楊莉

摘 要：保證系統(tǒng)電壓的正常運(yùn)行水平和無(wú)功功率優(yōu)化配置是電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的一個(gè)重要組成部分，根據(jù)系統(tǒng)目前運(yùn)行現(xiàn)狀，找出系統(tǒng)電壓和無(wú)功功率運(yùn)行存在的問(wèn)題，并提出解決措施及建議，提高電網(wǎng)運(yùn)行電壓和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。

關(guān)鍵詞：電壓；無(wú)功；無(wú)功補(bǔ)償

1 系統(tǒng)電壓及無(wú)功功率存在的問(wèn)題

近幾年，電網(wǎng)建設(shè)投資規(guī)模加大，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨完善，新建變電站均按規(guī)程規(guī)定要求配置了無(wú)功補(bǔ)償裝置，110kv及以上變電站主變均選用有載調(diào)壓變壓器，對(duì)穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，提高電壓運(yùn)行水平起到了重要的作用，但在部分地方電網(wǎng)、農(nóng)村配網(wǎng)，在滿足用戶電壓質(zhì)量和無(wú)功功率就地平衡問(wèn)題上還存在比較突出的問(wèn)題：

1.1 在部分地方電網(wǎng)，由于與主網(wǎng)聯(lián)系薄弱，電網(wǎng)設(shè)備陳舊，部分變電壓無(wú)功補(bǔ)償裝置補(bǔ)償容量不足，需大量從系統(tǒng)吸收無(wú)功，在系統(tǒng)負(fù)荷高峰期無(wú)功出力不足，系統(tǒng)電壓偏低。

1.2 農(nóng)村配電網(wǎng)由于輸電距離長(zhǎng)、線徑小，農(nóng)村用戶低電壓?jiǎn)栴}突出。

1.3 無(wú)功補(bǔ)償裝置基本都是在變電站進(jìn)行集中補(bǔ)償，無(wú)功功率在10kv配網(wǎng)中傳輸較多，根據(jù)無(wú)功功率補(bǔ)償原則，最佳補(bǔ)償點(diǎn)應(yīng)在用戶側(cè)和配變低壓側(cè)，以減少無(wú)功功率在系統(tǒng)中的傳輸和提高用戶電壓水平。

1.4 目前，小水電站大規(guī)模開(kāi)發(fā)，規(guī)模較小的電站基本均以10kv電壓等就近接入電網(wǎng)運(yùn)行，對(duì)小水電站缺乏監(jiān)督管理手段，很少進(jìn)行無(wú)功功率管理，小水電基本都是只發(fā)有功，不發(fā)無(wú)功。

2 電壓與無(wú)功功率特性

為了合理地進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償，對(duì)電壓與無(wú)功功率的關(guān)系進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。交流電力系統(tǒng)需要電源供給兩部分能量，一部分是用于能量轉(zhuǎn)換而被消耗掉，我們稱為“有功功率”，另一部分能量是用來(lái)建立磁場(chǎng)，由電能轉(zhuǎn)換為磁能，再由磁能轉(zhuǎn)換為電能，周而復(fù)始，并沒(méi)有消耗，對(duì)于外部電路它并沒(méi)有作功，這部分能量我們稱為“無(wú)功功率”，在電力系統(tǒng)中，除了負(fù)荷無(wú)功功率外，變壓器和線路電抗也需要消耗大量無(wú)功功率。但是，需要說(shuō)明的是電壓與無(wú)功功率之間的關(guān)系要比頻率與有功功率之間的關(guān)系復(fù)雜得多，大體上表現(xiàn)在以下幾方面：

一是在一個(gè)并列運(yùn)行的電力系統(tǒng)中，任何一點(diǎn)的頻率都是一樣的，在無(wú)功功率平衡時(shí)，整個(gè)電力系統(tǒng)的電壓從整體上看是正常的，是可以達(dá)到額定值的，但有些節(jié)點(diǎn)處的電壓并不一定合格，如果無(wú)功不是處于平衡狀態(tài)時(shí)，那么情況就更復(fù)雜了，當(dāng)無(wú)功出力大于無(wú)功負(fù)荷時(shí)，電壓普遍會(huì)高一些，但也會(huì)有個(gè)別地方可能低一些，反之，也是如此。

二是系統(tǒng)需要的無(wú)功功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于發(fā)電機(jī)所能提供的無(wú)功出力，這是由于現(xiàn)代高壓電網(wǎng)包括各級(jí)變壓器和架空線路在傳送電能時(shí)需要消耗大量的無(wú)功，即“無(wú)功損耗”，一般來(lái)說(shuō)，這些無(wú)功損耗與整個(gè)電網(wǎng)中的無(wú)功負(fù)荷的大小是差不多。

三是無(wú)功功率不宜遠(yuǎn)距離輸送，當(dāng)輸送功率與傳送距離達(dá)到一定極限時(shí)，其無(wú)功損耗Q=I2X相應(yīng)也很大，所輸送的無(wú)功功率均損耗在變壓器及線路上了。另外，傳送大量的無(wú)功功率時(shí)，線路電壓損失也相當(dāng)大，同樣會(huì)造成無(wú)法傳送的結(jié)果。

所以，合理的就地?zé)o功補(bǔ)償對(duì)調(diào)整系統(tǒng)電壓、降低損耗有十分重要的作用。在進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償時(shí)應(yīng)該力求實(shí)現(xiàn)在額定電壓下的系統(tǒng)無(wú)功功率平衡，根據(jù)這個(gè)要求來(lái)裝設(shè)必要的無(wú)功功率補(bǔ)償裝置。

3 無(wú)功功率補(bǔ)償整改措施及建議

根據(jù)電力系統(tǒng)超無(wú)功電壓存在的問(wèn)題，結(jié)合無(wú)功功率特性，建議從以下幾個(gè)方面對(duì)我司無(wú)功功率配置進(jìn)行優(yōu)化：

3.1 加強(qiáng)電網(wǎng)側(cè)無(wú)功補(bǔ)償裝置的配置

一是加強(qiáng)同并網(wǎng)大電網(wǎng)的協(xié)調(diào)，在枯水期、伏旱期提高大電網(wǎng)運(yùn)行電壓運(yùn)行水平，可直接改善系統(tǒng)運(yùn)行電壓水平。

二是清理現(xiàn)有無(wú)功補(bǔ)償裝置，根據(jù)變電站負(fù)荷情況對(duì)無(wú)功補(bǔ)償裝置進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)對(duì)新建變電站配置充沛的無(wú)功補(bǔ)償裝置。

3.2 加強(qiáng)10kv配網(wǎng)側(cè)無(wú)功補(bǔ)償

一是建立小水電站的功率因數(shù)考核制度，目前已正在開(kāi)展。根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析并結(jié)合現(xiàn)有小水電分布情況，建議對(duì)小水電無(wú)功補(bǔ)償實(shí)施區(qū)別對(duì)待，對(duì)配電線路上T接小水電較多的電站建議按功率因數(shù)0.9進(jìn)行考核，小水電較少的線路T接小水電按0.85進(jìn)行考核，若功率因數(shù)考核均按0.85或0.80考核時(shí)，配網(wǎng)無(wú)功功率將向系統(tǒng)上網(wǎng)，反而增大線路損耗。

二是開(kāi)展重負(fù)荷配變和重負(fù)荷用戶無(wú)功補(bǔ)償以及重負(fù)荷線路無(wú)功補(bǔ)償。由于35kv、10kv及一些低壓配電線路的阻抗相對(duì)較大，無(wú)功潮流在線路上流動(dòng)時(shí)引起的功率損耗和電壓降落均較大，所以，在配網(wǎng)側(cè)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償可以有效地減少無(wú)功功率在電網(wǎng)中的輸送，降低網(wǎng)損和改善用戶電壓水平。根據(jù)計(jì)算，進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償后，降損效果如下式：

即當(dāng)功率因數(shù)從0.85提高至0.95時(shí)，通過(guò)上式，可求得有功損耗降低達(dá)20%左右，降損效果最明顯，線路無(wú)功補(bǔ)償?shù)慕?jīng)典補(bǔ)償方式如下表：

三是按無(wú)功功率分層分區(qū)、就地平衡的原則開(kāi)展電網(wǎng)無(wú)功經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，合理投退無(wú)功補(bǔ)償裝置。

4 無(wú)功功率補(bǔ)償方式

目前，采用較多的幾種無(wú)功補(bǔ)償裝置分別為電容器、同步調(diào)相機(jī)、電抗器、靜止型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償器（即SVC）等。

電容器以其投資省、運(yùn)行費(fèi)用低、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單和應(yīng)用范圍廣而被廣泛使用；但電容器的缺點(diǎn)是輸出無(wú)功功率與運(yùn)行電壓的平方成正比，電壓降低，輸出的無(wú)功將急劇下降，所以，事故情況下，電容器不能起到穩(wěn)定系統(tǒng)電壓的作用。

同步調(diào)相機(jī)是一種不帶機(jī)械負(fù)載的同步電動(dòng)機(jī)，它是最早采用的一種無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，其主要缺點(diǎn)是投資大，運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜、能耗高，在并聯(lián)電容器得到大量采用后，它退居次要地位；但也有其明顯的優(yōu)點(diǎn)：調(diào)相機(jī)可以根據(jù)系統(tǒng)無(wú)功的需要，調(diào)節(jié)勵(lì)磁運(yùn)行，過(guò)勵(lì)磁時(shí)可以做到發(fā)出其額定100%的無(wú)功功率，欠勵(lì)磁時(shí)還可以吸收其額定容量50%的無(wú)功功率，同時(shí)可以安裝強(qiáng)行勵(lì)磁裝置，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，可以強(qiáng)行勵(lì)磁，保持電網(wǎng)電壓穩(wěn)定，因而提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

電抗器是一種感性無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，它可以吸收系統(tǒng)中過(guò)剩的無(wú)功功率，避免電網(wǎng)運(yùn)行電壓過(guò)高。一般就安裝于超高壓等級(jí)變電站和線路，為了防止超高壓線路空載或輕負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，線路的充電功率造成線路電壓升高，同時(shí)系統(tǒng)故障時(shí)產(chǎn)生的過(guò)電壓。

靜止型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償器是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置，電容器、電抗器、調(diào)相機(jī)是對(duì)電力系統(tǒng)靜態(tài)無(wú)功電力的補(bǔ)償，而靜止型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償器主要是對(duì)電力系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)沖擊負(fù)荷的補(bǔ)償和抑制諧波，如大型電爐煉鋼、大型軋機(jī)以及大型整流設(shè)備等，也可在電力系統(tǒng)的電壓樞紐點(diǎn)、支撐點(diǎn)靜止型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償器來(lái)提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。其最大特點(diǎn)是調(diào)節(jié)快速，響應(yīng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于調(diào)相機(jī)，一般只有20ms，可以迅速改變所輸出無(wú)功功率的性質(zhì)和保持母線電壓恒定。

5 結(jié)束語(yǔ)

電壓是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，電壓質(zhì)量對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定及電力設(shè)備安全運(yùn)行、電網(wǎng)損耗、工農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量和人民生活用電都有直接影響。電力系統(tǒng)的無(wú)功優(yōu)化和無(wú)功補(bǔ)償是提高系統(tǒng)運(yùn)行電壓，減小電網(wǎng)耗損，提高系統(tǒng)穩(wěn)定水平的有效手段。隨著調(diào)度自動(dòng)化、配網(wǎng)自動(dòng)化和無(wú)人變電站的實(shí)現(xiàn)，需要速度快，收斂性良好的算法，同時(shí)伴隨著電力市場(chǎng)化的推進(jìn)，無(wú)功優(yōu)化的理論也將相應(yīng)改變并進(jìn)一步完善，無(wú)功功率優(yōu)化將得到進(jìn)一步的改善。