摘要：通过调节电容器工作电压，改变向电网馈送的无功总量，调节电压、无功，改善供电质量。

关键词：深度调压变压器；动态无功补偿；过电压；涌流

随着我国国民经济的不断发展，各行各业对电力的需求量与日剧增，电力负荷越来越大。由于感性负荷较大，造成电网功率因数降低，损耗增大，能源利用率降低，供电质量下降。因此，搞好无功补偿，提高功率因数，降低供电损耗，提高供电质量，一直是应重点解决的问题。

1现状

无功补偿目前主要有同步调相机和固定电容器两种补偿方式。由于固定电容器设备简单、投资较小、维护费用较低，因此，除非特殊需要，都采用固定电容器补偿。

目前我国电力系统所采用的电容器无功补偿主要有单组或多组投切固定补偿方式、可控电抗器配合调节等方式。在这些方式中，电容器均是全电压投切。

2存在的问题

2.1运行工作条件差

电容器具有高场强、满负荷、频投切等特点，目前较大容量无功补偿装置一般采用分组投切方式，此方式在分闸时易产生操作过电压，在合闸时易产生较大涌流，对电网、电容器和断路器冲击很大，极易造成电容器、开关的损伤；其电气寿命、机械寿命都大大降低，因此如何减少操作过电压及涌流等对电容器、开关造成的冲击，是提高电容器装置安全可靠运行的关键；有些不脱网静态无功、电压调节装置采用电容器与可控电抗器配合的调节原理，而这种方式损耗大、造价高、维护复杂，并且不能减小投入时对电网和电容器的冲击。

2.2确定合理补偿容量困难

确定合理的补偿容量是一个难题，如果选取的容量过大，负荷不大，整组投入过补，电压偏高；不投时功率因数偏低；如果容量较小，补偿容量不足。

2.3及时投切不容易

如无自控装置，人员不能全面照顾变化情况，电容器投切不及时，易造成电压、功率因数指标不合格。

这些问题都影响补偿装置的安全运行，造成电压、功率因数不合格，给系统安全运行和电网损耗带来一定影响。调压式动态无功补偿系统能够较好的解决上述问题。该系统通过改变补偿电容器电压的方法改变补偿电容器发出的无功量，在综合测控系统的控制下实现全自动跟踪动态无功补偿。

3调压式高压动态无功补偿

3.1工作原理

动态补偿是根据感性无功变化，及时调节补偿电容器发出的无功总量。改变无功总量有两种方法：一是改变投入的等效电容量，另一个是改变电容两端的电压。传统补偿方式采用的是改变投入的等效电容量的方法，调压式高压动态无功补偿系统采用的是第二种方法，即：在电源频率一定的情况下，补偿容量与电容器运行电压的平方成正比。如果我们调节电容器两端的工作电压，就可以调节电容器发出的无功总量，实现动态无功补偿。

补偿系统采用特殊设计的深度调压变压器，实现大范围动态调压。调压装置在高压无功补偿自动控制装置的控制下根据系统感性无功的变化，动态调节电容器两端的电压，通过特种调压变压器实现动态无功的馈送。由计算机构成的高压无功补偿自动控制装置，通过实时采集电网的电压、电流、功率因数，分析负荷的变化趋势、系统无功功率、系统谐波含量、电压波动情况等，利用模糊控制技术调节有载分接开关，实现动态优化补偿，并达到无功补偿容量随系统负荷无功容量的变化自动跟踪的目的。

3.2总体结构

根据测试结果，确定分组电容器的容量，分别串联滤波电感（电抗器）组成偏谐振的L-C无源滤波器，为不同次谐波提供一并联低阻抗通路，起到滤波作用。

自耦变压器的电磁容量约为额定补偿容量的0.15倍。这样可大幅度降低变压器的损耗，提高效率。

电压调节过程中通过桥接电阻实现过渡，电压切换时电容器不脱开网络，不存在由于电源相位形成的电压叠加问题，调节过程中不会对补偿系统和电网及其他电器产生冲击。

调压分接开关，机械寿命长（不低于50万次），切换动作速度快（切换过程小于60ms），满足频繁快速投切要求。

所有这些，都可以在保证功率因数和电能质量的前提下，提高电容器组和电网运行安全性。

3.3系统优点

系统示意图如图1所示。

图1系统示意图
本系统主要由五部分组成：深度调压无功补偿变压器、真空有载调压开关、补偿电容器组、保护系统、测控系统。

其中的保护系统可保护电容器和调压器出现异常时切除，保证设备安全，减少损失。

4系统产生的效益

以滦平供电局某站安装该系统后的情况示例。

由于电容器断路器正常情况下不再频繁投切（即使投切也都工作在较小电流下），因此，可大大延长断路器的检修周期。现在一般真空断路器动作25次检修一次，以每次检修3个人、每人差旅费15元、每个台班100元计算，每年一台断路器可节省8000元（含材料费）。现在真空断路器机械寿命在1万次左右，过去真空泡出现问题频繁经常更换，此项目实施后预计断路器寿命至少可达30年。

若按传统做法，该站一段母线带4组电容器，加装此系统后，节省3组10kV（或35kV）间隔（包括开关、开关柜、隔离开关、TA、指示仪表、保护等设备及相应的一、二次电缆），其节省费用在20万元以上（仅估算节省装置的费用，未考虑节省的房屋设施费用）。

由于提高了安全运行可靠性，减少了电容器故障及由于电容器故障引起的电网故障，增加供电量。

系统能够跟踪变电站运行工况实时调节无功功率，使变电站保持较高功率因数（可达0.96以上），并且不会造成过补偿，因此可以降低网损，提高供电能力和电能质量。以变电站主变为10000kVA为例，如安装高压电容器不脱网动态无功补偿系统，若平均提高功率因数0.04，年降低损耗约125MWh；电费按0.3元/kWh计算，企业可增收约3.75万元；

由于提高了功率因数，降低了无功电流，可以增加变电站电气设备尤其是主变有功负载能力，在供电紧张的情况下此点尤为重要。

按平均增加负载能力1计算，可增加有功负载100kW，年增加供电量876MWh；利润按0.1元/kWh人民币计算，企业可增收约8.76万元；

简单计算，仅以上几项，每套调压式动态无功补偿系统每年可为企业创造直接经济效益约33.32万元。

5结束语

调压式高压动态无功补偿系统运行稳定可靠，动态补偿效果明显，比并联可控电抗器补偿系统损耗小、噪音低。比高压分组投切补偿安全可靠、寿命长、维护费用低。调压过程中电容器不脱网，对电网和各种设备没有冲击。在低补偿容量时其工作电压远低于额定电压，可明显延长电容器和串联电抗器的使用寿命。而并联可控电抗器式高压补偿系统在低补偿容量时，一般网络电压较高，电容器仍工作在网络电压下与电抗器交换能量。

总之，调压式高压动态无功补偿系统可靠性高、动态调节范围宽、容量大、系统附加损耗小、对电容器没有冲击且能延长电容器使用寿命、补偿容量的调节不改变谐波吸收比等，与其它几种动态补偿系统相比具有明显的优势，非常适用于电力系统的高压大功率动态补偿或电气化铁路牵引变电所的动态无功补偿。可显著提高功率因数、有效改善供电质量，具有明显的经济效益和社会效益。

作者介绍

王艳辉（1969-），电力系统自动化，wang-yanhui99@163.com。

刘志军（1965-），电力工程师，电力系统自动化。