变电一次设计及无功补偿设计研究

吉 煜，马亚楠

国网江苏省电力有限公司宿迁供电分公司，江苏 宿迁 223800

0 引言

随着电网技术的进一步开发与改进，电力资源的基本布局不断优化，保证了电力资源的合理分配。我国经济社会的发展和电力工业的发展密切相关。电力工业既是对国民经济安全发展的推动力量，也是社会秩序、人民生活的根本保障。只有系统分析我国变电所一次设计和无功补偿设计的发展现状，剖析其中存在的漏洞，根据分析结果给出改善方法与对策，才能促进我国电力工业的发展，达到稳定、安全发展的目标。变电所作为我国供电系统中不可分割的重要环节，和我国电力工业的发展密不可分，是实现变电的重要环节[1]。文章主要研究变电所的一次设计及无功补偿设计，希望推进电网技术进一步发展。

1 变电一次设计的优化措施

1.1 选择合理的变电所位置

为了优化变电一次设计，必须结合我国具体情况分析变电所的建设位置。建设变电所的基本原则是不影响周围环境，同时提高设备的效率和使用寿命[2]。要合理地选择变电所的地址，需要考虑资源和费用的问题，要使环境、经济效益相协调，保证变电所的使用寿命。首先，变电所的选址应该考虑周围的用电情况，选择输电辐射范围最大的地区建设变电所，这样可以减少输电成本和电场的功率损失，从而降低电力资源传输过程的浪费，提高电力资源利用率。另外，变电所选址时也需要考虑后续变电所的改建和扩建，如果变电所对周围环境的干扰超过允许范围，需要对其进行合理的改造，使其对周边的影响最小化。

1.2 重视变电主接线的设计

在变电所的一次设计中，变电所不仅需要满足基础用电需求，而且也要最大限度地减少资源和时间成本，提高经济效益。电能质量与使用方式直接影响电能传送的安全性、可靠性和电网的经济效益。在设计主要电气布线时，必须重视电力系统结构。变电所的主接线设计需充分考虑国内的电力负荷，必须具备能够承受最大输入、输出电压和电流的回路，不会因为过载而导致传输出现问题。另外，在设计时，要对主接线进行调试，在运行时搜集数据，并依据数据进行科学分析，以免造成资源浪费。有关部门要反复查看和维护变电所的主接线，以提高线路的使用寿命，以免发生任何问题[3]。变电所主接线设计图如图1 所示。

图1 变电所主接线设计图

2 无功补偿装置

2.1 调相机

调相机是一种用于无功补偿装置的同步器，其工作原理与同步电动机空载运行原理相似。在运行时，励磁可以自动调整设备，使同步调制器根据设备发送的电压来吸收或输出无功功率，从而确保电网的稳定性。但调相机为转动机械，其有功功率较大，同步相机容量较小，会导致调相机的单位容量上升。

2.2 电容

电容在无功补偿中有着很重要的作用，其可以接受并传递容性功率，可以适应感性负载电路和感性负载系统的需要，进而达到无功补偿的目的。一般情况下，可以通过电容并联提高容性负荷。在无功补偿设计中，使用电容可以减少经济投入，且装配与调试工作相对简单、损失较少、效率较高。在目前的无功补偿设计中，无功功率与节点电压成正相关、与无功功率值成负相关，当节点电压下降、无功功率上升时，无功功率会减少，直接影响小功率设备的补偿效率。无功补偿电容的设计图如图2 所示。其中，Qc为无功补偿数值，QF为负载无功功率，QS为无功功率，QL为电抗器无功功率。

图2 无功补偿电容设计图

2.3 无功补偿用串联电抗器

一般来说，串联电抗器主要用来限制短路电流，也有在滤波器中与电容器串联或并联用来限制电网中的高次谐波。无功补偿用串联电抗器按用途可以分为限流电抗器、滤波电抗器和抑制谐波电抗器[4]。

（1）限流电抗器。其可以降低电容器组的涌流倍数和涌流频率，便于选择配套设备和保护电容器。根据《并联电容器装置设计规范》（GB 50227—95）要求应将涌流限制在电容器额定电流的10 倍以下，为了不发生谐波放大（谐波牵引），要求串联电抗器的伏安特性尽量为线性。

（2）串联滤波电抗器。电抗器阻抗与电容器容抗全调谐后，组成某次谐波的交流滤波器。滤去某次高次谐波，而降低母线上该次谐波的电压值，使线路上不存在高次谐波电流，提高电网的电压质量。

（3）抑制谐波的电抗器。使用该电抗器的先决条件是需要清楚电网的谐波情况，查清周围用电户有无大型整流设备、电弧、炼钢等能产生谐波的设备，有无性能不好的高压变压器及高压电机，尽可能实测一下电网谐波的实际量值，再根据实际谐波量来配置适当的电抗器。

2.4 无功补偿器

无功补偿器在电子供电系统中所承担的作用是提高电网的功率因数，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。所以无功补偿器在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。无功补偿器的主要组成部分有固定电容、可控交流电抗器、晶闸管投切电容、晶闸管投切电抗器。其中，晶闸管投切电抗器的无功补偿机理主要是通过调整晶闸管的接触角度，进而调整等效电压大小，以调节系统的无功补偿输出。然而，由于晶闸管在装置的运行中存在移位控制，当发生并导通时，其内部流体电流比维持电流少时才能断开晶闸管。因此，在每个半数的功率周期中，晶闸管只能进行导通，这意味着晶闸管投切电抗器会存在延迟问题，有一定的滞后性，从而对系统的动态反应能力产生一定影响。

2.5 静态无功发生器（SVG）

目前，各区域变电所一次设计中已广泛应用无功补偿技术，并制订相应的技术执行目标，来实现强化无功补偿技术的目标。变电所采用的部件以变频器为基础，能够适应本地区用电客户的用电要求，但是在长期的应用中，变电所会产生高次谐波传动，影响变电所的稳定性，给变电所带来安全隐患。在以往的设计中，利用集装电容对谐波进行无功补偿，可以有效地抑制谐波的危害。不过，这些补偿技术缺乏时效性，且不同的等级电容容量变化很大，变电所也无法实施精确的控制。目前，在电力行业中已广泛应用静态无功发生器（SVG）装置，通过SVG 装置调节电容容值，以达到对电容响应的目的。

使用SVG 进行无功补偿，对电力系统、电力设备等具有较大的积极影响。

（1）SVG 运行时，其内部线路能够自动改变交流电流的方向[5]。由于静态无功发生器是一种全控制装置，其可以自由控制交流电压的相位，也可以控制交流电压的变化幅度与相位。

（2）静态无功发生器可以监控功率自动变换器；能通过调节交流电抗器中的输出电流，实现功率自动变换，并利用动态的无功补偿系统进行无功补偿[6]。

（3）当使用了SVG 后，SVG 随着负荷无功功率的变化，对无功功率做出补偿，从而减少总线损失，提高电能的使用效率[7]。

（4）SVG 对谐波进行动态补偿，改善电力品质。

（5）由于SVG 拥有极快的反应速度和极高的稳定性，对各种谐波传动均具有动态监控和补偿功能，不会因为功率参数的变化而受到干扰。

3 无功补偿设计建议与管理措施

电力企业要从理论上进行分析，并根据变电所的实际情况，制定一套科学的管理规划，提升设备的稳定性，并根据不同的专业特征，从总体上改善变电所的稳定性和可靠性。

（1）提高无功补偿设备的设计水平是提高无功补偿设计科学性的关键。要严格控制应用于无功补偿设计的硬件设备，注重设备质量，确保设备质量能够满足电力系统无功补偿设计要求[8]。

（2）建立合理、科学的无功补偿管理方案，合理划分管理者的职责，保证各部门的工作人员能够协调工作，充分发挥其优势。公司要按照变电所的不同用途和建设规模，合理配置公司各个部门的任务，使公司的管理优势和效益得到最大程度的发挥，使变电所一次设计的无功补偿特点和优越性得到最大程度的实现，完善电力系统无功补偿的设计。

（3）无功补偿系统设计完成后，需要在使用前对系统的性能进行测试。新系统的性能可能会偏离设计预期，因此需要对新系统进行保护，预防安全事故的发生。同时，要注意保护新型无功补偿系统的质量和有效性，确保无功补偿系统具有稳定性和安全性。

（4）电力企业各部门协调配合开展无功补偿设计，严格把控各个设计环节。为确保无功补偿系统及时运行，设计过程中的问题和缺陷被尽快发现和纠正。在验收过程中，必须进行多次试验，在试验中发现问题，根据发现的问题进行改进，提高无功补偿的设计水平，保证系统的稳定运行。

（5）要进行合理的线路设计，增加电力传输效率，实现各地生产资源的高效利用，有效推进社会进步[9]。

4 结束语

文章分析了变电所一次设计及无功补偿设计的有关技术及设计方法。从一次设计开始，重点介绍了无功补偿设备的特点及设备的应用流程，同时对于进一步提高无功补偿设备的设计水平提出了一些建议。但是变电一次设计及无功补偿技术还需要进一步发展，将各种新技术不断应用于变电所无功补偿技术中，不断实现自动化及智能化，满足我国的能源需求，这样会极大地促进我国电力行业的发展。