一、無功補償概述和原則

　　無功功率比較抽象，它是用于電路內(nèi)電場與磁場的交換，并用來在電氣設(shè)備中建立和維持磁場的電功率。它不對外作功，而是轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?。凡是有電磁線圈的電氣設(shè)備，要建立磁場，就要消耗無功功率。比如40瓦的日光燈，除需40多瓦有功功率(鎮(zhèn)流器也需消耗一部分有功功率)來發(fā)光外，還需80乏左右的無功功率供鎮(zhèn)流器的線圈建立交變磁場用。由于它不對外做功，才被稱之為“無功”。

　　電力系統(tǒng)的無功補償與無功平衡是保證電壓質(zhì)量的基本條件， 首先是一些重要原則當然很多是國網(wǎng)的原則，雖說要擺脫國網(wǎng)思路束縛，但是有些好東西還是要保留。

　　分層分區(qū)補償原則： 有鑒于經(jīng)較大阻抗傳輸無功功率所產(chǎn)生的很大無功功率損耗和相應的有功功率損耗，電網(wǎng)無功功率的補償安排宜實行分層分區(qū)和就地平衡的原則。所謂的分層安排，是指作為主要有功功率大容量傳輸即220--500 kV電網(wǎng)，宜力求保持各電壓層間的無功功率平衡，盡可能使這些層間的無功功率串動極小，以減少通過電網(wǎng)變壓器傳輸無功功率時的大量消耗;而所謂分區(qū)安排、是指110k V及以下的供電網(wǎng)，宜于實現(xiàn)無功功率的分區(qū)和就地平衡。

　　電壓合格標準：

　　500kV母線：正常運行方式時，很高運行電壓不得超過系統(tǒng)額定電壓的+10%;很低運行電壓不應影響電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定、廠用電的正常使用及下一級電壓調(diào)節(jié)。

　　發(fā)電廠和500kV變電所的220kV母線：正常運行方式時，電壓允許偏差為系統(tǒng)額定電壓0～+10%;事故運行方式時為系統(tǒng)額定電壓的的-5%～+10%。

　　發(fā)電廠和220kV變電所的110kV～35kV母線：正常運行方式時，電壓允許偏差為相應系統(tǒng)額定電壓-3%～+7%;事故后為系統(tǒng)額定電壓的的±10%。

　　帶地區(qū)供電負荷的變電站和發(fā)電廠(直屬)的10(6)kV母線：正常運行方式下的電壓允許偏差為系統(tǒng)額定電壓的0～+7%。

　　無功補償配置原則：各電壓等級變電站無功補償裝置的分組容量選擇，應根據(jù)計算確定，最大單組無功補償裝置投切引起所在母線電壓變化不宜超過電壓額定值的 2.5%,并滿足主變最大負荷時，功率因數(shù)不低于0.95。

　　以上只是大概的比例估計，具體工程的變電站的無功配置是需要通過計算的，計算分不同運行方式(針對容性和感性)，無功計算一般是有無功交換的整個區(qū)域一起計算 ，主要與區(qū)域負荷、電廠和外部無功輸入、區(qū)域內(nèi)變電站進出線充電功率有關(guān)。

　　無功不足應采取的措施：

　　要求各類用戶將負荷的功率因數(shù)提高到現(xiàn)行規(guī)程規(guī)定的數(shù)值。

　　挖掘系統(tǒng)的無功潛力。例如將系統(tǒng)中暫時閑置的發(fā)電機改作調(diào)相機運行;動員用戶的同步電動機過勵磁運行等。

　　根據(jù)無功平衡的需要，增添必要的無功補償容量，并按無功功率就地平衡的原則進行補償容量的分配。小容量的、分散的無功補償可采用靜電容電器;大容量的、配置在系統(tǒng)中樞點的無功補償則宜采用同步調(diào)相機或靜止補償器。

　　電壓中樞點：指那些能夠反映和控制整個系統(tǒng)電壓水平的節(jié)點(母線)。

　　中樞點的無功電壓控制至關(guān)重要，一般根據(jù)實際情況選擇以下作為中樞點：(1)大型發(fā)電廠的高壓母線;(2)樞紐變電所的二次母線; (3)有大量地方性負荷的發(fā)電廠母線。

　　二、無功補償來源和電壓調(diào)節(jié)設(shè)備

　　1)同步發(fā)電機：同步發(fā)電機是電力系統(tǒng)中最重要的無功補償設(shè)備。往往依照不同系統(tǒng)條件和不同的安裝位置，根據(jù)需要選擇不同的發(fā)電機額定功率因數(shù)。位于負荷中心附近的發(fā)電機組，宜于有較大的送出無功功率的能力，可以供應正常負荷的部分無功功率需求外，還可以在正常時保留一部分作為事故緊急儲備，非常重要。

　　至于送端電廠的發(fā)電機組，特別是遠方電廠，由于無功功率不宜遠送的規(guī)律，它發(fā)出的無功功率主要用以補償配出線路在重負荷期間的部分無功功率損耗，實現(xiàn)超高壓網(wǎng)無功功率的分層平衡。功率因數(shù)一般都較高。例如，巴西伊泰普水電.站中，有9臺765MW的機組接在交流側(cè)，經(jīng)900k m ,765kV交流線路到受端，機組的額定功率因數(shù)選為0. 95，另9臺7機通過直流線路到受端，其額定功率因數(shù)選為 0. 85 ,因為前者只需要補償線路，后者還需要補償換流站的無功(換流站的無功需求相當大)。

　　反過來說，接到超高壓電網(wǎng)特別是位于遠方的發(fā)電機組需要具有適當?shù)倪M相運行能力(吸收無功)，使能在系統(tǒng)低負荷期間，吸收配出的超高壓線路的部分多余無功功率，以保持電廠送電電壓不超標。

　　這點在工程實踐中往往是一個后備方案，即機組的進相運行來調(diào)整電壓。我國一般現(xiàn)在機組都會做進相運行試驗。

　　2)輸電線路：輸電線路既能產(chǎn)生無功功率(由于分布電容)又消耗無功功率(由于串聯(lián)阻抗)。當沿線路傳送某一固定有功功率，線路上的這兩種無功功率適能相互平衡時，這個有功功率，叫做線路的“自然功率”。這點應該是較為基本的認識，所以有功潮流大的線路，無功消耗也大，自然產(chǎn)生較少無功;空載線路也最容易貢獻無功，從而抬升電壓。尤其是500kV層面小負荷方式下容易無功剩余。

　　3)變壓器：變壓器是消耗無功功率的設(shè)備。除空載無功損耗外，當傳輸功率時，又通過串聯(lián)阻抗產(chǎn)生無功損耗。依前所述理由，通過變壓器傳送大量的無功功率在運行中應當是力求避免的，當變壓器短路阻抗大時更當如此。通過變壓器傳送功率產(chǎn)生的電壓降，可以適當選擇變壓器的電壓抽頭予以補償。

　　電壓器主要分為三類：供電變壓器、電廠升壓變、電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)變。

　　供電變壓器：不但向負荷提供有功功率，也往往同時提供無功功率，而且一般短路阻抗也較大。對于直接向負荷中心供電的變壓器，宜于配置帶負荷調(diào)壓分接頭，在實現(xiàn)無功功率分區(qū)就地平衡的前提下，隨著地區(qū)負荷的增減變化，配合地區(qū)無功補償設(shè)備并聯(lián)電容器及低壓電抗器的投切，以隨時保證對用戶的供電電壓質(zhì)量，這點國網(wǎng)電力系統(tǒng)導則中有規(guī)定。

　　對這類變壓器是否要采用隨電壓而自動調(diào)壓分接頭，國際上并無統(tǒng)一做法。因為變壓器自動調(diào)壓的作用不總是積極的，如果在系統(tǒng)無功功率缺傾很大的時候，也一定要保持負荷的電壓水平而調(diào)整電壓分接頭，勢必將無功功率缺額全部轉(zhuǎn)嫁到主電網(wǎng)，從而可能引起重大系統(tǒng)事故。如19 78年12月19日法國大停電事故，1983年12月27日的瑞典大停電事故和1987年7月23日日本東京系統(tǒng)大停電事故的起因，都直接與供電變壓器自動調(diào)電壓分接頭有關(guān)。本質(zhì)上原因在于這只是一種間接手段，但不能改變系統(tǒng)的無功需求平衡狀態(tài)。

　　發(fā)電機升壓變：這一類變壓器是否配電壓分接頭和是否帶負荷調(diào)節(jié)電壓分接頭，沒有定論，發(fā)電機本身已經(jīng)是很方便的無功調(diào)節(jié)設(shè)備，在升壓變壓器上配電壓分接頭似乎并沒有什么特殊必要。當然，各個系統(tǒng)有各自的傳統(tǒng)習慣和做法。

　　主網(wǎng)聯(lián)絡(luò)變壓器：這一類變壓器的特點是容量大，如500 /220/35主變。在研究這一類變壓器是否應當裝設(shè)帶負荷調(diào)節(jié)的電壓分接頭時，有兩個特點值得考慮，，無功功率補償和調(diào)節(jié)能力的分層平衡，決定了作分連接兩大主電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)變壓器，原則上不應承擔層間交換大量無功功率的任務(wù)，而單純因有功負荷變化所造成的電壓變化則較小，第二，一般地說，因為連接的是主電網(wǎng)，每一側(cè)到變壓器母線的短路電流水平