电网无功补偿装置设计思路

电网无功补偿装置设计思路

摘要:文章阐述了电力系统的无功补偿装置对电网系统功率因数以及对电力系统主要设备的保护的意义，系统分析了无功补偿装置的选则原则以及各种补偿方法，并对设计中常见的几种选择形式进行分析，阐明了无功补偿装置对节约电能，提高电网功率因数以及提高电网可靠性有很重要的作用，对无功补偿装置及其连接系统进行优化设计是非常必要和迫切的从事设计供配电设计、补偿设备生产人员能够提供一定的参考和借鉴作用。

关键词： 电力系统；无功补偿装置；电容器；电抗器

Preliminary StudiesDESIGN OF REACTIVE POWER COMPENSATION DEVICE

LIBO

（Shaanxi provincial design institute of Hydraulic and electricity engineering, Xi’an710001）

ABSTRACT：It designs power system to equip to aegis charged barbed wire net system power factor and to electric power system main equipments of electric power system that summary, article described the meaning, system analyzed to Reactive Power Compensator to equip of then choose the function circumstance of the principle and every kind of equipments, combine to design inside the form of familiar and a few choices proceeds analysis, described is cleared to Reactive Power Compensator to equip the right economy electric power, and increase the charged barbed wire net power to factor and dependable contain very important function, right be engaged in design to Power Supply and Distribution Design, compensate the equipments produce the personnel can provide reference significancewith draw lessons from the function.

Keywords: power system；Reactive Power Compensator；Capacitor；Reactor

一、概述

随着我国经济发展和人民生活水平的提高，各产业和民用用电量大幅度增加，新增用电负荷中，整流和变频设备所占的比例增加，无功负荷电流和谐波电流增大供电系统损耗。在电网系统中，装设无功补偿和适当的滤波装置，是减少系统损耗，提高电能质量的有效措施。无功补偿装置的良好运行可以保证系统运行的稳定，减小系统损耗，增加系统有效电能的输送，避免多种低功率因数带来的危害。故系统无功补偿装置是电力系统一个非常重要的设备，保证这些无功补偿装置良好的运行对于相连电网的安全经济运行具有十分重要的意义。

根据无功补偿的原则：分散布置，就地补偿；无功补偿装置的主要类型多种，在电网内一般广泛采用的是高压并联电容器装置，多数集中装设于各级变电所作为调相调压的一种主要手段，故确保装置系统配置的合理性和性能的可靠性，是十分必要的。而目前系统中无功补偿装置和故障率居高不下的现象非常普遍，故需要对无功补偿装置及其连接系统进行优化设计是非常必要和迫切的。

二、无功补偿装置的选则

1、无功补偿装置参数的选取

（1）电容器额定电压的选取

确定电容器额定电压既要考虑串联电抗器对电容器电压的抬高，也要考虑由于投入了电容器组对母线电压的提高。在《规范》中有电容器额定电压的计算方法

·(1-K))即按6%及以下的电抗率时10kV级电容器额定电压选的电抗率时，电容器额定电压选的方法选取。

（2）串联电抗器额定电流的选取

《规范》中5.5.5规定：“串联电抗器的额定电流不应小于所连接的电容器组的额定电流，其允许过电流值不应小于电容器组的最大过电流值。”，实际设计中有的将电抗器额定电流值选小，按照错误的参数使设备的导体截面选小，运行中造成导电部位发热或渗漏。

（3）放电线圈接线的设计 在《规范》中4.2.7中规定放电线圈宜采用与电容器组直接并联的接线方式。实践中发现如果采用密集型电容器或单台小容量(334 kvar及以下)电容器，如果电抗器设计在电源侧，放电线圈很容易设计成并联在电容器两端。如果电容器组采用单台小容量电容器，电抗器设计在中性点侧，放电线圈多数设计成并联在电容器与电抗器相串联的回路中。当放电线圈二次电压接成开口三角时，开口三角电压反映的是三相母线电压不平衡，不能用于电容器组的不平衡保护；有中性线时，开口三角电压是反映三相电容器的不平衡情况，可以用做电容器组不平衡保护。但缺点是：放电线圈与电容器承受的不是相同的电压，二者电压相差串联电抗器端电压的数值。在运行中易造成电容器的损坏。

（4）双星形接线中性线电流互感器加避雷器的参数

电容器组容量较大，需要设计成双星型接线时，在中性线要设计有电流互感器。为了使电流互感器不致因短路电流和高频涌放电流冲击而损坏，《规范》5.8.6条中要求在电流互感器的一、二次侧同时装设低压避雷器或只在一次侧装

低压避雷器，而多数设计单位却在双星形接线一次侧未考虑装设低压避雷器。

（5）并联电容器装置外绝缘的要求

《规范》5.1.2中规定：“并联电容器装置的电器和导体的选择，应满足在当地环境条件下正常运行过电压状态和短路故障的要求。”，在设计中，对并联电容器的设备选取都能保证其外绝缘与同级电压一致。但在个别情况却有不满足要求的，而运行中故障却发生在绝缘薄弱的环节。譬如：当电容器组将串抗设计成中性点侧时，放电线圈与串联电抗器之间的中性线用电缆连接时，将电缆采用低压电缆。在电网正常情况下，三相电容量平衡，中性点电压是个很小的数值。但由于电容器内部发生击穿、损坏，造成三相电容量不平衡或者10kV线路出现短路故障，中性点电位发生偏移时，其中性线的电压就会增大，由于低压电缆承受不了这么高的电压，就会造成中性线的击穿。

2、区域系统参数与谐波的影响

由于中小企业的非线性负荷如 中频炉等本身的设备投资不大，如要求配备滤波装置，其设备投资往往与生产设备相当，企业主一般均不愿承担。而一个变电所的10kV母线往往供许多家非线性负荷企业，如仅其中一家投入滤波器，将吸收几家非线性负荷设备产生的谐波电流，有可能会造成滤波器的过载而烧损，这也为谐波治理增加了困难。

大量非线性负荷投入电网运行，使公用电网的电压波形发生严重畸变，电能质量下降。已多次发生压变、流变绝缘击穿；电压无功综合控制器无法投入运行；谐波高时电容器不能正常投运；继电保护异常动作；电度表读数不准；功率因数表指示失真；小水电机组有时不能并网发电，有的电厂机组震动强烈、噪声增大、出力受到严重影响。

3、无功补偿装置本身质量与成套装置系统情况

（1）电力电容器

电力电容器所用固体介质材料经历了从全纸、膜纸复合到全膜介质的发展过程。由于全薄膜介质电容器具有损耗小、温升小和寿命长等优点。至1999年，国产高压并联电容器已基本实现了全膜化。在高压(10KV、6KV)无功补偿方面，我国目前普遍采用高压电容器固定补偿。很多变电所，为了解决无功负荷变化时，补偿容量也能变化的问题，将高压补偿电容器分为2－3组，用真空断路器人工控制。原来设想：重负荷时，补偿电容器全部投入；轻负荷时，切除1－2组补偿电容器。实际使用证明，用人工控制真空断路器，投切高压补偿电容器，会产生很大的合闸涌流和电压闪变，甚至引起系统振荡。不敢经常操作。实际还是固定补偿，常出现重负荷时欠补偿，轻负荷时过补偿，增加了供电系统损耗，增大了电压波动范围。

（2）氧化锌避雷器

利用氧化锌避雷器对并联电容器无功补偿装置进行过电压保护，这是运行中有效、可靠的措施之一。在电容器的操作过电压中，分闸操作过电压是最主要的。分闸操作过电压出现在单相重击穿时，其对地过电压可达4倍额定电压以上，而电容器极间超过2倍额定电压就将损坏电容器的极间绝缘，因此电容器组氧化锌避雷器常选用无间隙的。

（3）放电装置与控制测量保护装置

整套装置的保护，简而言之就是每套都采用的母线过电压、相过电流、过流速断、失压等保护。作为电容器内部故障的保护，则视电容器的一次接线而定。国标上推荐的有：单星形接线时的开口三角电压保护、串联段数为两段及以上的单星形接线时的电压差动保护、每相能接成四个桥臂的单星形接线时的桥式差电流保护、双星形接线时的中性点不平衡电流保护。在出现一相对地闪络或击穿时，都不可能对集合式电容器给予可靠的保护，因为这时电容器的元件无一损坏，没有不平衡电压或电流出现，往往要延误至电容器内部故障扩大到足以引发开口三角等保护动作为止，这对电容器的损伤难免较大，近几年来确有此类事故发生。

其中典型的有2003年8月14日，美国东部8个洲及加拿大安大略省的大规模停电其中主要原因是无功补偿不足。

（4）电抗器

电抗器是高压并联电容器装置的主要组成部分之一，它起着限制电容器组合闸涌流或兼抑制电力谐波，防止过高频率与幅值的涌流对电容器及其相连设备造成损坏，或避免电容器装置的接入对电网谐波的过度放大和发生谐振等重要作用。

（5）SVC无功补偿装置

SVC无功补偿装置是90年代后引进我国，都是通过电容器装置提供无功功率，并联补偿装置主要是躲避主要谐波，滤波补偿装置主要是“滤除”主要谐波。SVC无功动态补偿装置，采用微电脑全数字控制，全部无接点化，不产生谐波，无合闸涌流，可有效减小电压闪变和防止系统振荡，并可实现分相补偿。可与高压滤波装置组成滤波和动态补偿成套装置。有通讯接口，便于实现远程监控或遥控。可靠性高、维护工作量小，适合中、小型变电所使用(补偿容量数百至数万KVAR)。能减少电网电能损耗，提高供电质量。

三、结论

通过分析，使我们认识到无功补偿对提高电能质量、提高电网可靠性以及节约电能有很重要的作用，从而制定出关于无功补偿装置有关的设计参数、设备选型、系统参数配置、保护配合等参数，从而根据补偿装置的优缺电，选择适合本工程需要的补偿装置。随着我国经济发展和人民生活水平的提高，及各产业用电

量大幅度增加对提高和的优化电网质量非常必要和迫切，对无功补偿及其连接系统进行设计是非常必要和迫切的，对从事供配电设计、补偿设备研制人员能够提供一定的参考和借鉴作用。

参考文献

电力装置的电测量仪表装置设计规范(GBJ63—90)

《并联电容器装置设计规范》GB50227

《电力工程电气设计手册》（电气一次部分）中国电力出版社，1989年

《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》GB50062；

《电力系统自动化》电力系统自动化杂志社出版，北京，1988- 2001．

《大电网系统技术》王梅义、吴竟昌、蒙定中，水利电力出版社．1991

《区分震荡与短路的新原理》电力系统自动化杂志社出版，北京，1990