【正文】 增加電網(wǎng)有功損耗。此時無功功率在系統(tǒng)中的流動方向?qū)l(fā)生改變，線路首末端的 U? 符號也將改變。當系統(tǒng)中無功不足的點較多時，將造成整個系統(tǒng)無功缺乏，使電網(wǎng)輸送能力降低，系統(tǒng)電壓下降，嚴 重時將導(dǎo)致設(shè)備損壞，甚至引起系統(tǒng)穩(wěn)定性破壞，電網(wǎng)瓦解等惡性事故。 UQXUPRU ??? (31) 式中 ： U? —— 線路上的電壓降； P —— 線路中傳輸有功功率； Q —— 線路中傳輸?shù)臒o功功率； R, X —— 線路的電阻和電抗； U —— 節(jié)點電壓； 在電網(wǎng)中的某個點產(chǎn)生無功不足時，就會發(fā)生不足的無功功率在電網(wǎng)中流動。當電網(wǎng)中的某個點產(chǎn)生無功功率需求時，需要在該點提供與所需的無功容量相等的無功電源供給，否則該點將出現(xiàn)無功不足，其不足的無功功率將通過線路傳輸來供給，因此該點的電壓必將降低。因為線路及一些電器設(shè)備如變壓器、電動機等需要建立磁場，電流滯后于電壓，因此系統(tǒng)中需要無功功率，也就需要無功電源供給。 (3)電網(wǎng)無功優(yōu)化補償對電網(wǎng)安全、經(jīng)濟運行的重要性：電網(wǎng)公司的任務(wù)就是為社會提供普遍的服務(wù)，電網(wǎng)的作用就是對各類用戶盡可能經(jīng)濟地提供可靠而滿足標準要求的電能，以隨時滿足各類用戶要求。在新的形勢下，如何更好地經(jīng)營管理好電網(wǎng)，保證電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟運行，使電力體制改革得以順利實施，是電網(wǎng)公司目前面臨的一項緊迫任務(wù)。國家電網(wǎng)公司已于 2021年開始，在全系統(tǒng)開展了供電“優(yōu)質(zhì)服務(wù)”活動，向社會提出八項服務(wù)承諾，其中的保證供電可靠率和保證居民客戶端電壓合格率，是供電服務(wù)承諾的硬指標。區(qū)域性電網(wǎng)公司將在今年年底前正式成立。通過幾年來開展和實施“廠網(wǎng)分開，竟價上網(wǎng)”試點 ，己經(jīng)取得了許多寶貴的經(jīng)驗。因此，為使電力生產(chǎn)更好滿足全社會需要，大力加強電網(wǎng)無功優(yōu)化補償?shù)难芯恳殉蔀楫攧?wù)之急。在負荷低谷時段，無功負荷小并且功率因數(shù)高，高壓電網(wǎng)電壓偏高，中、低壓配電網(wǎng)電壓過高；在負荷尖峰時段，無功負荷大并且功率因數(shù)低，高壓電網(wǎng)電壓偏低，中、低壓配電網(wǎng)電壓更低，部分臺區(qū)電壓甚至達不到要求。另外，我國城鄉(xiāng)居民生活水平和生活質(zhì)量的日益提高，各類照明燈具、視聽產(chǎn)品、洗衣機、電炊具己基本普及，電冰箱、空調(diào)、電暖氣、電熱水器等用電功率大、消耗無功多的大宗家電逐漸進入了百姓家庭，導(dǎo)致居民用電迅速增長的同時，無功電量增長也大幅度上升。工業(yè)耗能高、缺乏竟爭力企業(yè)關(guān)?；蜣D(zhuǎn)產(chǎn)等原因，造成需電量增長速度下降。電力系統(tǒng)向著高電壓、大電網(wǎng)、高參數(shù)大機組方向發(fā)展，經(jīng)濟效益顯著提高，電網(wǎng)建設(shè)和電力生產(chǎn)、技術(shù)裝備和管理都邁上了新臺階 。 (七 )不能達到全局最優(yōu) 目前的自動補償方式均針對采樣點數(shù)據(jù)進行計算，因為控制器之間缺乏信息交流，采用的算法落后，控制器不能綜合全網(wǎng)運行情況使無功潮流的分布趨于最合理，經(jīng)濟效益達到最佳，同時也不能實現(xiàn)對電網(wǎng)的遙測，不適于現(xiàn)代化電網(wǎng)的發(fā)展趨勢 [3] [4]。 （六）抗干擾能力差，故障率高 因為控制器的工作環(huán)境存在大電流、較強磁場等，對弱電設(shè)計部分的抗干擾能力要求很高。 FC+TCR(固定電容器十晶閘管控制電抗器 )和 TSC(晶閘管開關(guān)電容器 )是 SVC 的兩種典型結(jié)構(gòu)。當配電系統(tǒng)非線性用電負荷比重較大時，并聯(lián)電容器組的投入，一方面由于電容器組的諧波阻抗小，注入電容器組的諧波電流大，使電容器過負荷，嚴重影響其使用壽命； 另一方面，當電容器組的諧波容抗與系統(tǒng)等效諧波感抗相等而發(fā)生諧振時，引起電容器諧波電流嚴重放大，其結(jié)果是電容器因過熱而損壞，系統(tǒng)電壓嚴重畸變，影響其他用電設(shè)備的安全運行。顯然，不論是瞬間的電壓閃變還是持續(xù)的中點電位偏移，都不僅會干擾相關(guān)系統(tǒng)的正常工作而且可能危及人身與設(shè)備安全，這就要求相應(yīng)的動態(tài)無功補償裝置在快速補償無功的同時，還具有均荷能力，可以實時地將三相不平衡負荷自動均衡為三相平衡負荷。 (三 )不能提供動態(tài)無功補償?shù)娜嗑煽?制 無功補償裝置通常按三相平衡設(shè)計，但是電網(wǎng)中的許多沖擊負荷往往具有三相不平衡性質(zhì)，如冶金電弧爐、大型熔焊機、電氣化鐵路的電力機車等均為具有隨機特征的三相不平衡負荷。電壓的升高將不僅威脅線路和設(shè)備的安全，也威脅電容器自身的安全。電容器過補償容易抬高網(wǎng)絡(luò)電壓，增加有功損耗，降低功率因數(shù)。目前在我國城市中較普遍采用集中安裝方式，但衡量兩種方式則以分散補償為好，因而應(yīng)提倡在 380/220V低壓網(wǎng)應(yīng)采用分 散補償方式[3] [5]。在開、停過程中涌流較大，易造成設(shè)備損壞。但其缺點是不能解決低壓網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部無功電流的流動，補償容量大，投入資金高，特別是自動補償，按循環(huán)方式投、切，被切除的電容要有充足的放電時間，才能再次投入，電容配置容量相對較大，相應(yīng)損耗也大。電容器的充、放電功能，可以有效的穩(wěn)定電壓，提高供電質(zhì)量。 根據(jù) P=scos? 當功率因數(shù)cos? =1 時，有功功率 P 等于變壓器的視在功率 S 而一般自然功率因數(shù)在 之間，如不進行補償，供電變壓器的效率就很準提高，例如， 1000kva 的變壓器僅能帶 600700kw 的有效功率。缺點是不能減少電力用戶內(nèi)部各條配電線路的無功負荷和電能損耗。 （二）集中無功補償方案 通常指裝于地區(qū)變電站或高壓供電電力用戶降壓變電站母線上的高壓電容器組；也包括集中裝設(shè)于電力用戶總配電高低壓母線上的電容器組。 其缺點是需要人工頻繁投、切。其優(yōu)點是在低負荷時，可以相應(yīng)停運數(shù)組，以防過補償。 分散無功補償方案常見有以下幾種方式 : ①高壓電容器分組安裝于城鄉(xiāng)電網(wǎng) 10kv， 6kv 配電線路的桿架上； ②低壓電容器安裝于公用配電變壓器的低壓側(cè)； ③低壓電容器安裝于電力用戶各車間的配電母線上。同時，對于頻繁操作的設(shè)備，由于瞬間大電流的頻繁沖擊，也是造成電容器易損壞的一 個方面，所以，此種方式中電容器使用壽命大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 短。特別是能夠有效抑制設(shè)備瞬間出現(xiàn)的電流波動沖擊電網(wǎng)。運行時電機所需無功由電容器就地供給，能量交換距離最短，可以最大限度的降低線路的電流。 在電機 等感性負載旁和電容器直接并聯(lián)，與電機等同開，同停。在效果上，它起著一個可變無功負載作用，調(diào)整其值起到保持交流電壓為常數(shù)的作用。一般的包含了一個電抗器用來對諧波進行濾波。 (一 )就地?zé)o功補償方案 該方案又稱“個別補償”，電容器直接裝于用電設(shè)備附近，與電動機的供電回路相并聯(lián)，常用于低壓網(wǎng)絡(luò)。但不同的補償方式，在實際中的補償效果仍有所差異。 國內(nèi)主要補償方案及無功補償裝置存在的問題 配電網(wǎng)中常用的無功補償方式包括 :在高低壓配電線路中分散安裝并聯(lián)電容器組；在配電變壓器低壓側(cè)和車間配電屏間安裝并聯(lián)電容器以及在單臺電動機附近安裝并聯(lián)電容器 (就地補償 )等。 智能型低壓無功補償裝置是一種安全、可靠、可控的低壓無功補償新設(shè)備。階梯容量選擇太大，當所需容量小于階梯容量時，該階梯容量就投不上，不能很好發(fā)揮無功補償?shù)淖饔茫浑A梯容量選擇太小，設(shè)備投資就會增加，使無功補償?shù)慕?jīng)濟性變差，可能會得不償失。 低壓無功補償裝置的電容器可以有多種階梯容量，如 :5kvar, 10kvar, 15kvar 等，大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 這樣在總?cè)萘肯嗤那闆r下，可以獲得較多的容量組合。同時，這樣做還能避免晶閘管電路的本身對電力系統(tǒng)的諧波污染，提高開關(guān)電路和接觸器的使用壽命。這種裝置既保證了裝置的響應(yīng)速度和安全可靠性，又降低了裝置本身的能耗，固態(tài)繼電器處于導(dǎo)通狀態(tài)時，能耗比較 大。智能型的低壓無功補償裝置除具有以上技術(shù)特點 外，針對低壓配電網(wǎng)的不對稱度很大，三相電流不平衡等特點，通過采集到的三相電壓、電流信號，以無功電流為控制量，做為電容器投切的判據(jù)，這種檢測方法簡單，補償效果與電網(wǎng)電壓的波動無關(guān)，這樣可以很好地避免過去的低壓無功自動補償裝置因采用功率因數(shù)作為電容器投切的判據(jù)，輕載時容易產(chǎn)生投切震蕩，重載時又不易達到充分補償?shù)娜秉c，使裝置的性能更加可靠。 近年來，低壓無功補償裝置發(fā)展較快。 低壓無功補償裝置 低壓無功補償裝置的核心元件是低壓電容器。這樣不僅節(jié)約了投資費用，也減少了運行維護費用。它的優(yōu)點是體積 小、自愈性能強、損耗低、無污染、不燃燒、不爆炸、安全可靠，目前得到了迅速的推廣和使用。在電容器內(nèi)部充填蛙石，起阻燃防爆作用進一步保證單元電容器不爆炸不燃燒，提高工作可靠性。為解決這一矛盾，采用鍍層邊緣加厚技術(shù)，并提高制造工藝。金屬鍍層的厚度對電容器性能影響很大，鍍層越薄擊穿場強越高，自愈時所產(chǎn)生的能量越低。金屬化膜則采用在聚丙烯薄膜表面，蒸鍍層薄的金屬充當電極，薄膜表面蒸鍍采用的金屬材料主要有鋁和鋅兩種。 1998 年，國內(nèi)研制成功了一種新型 10kV 并聯(lián)電容器 干式自愈型并聯(lián)電容器。當發(fā)生故障時電容器外殼發(fā)生破裂，不僅使內(nèi)部浸漬的絕緣油外泄，污染周圍的環(huán)境，而且造成 10kV配電線路故障，影響供電可靠性。以前的 10kV并聯(lián)電容器是油浸箔式電容器，連接于 10kV配電線路上時，須要安裝隔離開關(guān)。 中壓線路無功補償裝置 中壓線路無功補償裝置就是 10kV線路并聯(lián)電容器。為了改善薄膜的滲透性，又制成了表面粗化的薄膜，由此可以制成全膜無紙的電容器。聚大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 丙烯薄膜的耐壓強度和機械強度都很高，損失角很小，吸水性低，而且化學(xué)穩(wěn)定性和電老化性能好，用它代替電容器紙，可降低介質(zhì)損耗，提高上作電場強度，因而可以提高電容器的容量。集合式并聯(lián)電容器占地面積小，雖初步了達到小型化的要求，但仍屬于充油設(shè)備，如何實現(xiàn)無油化和更好地實現(xiàn)自動投切是今后的土要發(fā)展方向。適用于變電站戶外集中補償，因此在近年的城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)與改造中得到了大量的應(yīng)用，并在電網(wǎng)實際運行中也積累了許多寶貴的運行經(jīng)驗，尤其是在一些無功補償容量較小的中小型變電站中，運行情況非常令人滿意。另外，容量可調(diào)可以使電容器隨負荷的變化靈活地調(diào)整，更好地發(fā)揮無功補償裝置的作用。 35kV電壓等級按對地絕緣分可分為全絕緣和半絕緣產(chǎn)品。如按相可分為單相和二相式， 35kV 電壓等級一般為二相式， 110kV電壓等級產(chǎn)品為單相式。 因容量僅有微小變化，故裝置仍能繼續(xù)正常運行。并聯(lián)電容器采用小元件加內(nèi)熔絲的保護。隨著變電所所址選擇向城市負荷中心發(fā)展，和變電設(shè)備的小型化，散裝框架式并聯(lián)電容器逐步被集合式并聯(lián)電容器所取代。散裝框架式并聯(lián)電容器的優(yōu)點是布局清晰，安全距離和絕緣距離較大，由于采用單臺外熔絲保護電容器發(fā)生故障時，外熔絲示意牌掉下，運行人員能夠很快地發(fā)現(xiàn)故障電容器并及時更換，為裝置重新投入運行爭取了時間。高壓并聯(lián)電容器按結(jié)構(gòu)型式可分大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 為散裝框架式和集合式。 高壓無功補償裝置 高壓無功補償裝置廣泛地采用高壓并聯(lián)電容器。 靜止補償器的主要優(yōu)點是無功調(diào)整范圍大、投入迅速，動態(tài)響應(yīng)速度快等。它是將電力電容器與電抗器并聯(lián)起來，電容器可發(fā)出無功功率，電抗器可吸收無功功率，兩者結(jié)合起來使用。盡管如此，由于電容器技術(shù)的不斷改進和低廉的價格，并聯(lián)電容器已經(jīng)成為電力系統(tǒng)的上要無功能源和電網(wǎng)無功補償?shù)碾娋W(wǎng)無功補償裝置的首要選擇對象。另外，并聯(lián)電容器是靜止設(shè)備，運行維護簡單，不需要額外的運行和維修人員，運行費用低，它還沒有噪音，在戶內(nèi)戶外安裝均可。電容器的損耗低、效率高，油紙電容器的損耗低于額定容量的 %，近代電容器的損耗已經(jīng)降低到 %～%以上。 并聯(lián)電容器的優(yōu)點是經(jīng)濟、靈活、損耗低、安裝維護方便。它的作用就在于重負荷時發(fā)出感性無功，補償負荷所需。 并聯(lián)電容器 并聯(lián)電容器的結(jié)構(gòu)比較簡單，主 要由芯子、油箱和出線三部分組成。此外，由于它是一種旋轉(zhuǎn)設(shè)備，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要有一整套輔助系統(tǒng)，維護工作量大，需要專門的運行和維修人員，并且在定檢查期間還影響電網(wǎng)的無功功率供應(yīng)。同步調(diào)相機的安裝一般至少需要一年以上，而且在投入運行時要消耗有功功率。它的優(yōu)點是可以平滑地改變無功功率的大小和方向，調(diào)整電壓平滑，單機容量可以做得較大，因此無功輸出容量基本不會受到限制，更重要的是，它可以有效地支撐電網(wǎng)的電 壓提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性。同步調(diào)相機一般裝設(shè)自動調(diào)節(jié)勵磁裝置，能自動地在電網(wǎng)電壓降低時增加輸出無功以維持電壓，在有強勵裝置時，在電網(wǎng)故障情況下也能調(diào)整系統(tǒng)電壓保證繼電保護裝置的正確動作，有利于系統(tǒng)穩(wěn)定運行。它可以過勵磁運行，也可以欠勵磁運行 ，運行狀態(tài)根據(jù)系統(tǒng)的需要來調(diào)節(jié)。 大慶石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 第 2 章 無功補償裝置及補償方式分析 無功補償裝置 從目前國內(nèi)外無功補償裝置的應(yīng)用情況看，無功補償裝置主要有同步調(diào)相機、井聯(lián)電容器和靜止補償器等三種。目前，國內(nèi)對用于城市配電網(wǎng)公用變低壓側(cè)的無 功自動補償系統(tǒng)的研究正在起步。 發(fā)、供電部門，除了供給用戶的有功負荷之外，還要供給用戶以無功負荷。目前，國內(nèi)無功補償主要采用變電站集中補償和企業(yè)就地補償兩種形式。因此，在公用變低壓側(cè)進行無功功率補償已成為目前提高供電水平、降低無功損耗急需解決的問題。過低的功率因數(shù)導(dǎo)致公用變低壓側(cè)線路損耗大，供電電壓指標不能滿足用戶要求。 從微觀角度看，隨著電網(wǎng)容量的擴增，用戶家用電器感性負載的不斷增加，使得城市配電網(wǎng)公用變低壓側(cè)功率因數(shù)較低。系統(tǒng)無功對電壓影響大。因此，配電網(wǎng)優(yōu)化具有 :降低損耗、提高電壓質(zhì)量、縮短停電時間、縮小停電面積等意義 [1]。以最經(jīng)濟的方式