝置，其可以自由控制交流電壓的相位，也可以控制交流電壓的變化幅度與相位。

（2）靜態(tài)無功發(fā)生器可以監(jiān)控功率自動變換器；能通過調(diào)節(jié)交流電抗器中的輸出電流，實現(xiàn)功率自動變換，并利用動態(tài)的無功補償系統(tǒng)進行無功補償[6]。

（3）當使用了SVG 后，SVG 隨著負荷無功功率的變化，對無功功率做出補償，從而減少總線損失，提高電能的使用效率[7]。

（4）SVG 對諧波進行動態(tài)補償，改善電力品質(zhì)。

（5）由于SVG 擁有極快的反應(yīng)速度和極高的穩(wěn)定性，對各種諧波傳動均具有動態(tài)監(jiān)控和補償功能，不會因為功率參數(shù)的變化而受到干擾。

3 無功補償設(shè)計建議與管理措施

電力企業(yè)要從理論上進行分析，并根據(jù)變電所的實際情況，制定一套科學(xué)的管理規(guī)劃，提升設(shè)備的穩(wěn)定性，并根據(jù)不同的專業(yè)特征，從總體上改善變電所的穩(wěn)定性和可靠性。

（1）提高無功補償設(shè)備的設(shè)計水平是提高無功補償設(shè)計科學(xué)性的關(guān)鍵。要嚴格控制應(yīng)用于無功補償設(shè)計的硬件設(shè)備，注重設(shè)備質(zhì)量，確保設(shè)備質(zhì)量能夠滿足電力系統(tǒng)無功補償設(shè)計要求[8]。

（2）建立合理、科學(xué)的無功補償管理方案，合理劃分管理者的職責，保證各部門的工作人員能夠協(xié)調(diào)工作，充分發(fā)揮其優(yōu)勢。公司要按照變電所的不同用途和建設(shè)規(guī)模，合理配置公司各個部門的任務(wù)，使公司的管理優(yōu)勢和效益得到最大程度的發(fā)揮，使變電所一次設(shè)計的無功補償特點和優(yōu)越性得到最大程度的實現(xiàn)，完善電力系統(tǒng)無功補償?shù)脑O(shè)計。

（3）無功補償系統(tǒng)設(shè)計完成后，需要在使用前對系統(tǒng)的性能進行測試。新系統(tǒng)的性能可能會偏離設(shè)計預(yù)期，因此需要對新系統(tǒng)進行保護，預(yù)防安全事故的發(fā)生。同時，要注意保護新型無功補償系統(tǒng)的質(zhì)量和有效性，確保無功補償系統(tǒng)具有穩(wěn)定性和安全性。

（4）電力企業(yè)各部門協(xié)調(diào)配合開展無功補償設(shè)計，嚴格把控各個設(shè)計環(huán)節(jié)。為確保無功補償系統(tǒng)及時運行，設(shè)計過程中的問題和缺陷被盡快發(fā)現(xiàn)和糾正。在驗收過程中，必須進行多次試驗，在試驗中發(fā)現(xiàn)問題，根據(jù)發(fā)現(xiàn)的問題進行改進，提高無功補償?shù)脑O(shè)計水平，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

（5）要進行合理的線路設(shè)計，增加電力傳輸效率，實現(xiàn)各地生產(chǎn)資源的高效利用，有效推進社會進步[9]。

4 結(jié)束語

文章分析了變電所一次設(shè)計及無功補償設(shè)計的有關(guān)技術(shù)及設(shè)計方法。從一次設(shè)計開始，重點介紹了無功補償設(shè)備的特點及設(shè)備的應(yīng)用流程，同時對于進一步提高無功補償設(shè)備的設(shè)計水平提出了一些建議。但是變電一次設(shè)計及無功補償技術(shù)還需要進一步發(fā)展，將各種新技術(shù)不斷應(yīng)用于變電所無功補償技術(shù)中，不斷實現(xiàn)自動化及智能化，滿足我國的能源需求，這樣會極大地促進我國電力行業(yè)的發(fā)展。