分布式电站的无功补偿装置的选择

王彤

摘要：随着燃气发电机组的性能提升及节能减排的要求，利用油田伴生气建立分布式电站，替代柴油发电机组，为油井提供电力，具有十分重要的经济效益及社会环保效益。为了提高电能质量，减少输送电能损失，解决好无功补偿问题，具有十分重要的意义。根据无功功率的补偿要求及技术特点，依据无功补偿的原则，介绍无功补偿的意义及补偿原理，并且明确无功补偿装置选择的依据。无功电力是影响电压质量的一个重要因素，电压质量与无功是密不可分的，可以说，电压问题本质上就是无功问题，解决好无功补偿问题，具有十分重要的意义。

关键词：分布式电站、无功功率;补偿

1概况

为了节能减排、充分利用油田上充足的油田伴生气体，建立分布式燃气发电站替代柴油发电机组给抽油机提供动力具有十分重要的意义。建立分布式电站替代分散式供电（每口油井配置一台发电设备）还具有供电可靠性高、管理方便等优点，因此在油田采用分布式电站为附近的油田设备统一输送电力具有一定的优势，也是油田设备供电发展的一个趋势。而油田设备主要以电动机、变压器为主，自然功率因数较低，功率因数低会对分布式电站造成不好的影响。

2无功补偿介绍

电力系统运行的经济性和电能质量与无功功率有重大的关系。无功功率是电力系统一种不可缺少的功率。大量的感性负荷和电网中的无功功率损耗要求电力系统提供足够的无功功率，否则电网电压将下降，电能质量得不到保证。同时，无功功率的不合理分配，也将造成线损增加，降低电力系统运行的经济性。

在电力系统中，电压和频率是衡量电能质量的两个最重要的指标。为确保电力系统的正常运行，供电电压和频率必须稳定在一定的范围内。频率的控制与有功功率的控制密切相关，而电压控制的重要方法之一就是对电力系统的无功功率进行控制。

现如今大部分用电设备为感性负载，自然功率因素较低，用电设备在消耗有功功率的同时，还需无功功率由电源送往负荷。功率因素是供用电系统的一项重要技术指标，通过合理采用无功补偿技术，可以减少无功功率在电网中的流动。

3无功补偿装置的确定

根据实际情况，各个油井的设备安装基本已经就绪，电站的发电设备及配电设备也已经基本确定，并且根据负载具有动态变化但总体功率变化幅度不大的特点，结合无功补偿装置的特点以及考虑经济型，选择具有自动补偿功能的并联电容器补偿设备，补偿方式选择在电站变压器6.3kV端进行集中补偿。

3.1无功补偿容量的选择

根据负载情况和负载特性来确定比较可行。通过负载和补偿前后的功率因数及变压器的容量，通过理论计算来确定补偿电容器的容量比较科学，选择补偿容量过大，造成补偿装置的浪费;过少，补偿装置的意义就没有发挥出来，所以，补偿装置容量的确定是十分重要的。

3.2串联电抗器的选择

由于运行设备中存在变频器等非线性设备，因此电网中不可避免会存在谐波电流，同时电容器的投入又会产生所谓“谐波放大”现象，加剧谐波危害，造成电网电压畸变，对包括电容器在内的各种电气设备造成危害。为了抑制这种现象的发生，一般在电容器回路中串联电抗器。另外在投切电容器时会产生合闸涌流，为了抑制合闸涌流，也会在电容器回路中串联电抗率0.1%—1%的电抗器。在电容器回路中串联不同电抗率的电抗器，其对谐波源所产生的各次谐波电流的作用也是不相同的。实际上电抗器及其电抗率的选择与谐波源的大小、主要谐波电流的次数、电容器组的容量以及接入处的短路容量有关。

4 1000kvar无功补偿装置的介绍

4.1技术指标

额定电压：6kV;

额定频率：50Hz;

电容器容量：1000kvar;

分组方式：100+200+300+400;

工作方式：自动/手动;

电抗率：5%;

电容接线：单星形接线，中性点不接地。

工频耐压（6kV）：一次/25kV，1min;二次/2.5kV，1min;

雷电冲击耐压：60kV（峰值）。

4.2保护功能：

a）.系统异常保护：当系统出现过压、失压、欠压、欠流、缺相时，控制器自动闭锁，待系统正常后，控制器自动解锁并正常运行;

b）.瞬时过压保护：配置电容专用氧化锌避雷器实现雷击过电压和操作过电压等瞬时过压保护;

c）.快速放电保护：配置电容器专用放电线圈，在电容器断电后其端电压在5s内自额定电压峰值降至50V以下。

d）.抑制涌流保护：配置电抗率为5%的串联电抗器，有效抑制电容器组的投入涌流，同时具有抑制系统5次以上高次谐波的作用。

4.3装置的结构特点

单套装置由4台柜体组成，主要由高压隔离开关、电容器投切专用真空接触器、放电线圈、电流互感器、串联电抗器、高压并联电容器、避雷器、高压无功补偿控制器、电容器专用微机综合保护器等设备元件组成。

采用HWGK型高压智能补偿控制器，该控制器集保护、测量、监视、控制、人机接口、通信等多种功能于一体， 在提高功率因数的同时，最大限度地降低线路无功损耗。

采用HWCZB-1型电容器微机综合保护器，实现各支路电容的过流保护、速断保护和开口三角电压保护等，任一组电容发生故障时保护动作切除相应的电容组，其它电容组仍能正常运行不受影响。

系统融入时限概念，有效保证电容器动作的平滑性，避免因电压波动、突变暂态扰动引起的电容器频繁投切或震荡投切。

可现场设置线路PT/CT参数，电压上下限参数，无功功率值、功率因上下限参数，各种保护定值及动作延时，电容器日动作次数限制等，确保装置工作模式合理，保护功能有效。

具有多种控制方式：电压无功综合控制、无功功率控制、功率因数控制、电网电压控制、时间控制、各种延时控制以及每日动作次数控制等。

装置具备完善的保护闭锁功能，可按设置的各项保护参数来 执行保护及闭锁功能。

装置的进线方向：电缆下进线。

4.4、装置控制原则

装置调节控制的原则是：保证供电电压在允许变动（整定值）范围内的前提下，充分调节控制装置的无功补偿功能;在保证电压合格和无功补偿效果不变的情况下，有效减少电容器的投切次数，实现电网无功功率就地平衡，降低电网损耗，提高电压合格率。

1）电压优先，电容器组自动投切原则

a.电压超高定值时，切除电容器组;

b.电压超低定值时，在保证不过补条件下投入电容器组。

2）无功补偿控制原则（即电压合格范围时的原则）

a.无功欠补投电容器组;

b.无功过补切电容器组;

c.投电容器之前先探询是否投后电压超高限，再决定是否投电容（由软件模糊理论分析决定）

5补偿装置应用后的节能效益

（1）采用无功补偿装置后，为用电负载提供了近100%的无功功率。因几乎所有的负载都是感性负载，感性负载运行时需要大量的无功功率。无功补偿装置这时就能提供感性负载所需要交换的无功功率，因此，电网的功率因数就得到了极大的提高，并由此带来了一系列的节能效果。

（2）提高了供配电设备的供电能力。供配电设备的供电能力主要由线路输出能力和配电变压器的容量来决定的，对于一定容量的用电负载，当其有功功率为一定值时，功率因数越低，需要提供的电流越大;进行无功补偿后，负荷需要的无功部分由补偿电容器来提供，线路和变压器只需要提供有功功率即可，因此线路和变压器上的电流大大的降低，可以满足更多的负荷需求，相对来说也就提高了供配电设备的供电能力。

（3）降低了配電变压器及线路的损耗。根据以上的量性分析和实际情况，由于供电线路和变压器的电流降低，变压器与线路上的损耗与电流的平方成正比，因此电流减少，损耗也就大大减少了。

6结束语

安装无功补偿装置是提高供电电网功率因数，减少供配电设备及输电线路有功电能损耗的有效节能措施。补偿装置的安装，给电站带来了一定的经济效益和社会效益，是值得推广的一种节能有效措施。