无功补偿设备的几种类型及应用

甘肃电力技术　无功补偿设备的几种类型及应用　郑晶晶杨勇　（甘肃电力科学研究院甘肃省兰州市　７３００５０）　【摘要】　电力系统的负荷需要消耗大量的无功功率．为了确保电网的电压质量，降低损耗，保持电压　稳定，电力系统采用无功补偿的方法来优化电网无功。　【关键词】　无功补偿同步调相机并联电容器并联电抗器无功电压综合控制静止无功补偿器　静止无功发生器静止同步补偿器　１　前言　熔接机、日光灯等负载。由表Ｉ可知，这些都属于　工业控制及电力系统常用的装置有变压器、电　感性负载，它们既要吸收大量的有功功率，又在消　动机、交直流稳压器、变速装置、感应式电热器、　耗很多无功功率。　表１　无功功率分层分区的基本平衡，是保证电压质　其中并联补偿电容器装载总组数１３１组，总容量　量、防止电压崩溃、提供整个电网系统安全稳定运　６４．５８１６万ｋｖａｒ；并联补偿电抗器装载总组数１４组，　行和经济性运行的基本条件。如果用长距离和多级　总容量５７万ｋｖａｒ。兰州地区电网的无功补偿水平从　变压器阻抗来输送大量的无功功率，不仅效率低，　２００３年起至今，年累计投入率以每年１０％左右的速　经济性差，在技术上也是行不通的。无功功率补偿　度增长，无功补偿水平逐年提高。截止目前，累计　一般分电网补偿和用户补偿二类。为了能满足各种　投入率达到４０．２５％，当月投入率达到４５．６１％。通过　正常运行条件下电压水平的质量要求，无功功率补　电容器优化补偿，累计发送无功电量与去年１至ｌ１　偿设备应具备足够的、灵活的、瞬时的调整无功功　月相比，整体呈上升趋势，止２００５年１１月，通过　率的能力；而且要有最佳的经济性，即使电网损耗　投入电容器累计产生１９６８３４．３１万ｋＶａｒ．ｈ的无功　最小、影响最小或使综合经济效益最高。为了充分　电量，与去年同期１４３６１４．９９万ｋＶａｒ．ｈ相比，多　利用设备容量，就要提高功率因数。系统功率因数　发无功电量５３２１９．３２万ｋＶａｒ．ｈ的无功电量，折合　提高后不仅减少线路电压损失，同时能抑制电压闪　有功电量４００．６５８８万ｋＶａｒ．ｈ。因此无功补偿所带　变。消减谐波，可使公用母线电压正弦波畸变率和　来的经济效益是显而易见的，我们需要坚持不懈地　电网负序电压达到国家标准。　做好这项工作。　２　兰州地区无功补偿的现状　３无功补偿设备的几种类型及应用　甘肃电网正在加大力度进行这项工作。兰州供　３．１同步调相机　电公司所属变电站６４座，变压器１２９台，容量７２７７　同步发电机既是有功功率源，又是最基本的无　ＭＶＡ：其中有载调压变压器１０８台，容量７１２６．５　Ａ；　功功率源。当系统的无功功率比较紧张时，必须充　无载调压变压器２６台，容量４９２．７ＭＶＡ。截止目前，　分利用发电机供给无功功率。例如冬季枯水季节时，　兰州电网无功补偿设备总容量为１２１．５８１６万ｋｖａｒ，　水库水源不多，水力发电厂不可能按装机容量发出　维普资讯 http://www.cqvip.com

６　无功补偿设备的几种类型及应用　额定设计的有功功率，此时应考虑将水轮发电机降　低功率因数运行，使其多发无功功率，将发电机以　调相机方式运行。同步调相机相当于空载运行的同　电容器时，最好采用集中在电站的高压母线上，这　样装置投资最小，但仅对高压电源端的用电设备起　较佳的补偿。④安装补偿电容器的电动机不能承受　反转或反转制动。当电动机停电后因惯性在继续运　转产生反电势时，不宜再次启动。⑤对低压侧电动　步发电机，在过励磁运行时，它可作为无功电源向　系统供给感性无功功率，以提高系统电压水平。在　欠励磁运行时，它可作为无功功率负荷从系统吸收　感性无功功率以适当降低系统电压水平，同步调相　机欠励磁运行最大容量一般只有过励磁运行时的容　量的５＂－－６０％。同步调相机一度发挥着重要的作用，　被称为传统的无功动态补偿装置。同步调相机容量　愈大时，其单位容量设备费用就愈低。因此适用于　机做个别补偿时，电容器的开关与电动机同时进行，　则效果最好。因为当电动机不工作时，则不必加装　补偿电容，以避免由于补偿过度，而导致线路中的　无功电流反而增大的现象。⑥补偿电容器的容量以　提高功率因数至０．９５为宜，不需要提高太多，以节　补偿容量较大的集中补偿方式。然而，由于它是旋　转电机，运行维护复杂，响应速度慢，难以满足动　约投资，同时避免由于补偿过度，而导致线路中产　生过大的充放电电流。　３．３并联电抗器　态补偿要求，现只在短路容抗很小的系统使用。　３．２并联电容器　并联电容器是电力系统无功功率补偿的重要设　并联电抗器的工作原理和并联电容器的工作原　理正好相反，它属于负补偿，常用于补偿线路电容　的作用。并联电抗器常用设备是高电压长线路的重　备，主要用于正常情况下电网和用户的无功补偿和　控制。由于它投资少，功率消耗少，便于分散安装，　维护量少，技术效果也较好，但并联电容器只能减　要补偿方式，新建变电站的电容器装置中串联电抗　器的选择要慎重，不能任意组合，一定要考虑电容　器接入、出的谐波因素。电容器组容量变化很大时，　可选用与电容器同步调整分接头的电抗器或选择串　联电抗器混合装设，以便防止电容器组投切时产生　少无功电流损耗且不能减少电压变化下限。一般来　说，每个变电站约安装１＂－－－４组电容器，对于负荷较　大的ｌｌＯｋＶ变电站和２２０ｋＶ变电站，则要装更多组　数的电容器。我国有些电网高峰时电压过低，其主　的过电压。并联电抗器常用设备是高电压长线路的　重要补偿方式。　３．４变压器　要原因是系统安装的并联电容器容量不足。有些电　网低谷时电压过高，其原因之一是高峰时系统投入　的并联电容器在低谷时没有去除或去除不够，造成　系统在低谷时无功过剩、使电压过高。因此并联电　容器不能平滑调节无功。电容器自动投切装置以主　有载调压变压器不能作为无功电源，相反消耗　电网中的无功功率，属于无功负荷之一。有载调压　变压器分接头的调整不但改变了变压器各侧的电压　状况，同时也对变压器各侧的无功功率的分布产生　影响。分接头上调后，变压器二次侧电压上升，同　时流过变压器的无功功率增加；分接头下调后，变　压器二次侧电压下降，流过变压器的无功功率减少。　３．５无功电压综合控制　无功电压综合控制（ＶＱＣ）装置是基于变电站自　动化系统的。随着无人值守变电站的增多，在变电　站中一般均有用于当地和远方监控的自动化系统或　变上无功的大小作为电容器开关投切的主要条件：　当无功大于补偿值时，电容器开关合闸；当无功变　小接近零时，电容器开关分闸。电容器开关投切的　辅助条件是母线电压的大小，这又与主变的分接位　置有关。当母线电压值异常时，电容器开关闭锁：　当母线电压大于上限整定值时，电容器开关切除；　当母线电压小于下限整定值时，电容器开关投入。　容性设备安装原则：①在电力系统中，安装容性设　具有“四遥”功能的ＲＴＵ装置，它们有完善的输入、　输出功能，包括对测量量及信号量的采集。该装置　也具有控制变压器分接头、无功控制设备开关动作　的功能。因此在此装置的基础上把相应的电压无功　控制模块添加到边远电站自动化系统软件上，即可　实现ＶＱＣ控制目的。根据设备运行需要或各单位运　备或装置以提高功率因数，其安装位置应尽量靠近　负载端，以增大补偿的效力。②容性装置安装在低　压侧时，对低压用电设备容量较大的电器，可以采　用个别装设的办法，以补偿局部无功功率消耗的情　况；而对于低压小容量零星设备，则可以采用集中　在低压配电柜内母线侧加装低压电容器的办法集中　补偿，既经济又方便维护。③对于高压侧装置安装　行方式不同，ｖＱＣ可有几种调节方式＃分接头不调节．　电容器按无功定值投切：分接头按电压定值调节，　维普资讯 http://www.cqvip.com

无功补偿设备的几种类型及应用　７　电容器定时投切；分接头按电压定值调节，无功不　调节；电容器、分接头都不调节。　３．６静止无功补偿器　静止无功补偿器（ＳＶＣ）被用于输电系统波阻抗　补偿及长距离输电的分段补偿，也用于无功补偿。　有以下几种类型：晶闸管控制电抗器（ＴＣＲ）、　晶闸　管投切电容器（ＴＳＣ）、ＴＣＲ／ＴＳＣ混合装置、ＴＣＲ与固　定电容器（ＦＣ）或机械投切电容器（ＭＳＣ）混合使用。　ＳＶＣ装置是通过改变电抗器来调节其输出的无功功　率，它输出的无功电流与系统电压成正比，因此在　电力系统电压降低时，ＳＶＣ装置输出的无功功率会以　与系统电压下降的平方的比例下降。要防止ＳＶＣ装　置接入后因改变系统阻抗特性导致出现谐振。　３．７静止无功发生器　随着电力电子技术的进一步发展，静止无功发　生器（ＳＶＧ）诞生了，它采用自换相变流电路，通过　改变输出电压调节其输出的无功功率，会以与系统　电压下降的比例而下降。他可等效为可控电流源，　接入后不会改变阻尼特性。ＳＶＧ采用门极可关断晶闸　管或其他可关断器件，因此价格比较贵，目前还没　有广泛应用。　３．８静止同步补偿器　静止同步补偿器（ＳＴＡＴＣｏＭ）是灵活交流输电系　统（ＦＡＣＴＳ）的核心装置和核心技术之一，在电力系　统维持连接点的电压为给定值，提高系统电压的稳　定性，改善系统的稳态性能和动态性能。ＳＴＡＴＣＯＭ是　基于瞬时无功功率的概念和补偿原理，采用全控型　开关器件组成自换相逆变器，辅之以小容量储能元　件构成无功补偿装置，与ＳＶＣ相比，具有调节速度　更快、运行范围更广、吸收无功连续、谐波电流小、　损耗低、所用电抗器和电容器容量大为降低等优点。　４举例　以兰州电网部分地区为例进行分析。　４．１　无功补偿装置装设不合理，无功不能就地平衡　主要体现在局部地区无功补偿容量不足。和平　变系统从３３０ｋＶ侧下网的无功缺额达到２２．８６ＭｖＡＲ，　２２０ｋＶ龚家湾变无功潮流缺额达到２９．２２ＭＶＡＲ，２２０ｋＶ　桃树坪变系统全年无功缺额主要为电容器未平衡的　缺额量，对于和平变系统和龚家湾变就适合采取分　区补偿以及变电站的就地补偿的方法，可以加装静　止无功补偿器ＳＶＣ，或者在变电站加装电压无功电压　综合控制（ＶＱＣ）。对于２２０ｋＶ桃树坪变为了不产生　较大的无功缺额，可以安装电容器，最好采用集中　在电站的高压母线上，保持电容器投入率水平，或　在变电站加装电压无功电压综合控制（ＶＱＣ），采取　分接头按电压定值调节、电容器定时投切的方式。　４．２兰州电网存在电磁环网　刘家峡一炳灵电磁环网存在的一个问题是无功　补偿容量不足和配备不合理，造成无功“窜流”现　象严重，这个情况就采用了变压器档位调整的方法。　当炳灵变１号、２号档位在９档时，无功环流消失。　４．３配网无功补偿容量缺乏　配网无功补偿容量缺乏，造成配电网损耗较大，　降低了配电线路和变压器的传输能力。从运行及投　资方面看，配变低压无功补偿电容器利用率高，使　用灵活、运行经济、设备简单，不需要维护，低压　并联补偿电容器可以分组投切，保证电压合格率和　合理的功率因数。　４．４调压手段少　兰州电网内变电站基本上都采用有载调压变压　器，在３５ｋＶ电压等级一般不采用有载调压方式。考　虑到一些站两台主变有载分头不匹配、主变额定电　压选择不当等问题，调压手段就显得不足。由于上　一级变电站缺乏调压手段，造成变电站母线电压偏　高，电容器不能正常投入。　４．５无功调压设备管理力度不够　近几年无功设备管理水平虽较以前有了很大提　高，但仍存在对电压无功重视不够的现象。不及时　安排投切电容器，变电检修单位未及时处理无功补　偿装置缺陷的，各变电站对主变分接头的调节及电　容器的投切非常有限。　５结束语　合理采用无功补偿装置，是解决电压稳定和电　压崩溃问题的最有效措施之一，对电网的安全、稳　定具有重要意义，它不仅可以实现电网的调相和调　压，降损节能，还可以提高线路的输送能力，是全　国联网、西电东送工程中提高电网暂态稳定水平、　改善电能质量的有效手段之一。　参考文献　ｌ王建蛾，吴启涛，纪延超．１ＯｋＶ高压无功功率自动补偿系　统的研制．电网技术，２００１．　（下转第３１页）　维普资讯 http://www.cqvip.com

华亭电厂２号汽轮机现状及防范措施　月之久，未能及时汇报和处理的情况。⑤由于条件　和安全可靠性的有效途径。　所限，锅炉根据实际情况进行了充压或烘干防腐外，　汽轮机以及加热器等均未采取任何防腐措施，造成　参考　文献　了机组停备用期间的腐蚀，加剧了汽轮机的结垢。　ｌ刘志江．超临界机组汽轮机固体颗粒侵蚀的综合研究电力　当然汽轮机通流部分结垢和积盐的原因是多方　设备．２００４。５．　面的，但提高炉水水质无疑是最好的方法之一。蒸　２史进渊等．超超临界汽轮机固体颗粒侵蚀的研究．动力工　汽携带的杂质是从炉水中带出来的，若炉水含盐减　程，２００３，４．　少，蒸汽带走的盐量也就会减少，通流部分的结垢　３朱宝田．固体颗粒对汽轮机通流部分的冲蚀与防治对策．　和积盐也就会减轻。同时提高人员素质，加强机组　中国电力，２００３，５．　运行和化学监测，也是防止结垢和积盐的有效方法。　４贾晓梅等．汽轮机末级叶片水蚀的机理及防护措施．东北　３结论　电力技术，２００１，１＋　５华同伦．１２５ＭＷ汽轮机末级叶片水蚀情况调查与分析．山东　汽轮机的通流部分担负着蒸汽热能的转换工　电力技术，１９９５，１．　作，其中的喷嘴、动叶片等都是很精细的重要零件，　６　孙文敏．汽轮机高压叶片积盐的原因浅析．华北电力技　这些零件的结构完整性及其气动性能的优劣决定着　术，１９９８，８．　机组整体的热经济性和安全可靠性。因而加强机组　运行、检修和化学监督无疑是提高汽轮机热经济性　收稿日期；２００６－０２－２０　（上接第７页）　２赵广，陈建业，运帅．基于ＤＳＰ的静止无功补偿装置控制　化规划．中国电机工程学报，１９９９．　器的研制．电力电子技术，２００２．　６丁晓莺，王锡凡．最优潮流在电力市场环境下最新发展．　３秦华标．电网综合补偿系统及其智能控制算法研究．华南　电力系统自动化，２００２．　理工大学，２０００．　７刘文颖，王维洲．甘肃电网内无功环流的计算分析．甘肃电　４丁晓群，周玲等．无功／电压优化集中控制系统软件．中国　力技术，２００５．　电力。２００１．　５李林川，王建勇，陈礼义，宋文南．电力系统无功补偿优　收稿日期：２００６—０３—０６　（上接第２０页）　环保的要求，不会对环境造成有害的影响。同时长　度，如果大于７Ｏ％，应启动热风干燥至空气湿度合　期停运的设备，应定期进行监督检查，定期维护，　格为止。建议每半月定时进行热风干燥一次。　以保证锅炉、汽机、电气、化学设备的完好无损。　５结论　参考文献　热力设备长期停运（６个月以上）时，可以采用　ｌ热力设备的腐蚀与防护．　十八胺成膜结合热风干燥法，使有积水和有垢的部　２张柏林．对目前锅炉停（各）用防锈蚀保护方法的综述．　分都能得到保护。积水部分吹干后可以促进成膜，　３　ＳＤＪ／６８－８４，电力基本建设火电设备维护保管规程．　解决了半年以上长期停运保养而无需点火升压再成　４许崇武．热力设备停用保护剂一次加药防锈技术．　膜，可以达到很理想的保养效果。从停炉后打开设　备和割管检查的情况来看，金属表面上千燥，所形　成的保护膜致密、均匀、憎水性好。十八胺能满足　收稿日期｛２ｏｏ６－ｏ２－１８