电力供电系统的无功补偿自动控制设计麦群毅

电力供电系统的无功补偿自动控制设计麦群毅

麦群毅

(三亚欣城电力设计工程有限公司海南三亚572000)

摘要：电力系统与社会生产生活密切相关，我国用电需求快速增长，电网更加复杂，无功需求量也不断增加，需要在电网中安装无功补偿装置，满足电力需求。基于此，本文对电力供电系统的无功补偿自动控制设计进行相关内容的分析，旨在实现自动控制，为系统的安全运行提供保障。

关键词：电力供电系统；无功补偿自动控制；设计

引言

随着我国经济的快速发展，用电负荷不断增加，给供电企业带来严峻的挑战。发展无功补偿技术是电力系统自动化的必然结果，也是电力系统研究和自动化技术的重要课题。以无功补偿为基础，设计实施电力系统的自动化控制，能够全面监控电力系统，及时发现故障，促进电力供电系统的安全稳定运行。

一、无功补偿的意义和无功补偿方式及其特点

（一）意义

①减少电费开支提高供电能力

电力公司对企业的用电收费标准是按照平均功率因数进行收费。一般以cosΨ=0.9为基数，高则减免收费，低于0.85则收取功率调整费。电容补偿以后，供电能力提升，还样可有效减小供电系统中的电缆截面，降低材料消耗。

②节约电能

无功补偿在提高功率因数的同时，节约无功功率线路损耗引起的电能损失。节约电能，有挖掘变压器的潜力和减少供电线路的电能损失两种方式。

（二）无功补偿方式及其特点

对于供电系统的无功补偿，通常在变电站进行集中补偿，主要目的是改善输电网的功率因数，提高线路末端的供电电压和补偿主变压器的无功损耗。补偿电器主要为并联电容器、同步电动机静止补偿器等，目前普遍采用并联电容器。

①高压集中补偿

高压集中补偿是将并联电容器集中装设在变电所的6kV～10kV母线上，只能补偿6kV～10kV母线前所有线路上的无功功率，而母线后的企业内部线路没有得到补偿，其经济效益不如低压成组补偿和低压分散补偿好。目前，部分企业已采用无功微机综合控制装置，在保证电压合格和无功最佳效果的情况下，有载调压变压器分接头的调节次数比同类装置或人工调节约减少1/3，同时线损降低20%左右。但是，该设备初期调节方便，便于维护，投资少，避免过补。这种补偿方式在大中型企业中应用较广泛。

②高压分散补偿

该补偿方式主要有箱式变电站自动补偿和杆上无功补偿方式，主要应用于城市的高压配电中。

③低压分散补偿

该补偿是将并联电容器分散安装在用电设备的附近或者各个车间，其能够补偿安装部位前边所有高低压线路和变压器的无功功率，补偿范围大，效果较好。低压补偿方式具有体积小、免维护、智能化、价格较低及功能完善等优点，在民用与工业配电网中应用比较多。但是个别电容器组在用电设备停止工作时同时退出电网，利用率也不高，多使用在负荷较分散和补偿容量小的小型工业场所内。

④低压成组补偿

该补偿是将并联电容器组装在车间变电所380V低压母线上，这种补偿方式能够补偿车间变电所低压母线前边，包括车间变压器和工业场所内高压电缆在内的所有无功功率，补偿范围比高压集中补偿大、比低压分散补偿小。

二、在电力供电系统的应用

在早期的电力供电系统中，大部分采用无源补偿装置，补偿无功功率。随着用电需求增加，电网承受压力增大，传统装置已经不能满足需求。新型电力电子装置有源动力滤波器迅速发展，能够实时补偿无功功率分量，动态抑制不断变化的谐波，广泛应用于电力工程中。有源滤波器的总体框架如图1。滤波器接入电网的方式不同，有串联、并联和混合接入。串联型损耗比较大，电路保护复杂，很少在工程实践中应用。许多电网系统采用并联型或者混合型。并联型技术比较成熟，能够很好地无功补偿，抑制谐波，应用比较广泛。混合型通常只能针对特定负荷的供电网络，应用有一定的局限性，难以满足负荷运行变化大的电网系统的补偿要求。

无功补偿在应用时应当注意几点问题，如下：①正确选择电动机和变压器装置以减少线路的感抗。选择电动机的经常负荷不应低于其额定容量的40%，尽可能使其接近满载运行；平均负荷小于40%的电动机应当更换小容量电动机，轻载或者空载启动的电动机还可以将定子的三角形接线改成星形接线。变压器负荷率宜选。为60%～85%。②无功倒送。无功倒送会加重输电线路的负担与增加配电网的损耗，是电力系统所不允许的。对工矿企业采用固定电容器补偿的用户，负荷在低谷时可能造成无功倒送，解决的办法是采用电容自动补偿装置或者部分投入电容器；对于民用配电网，当三相负荷不平衡时就有可能造成无功倒送。解决的办法是除了尽量使三相负荷平衡外，采用电容自动补偿装置。③运行维护。供电系统的电压过低或者功率因数时，则应当投入并联电容器。并联电容器组在正常运行时，值班员应当定期检视其室温、电流和电压等，并且检查其外部，看其是否有外壳膨胀、喷油和漏油等现象，以及有无痕迹或者放电声响、指示灯是否正常、接头有无发热现象、放电设备是否完好等。当发生以下任一种情况时，应当立即将电容器切除：电容器爆炸；接头严重过热；套管闪络放电；电容器严重喷油或者燃烧；环境温度超过40℃；变配电所的母线电压超过电容器额定电压的1.1倍。电容器从电网切除以后，立即通过放电回路充分放电。在切除电容器之前，必须从仪表指示或者灯光的外观检查放电回路是否完好。低压电容器放电时间应当为1min以上，高压电容器放电时间应当为5min以上。

三、电力供电系统无功补偿自动控制的主要技术

（一）技术环节

在自动化电网系统控制中，首先要对监控的数据进行采集，通过采集装置能够显示电网运行的状态信息数据、故障参数数据等，包括脉冲、模拟量、状态量、保护动作信息、定值信息等。比较重要的状态量，通过双位置接点进行采集，保证信息能够准确反映。状态量数据包括断路器状态信息、隔离开关、变压器分接头位置等，模拟量采集主要有母线电压采样、功率采样、回流电流采样等。脉冲量采集有采集动作信号、保护状态、定值等数据，主要是继电保护数据。数据采集需要进行数据采样和变换处理。采样的模拟信号经过转换，会产生误差，需要数据分析校正，数字滤波运算、FFI频谱分析等，然后输出到下一模块。经过传感器，被测信号进入系统，需要预处理，调整电平比例等处理，满足采样的要求。

（二）关键设计

有源电力滤波器能够动态抑制电力系统产生的供电谐波动，对无功功率进行补偿。设计电力供电系统的无功补偿自动控制系统，硬件设计是基础框架，硬件设计影响着系统的稳定性、运行的性能等，从而影响系统的监控效果和整体运行。实现自动控制的基本功能，需要有良好的硬件电路，为后期系统的改造提升提供基础。

无功补偿自动控制系统要求实时远程监控电网的运行，以及较高的信号传输速度，并且能够大量采集和处理现场数据，完成较多的设备管理工作。在设计中，需要采用高端数字信号处理器，应用于控制核心系统中，有高的控制能力和信号处理能力，有高性能DSP功能和微控制器功能，进行复杂的控制运算，完成运行监控。

结束语

总的来说，在电力供电系统中选择无功补偿自动控制设计，不仅可以大大降低电网功率因数，还可以减少电能损耗，可以说，这对今后电网建设有着十分重要的现实意义。

参考文献:

[1]韩博文,许传祺.浅谈电力设计中无功补偿自控方案的应用[J].科技创新导报,2015,12(02):109.

[2]覃俭峰.浅谈电力设计中无功补偿自控方案的应用[J].通讯世界,2013(09):102-103.

[2]郑智甫.浅谈无功补偿自控方案在电力设计中的应用[J].中国科技纵横,2015(02):179.