无功功率平衡与补偿策略

无功平衡是保证电力系统电压质量的基础。合理的无功补偿和有效的电压控制，不仅可保证电压质量，而且能提高电力系统运行的经济性、安全性和稳定性。

无功负荷包括：电力用户的无功负荷（主要是大量的感应电动机），送电线路及各级变压器的无功损耗，以及发电厂自用无功负荷等。

无功电源包括：发电机实际可调无功容量，线路充电功率，以及无功补偿设备中的容性无功容量等。

无功补偿设备包括：并联电容器，串联电容器，并联电抗器，同步调相机以及静止无功补偿装置等。

一、无功补偿的基本要求

电力系统的无功电源与无功负荷，在各种正常运行以及事故运行时，都应实行分层分区、就地平衡的原则，并且无功电源应具有灵活的调节能力，和一定的检修备用及事故备用容量。

在正常运行方式时，突然失去一台最大的无功电源设备，系统应能迅速调出无功事故备用容量，保持系统电压稳定和正常供电，避免出现电压崩溃；而在正常检修运行方式下，若发生上述事故，应采取切除部分负荷或切除并联电抗器等必要措施，以维持电压稳定。

对于220kV及以上系统的无功补偿，还应考虑其提高电力系统稳定性的作用。

无功补偿设备的配置与设备类型的选择，应进行技术经济比较。可分组投切的并联电容器及可调节的并联电抗器，通常为主要无功补偿设备。

二、无功功率平衡与补偿

对于不同电压等级的电网，无功功率平衡与补偿形式有所不同。

1.330kV及以上电网的无功平衡与补偿

此类电网应配置高压与低压并联电抗器，以吸收330kV、500kV等超高压线路过多的充电功率。在一般情况下，高压与低压并联电抗器的总容量，应不低于线路充电功率的90%。至于高压与低压电抗器的容量比例，应根据具体情况经技术经济比较确定。

对于330kV及以上的受端系统，容性无功补偿的安装总容量，应为输入有功总容量的40%～50%，并分别安装在本网220kV及以下变电所中。

2.220kV及以下电网的无功平衡与补偿

此类电网无功电源的安装总容量QC∑，应当大于电网最大自然无功负荷QL，一般可取1.15倍QL；而最大自然无功负荷QL与电网最大有功负荷PL之间，又存在一定的比例，故它们可写成如下关系式：

式中 QL——电网最大自然无功负荷（感性），kvar；

QC∑——电网无功电源（容性）的安装总容量，kvar；

PL——电网最大有功负荷，为输入本网有功功率之总和，kW；

k——电网自然无功负荷系数，kvar/kW，与电网结构、电压层次、负荷特性等因素有关。系数k应经实测确定，在估算时也可取表2-2中数值。

表2-2 220kV及以下电网最大自然无功负荷系数k 单位：kvar/kW

注 本网发电机有功功率比重较大时，取较高值；邻网输入有功功率比重较大时，取较低值。

3.220kV及以下电网无功补偿装置的配置

（1）此类变电所配置的无功补偿容量，通常为主变压器容量的10%～30%。在最大负荷时，35～220kV变电所二次侧功率因数应达到表2-3所列的规定值。

表2-3 变电所二次侧功率因数规定值

靠近发电厂的变电所二次侧功率因数取低值，以允许发电机就近多供无功；远离发电厂的变电所二次侧功率因数取高值，限制发电机远距离多送无功。

（2）在10kV（6kV）配电线路上，并联电容器的安装容量不要过大，一般应为线路配电变压器总容量的5%～10%。在深夜线路负荷最小时，为不致向变电所倒送无功，应有防止倒送无功的措施。并联电容器可装设在配电变压器的高压侧（10kV），也可装设在低压侧（380V）。

（3）电力用户应进行无功补偿，使其功率因数达到下列规定值：

1）高压供电的工业用户和装有载调压装置的用户，功率因数应在0.90以上；

2）其他100kVA（kW）及以上用户和大中型电灌站，功率因数应在0.85以上；

3）趸售和农业用电，功率因数应在0.80以上。

并联电容器组应能频繁分组投切，并装设自动控制装置，以经常保持变电所二次侧母线电压在规定范围之内。(www.xing528.com)

用户为提高功率因数，所需装设的并联电容器容量，可参考表2-4。

表2-4 单位负荷所需的补偿电容器容量 单位：kvar/kW

续表

（4）在轻负荷时（如深夜），电缆回路数较多的110kV及以下电压等级变电所，可能在切除并联电容器组后，仍出现电压过高并向系统倒送无功的情况，此时，应在变电所的中压或低压母线上装设并联电抗器；对220kV变电所，当切除并联电容器后一次母线的功率因数仍高于0.98时，亦应装设并联电抗器。

三、无功补偿装置的选用

（1）并联电容器和并联电抗器是无功补偿的主要常用设备，应予优先选用。

（2）在远距离超高压送电线路上可选用串联补偿电容器，以减少电抗。其补偿度（容性无功补偿容量与最大有功负荷之比）一般不小于50%。

（3）220～500kV电网受端系统，为提高输送能力和系统稳定水平，或长距离送电线路中途缺乏电压支持时，经技术经济比较，可装设同步调相机。

（4）为防止系统电压崩溃，提高系统电压稳定性，经技术经济比较，可在线路中点附近或多处安装静止无功补偿器；对于冲击性负荷、波动性负荷、严重不平衡负荷，也应采用静止补偿器，以减小对系统及其他用户的影响。

四、无功平衡中的无功电源

1.发电机的无功出力

不同容量的汽轮发电机的额定无功容量，发电机可送入系统的无功出力估算值，列于表2-5。

表2-5 汽轮发电机额定无功功率及其可送入系统的无功功率估算值

发电机无功出力的调节简便、灵活、经济，应予充分运用。但发电机功率因数的调节将受到系统的运行方式、安全稳定性等诸方面的限制，应通过试验研究后，确定调节幅度和相应的条件。通常情况为：

（1）直接升压到330kV、500kV的发电机，位于送端，要少发些无功，其功率因数可为0.90；而位于受端，则可适当多发些无功，功率因数为0.85～0.90。

（2）位于直流输电系统送端的发电机，因换流站要吸取大量无功，功率因数为0.85；交直流混合输电送端的发电机，功率因数为0.85～0.90。

（3）位于受端其他发电机的功率因数，一般为0.80～0.85。

（4）发电机必要时可作低功率因数运行或高功率因数运行，甚至进相运行，以满足系统无功平衡的要求。但在规划设计时，对此不应过多依赖。

（5）新装发电机组在有功功率为额定时，均具有以超前功率因数0.95（进相）运行的能力，其他机组则应根据试验确定。

（6）水轮发电机远离负荷中心，一般不考虑调相运行（即只发无功不发有功）。

2.调相机的无功出力

调相机无功出力的可调范围大，可发可吸，能连续平滑调节。一般调相机既可长期发出其额定无功出力，又可长期吸收50%额定容量的无功功率。

3.送电线路的充电功率

运行中的送电线路，特别是超高压远距离送电线路以及电缆线路，也是不可忽视的无功电源。线路产生的无功功率也称充电功率QC.L，可用下式计算：

式中 B——线路电纳，S；

U——线路运行电压，通常采用平均额定电压值，kV。

在设计时，线路的充电功率或电纳通常有资料可查。架空送电线路的充电功率列于表2-6，电缆线路（6～35kV）的电纳列于表2-7。

表2-6 110kV及以上送电线路的电容值及充电功率

表2-7 常用三芯电缆的电阻电抗及电纳值