浅析配电变压器的无功补偿

林琳 林红旺

【摘 要】本文针对我国配电网变压器无功补偿存在的一些问题，提出一种结合配电变压器和静止无功补偿单元为一体化的无功补偿技术。该技术是利用配电变压器的富余容量，动态补偿变压器及其负载的无功消耗，并且通过灵活的接入电压选择，扩展补偿单元电力电子器件的选型范围，不但紧凑的一体化结构有效降低了补偿装置的体积和成本，提高了装置的整体效率，对配电网无功动态补偿和综合电能质量控制有着显著的效果。

【关键词】配电变压器；无功补偿；电能质量

一、背景

无功功率补偿是电力部门和用户共同关注的问题，合理进行配电网的无功补偿对配电网降损节能，对改善电压质量意义重大。配电网无功补偿方案有变电站集中补偿、配电变压器低压补偿、配电线路固定补偿和用电设备分散补偿。本文主要研究配电变压器无功补偿的作用和效益。

二、目前存在的问题

我国的低压配电网主要采用三相四线制供电，由于低压配电网中存在着大量的如照明、电热器、空调等单相负荷，加之用电的季节性、时段性、随机性等诸多因素，使得三相四线制的中低压配电变压器经常处在三相不平衡的运行状态下，有时可能出现严重的不平衡状况。变压器的不平衡运行，使电网中产生负序电流和零序电流，这一方面增加了电网及配电变压器的损耗；另一方面可能对用户电器如电机等产生不利影响。严重的不平衡运行还降低了配电变压器的容量利用率，尤其在用电高峰季节，可能出现一方面是电力负荷高需求需要增加设备的供电能力，另一方面是配电变压器容量达不到充分利用的矛盾现象。配电变压器点多面广，数量特别庞大，所以解决好配电变压器的不平衡运行问题对电网节能、提高配电变压器容量利用率、减少电网投资将具有显著而重要的现实意义。

（一）优化配电变压器的方法

目前，很多单位只是单纯注重补偿用户的功率因数，而不关心降低电力网的损耗，选择无功补偿的出发点还放在用户侧而已。例如，为提高某电力负荷的功率因数，增设1台补偿箱。虽然这对降损有一定帮助，但是假如要实现有效的降损，则必须通过计算无功功率潮流，确定各点的最补偿量和补偿方式，才能发挥有限的资金最大的效益。这是仅从电力系统角度分析问题。

无功功率优化配置的目标是在保证配网电压水平的同时，尽可能降低网损。由于它要对补偿后的运行费用以及相应的安装成本同时达到最小化计算过程相当复杂。

（二）量测配电变压器无功补偿的问题

目前10kV配电网线路上的负荷点一般无表计，维护人员的技术水平和管理水平又参差不齐，表计记录的准确性和同时性无法保证。这对配电的潮流计算和无功优化计算带来很大困难。要争取带专用变压器房用户的支持，使他们能按一定要求进行记录。380V终端用户处通常只装有有功电能表，要实现功率因数的测量是不可能的，这也是低压无功补偿难于广泛开展的原因所在。

三、解决配电变压器无功补偿问题的新方法

配电网中使用的配电变压器为10kV双绕组三相变压器，在绝大多数情况下是单台运行，在配电变压器低压侧进行补偿，能有效降低配变电的损耗，也能降低线路损耗，这也是目前最普遍的补偿方法。专用变压器用户的功率因数，实现无功功率的就地平衡，对配电网和配电变压器的降损有一定作用，也保证该用户的电压水平。这种补偿方式的投资及维护均由专用变压器用户承担。目前国内各厂家生产的自动补偿装置通常是根据功率因数来进行电容器的自动投切，也有为了保证用户电压水平而以电压为判据进行控制。这种补偿方式虽然利于保证用户的电能质量，但对电力系统并不可取。因为线路电压的波动主要由无功量变化引起，而线路的电压水平由系统情况决定。

四、新无功补偿方法带来的特点

（1）过零投切，Y/D混接，实现分相补偿和三相共补；（2）响应迅速，补偿准确，具有无功补偿和配电监测的双重功能；（3）可提高功率因数、降低配电线损、提高配电变压器利用率、稳定电压，提高电能质量，降低用电成本；（4）保护功能齐全：具有过压、过流、欠压、缺相、短路、谐波超限等保护功能；（5）自动运行功能：停电退出，送电后自动恢复；（6）具有完善的数据采集、处理、统计、通讯等功能和友好的人机界面；（7）具有无功自动补偿、电网运行监测、数据采集和通讯等三大功能；（8）具有功能强大的后台管理软件，可轻松完成运行参数分析、统计和打印报表。

五、无功补偿的的实际应用注意事项

在实际应用中，補偿装置的选择和使用要考虑以下问题：装置实现自动投切、容量分级，快速响应，动态补偿。为防止三相不平衡系统的无功倒送，应要求控制器检测、计算三相无功投切控制。固定补偿部分容量过大，容易出现无功倒送，动态补偿能有效避免无功倒送。系统三相不平衡同样会增大线路和变压器损耗。对三相不平衡较大的负荷，如单相负荷多的用户，应考虑采用分相无功补偿；运行可靠性问题。装置的可靠性在开关和电容器，电容器寿命与工作条件有关，因此装置的投切开关是关键。实践表明，户外配变无功补偿因工作条件差，晶闸管或接触器补偿装置难满足可靠性要求，机电一体开关（复合型开关）是最佳选择，多种采样方式，实现智能控制。控制器的采样物理量可以采用电流、电压、无功功率和功率因数等，具体视实际情况而定，做到合理、方便。从电网降低网损角度，取无功功率为控制量是最佳控制方式。对三相不平衡较大的负荷，采用分相无功补偿装置。在实现自动投切和电容器组显示的基础上，还可以做到装置某些故障的监测、控制。装置有一定的保护措施。装置设计缺相、相序检查等方面的检测功能，以便在系统出现缺相等故障时能切除电容器，保护设备。另外，在具有较大谐波干扰的情况下，装置控制环节考虑抗谐波干扰。

六、结论

配电变压器的无功补偿是配电网降低网损、提高供电质量的有效办法，在配电变压器低压侧进行无功补偿是配电网无功补偿的一项主要措施，实际工作中，通过对配电变压器的无功补偿配置容量，可以大大提高工作效率。