無功功率是交流同步電網(wǎng)中最重要的因素之一，它與電網(wǎng)的供電能力、電能質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)損耗、安全穩(wěn)定運(yùn)行水平等密切相關(guān)。實(shí)際上電網(wǎng)中多數(shù)元件及多數(shù)用戶都需消耗無功功率，而這部分所需消耗的無功功率只能通過網(wǎng)絡(luò)途徑獲得，但無功功率傳輸又有很多限制條件，這就引出了無功平衡與無功補(bǔ)償的問題。
一、110kV電壓等級的變電站的無功補(bǔ)償概述
110kv變電站的容性無功補(bǔ)償裝置一方面應(yīng)根據(jù)主變壓器容量來確定，另一方面應(yīng)堅持以補(bǔ)償變壓器無功損耗為主，兼顧負(fù)荷側(cè)的無功補(bǔ)償為原則。如當(dāng)主變壓器的容量>40MVA時，容性無功補(bǔ)償裝置的數(shù)量要大于2組。對于無功補(bǔ)償裝置的容量的選擇一般以20%左右的主變壓器容量為依據(jù)，綜合考慮最小負(fù)荷時，變電站的無功補(bǔ)償需要。
二、110kV變電站無功補(bǔ)償研究
2.1無功補(bǔ)償?shù)目傇瓌t
無功補(bǔ)償額定電壓應(yīng)與其接入的各種運(yùn)行方式下的運(yùn)行電壓相配合，對于實(shí)現(xiàn)變電站的就地平衡、減少輸電線路路徑的網(wǎng)損具有重要意義。總的來說，無功補(bǔ)償?shù)目傇瓌t應(yīng)堅持：合理選擇變電站無功補(bǔ)償裝置的型式；合理選擇補(bǔ)償、控制保護(hù)方式；盡量做到運(yùn)行安全、檢修方面等。這就要求在實(shí)際安裝中要根據(jù)安裝地點(diǎn)的實(shí)際環(huán)境、變電站運(yùn)行工況來決定，并結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行科學(xué)施工。
2.2變電站內(nèi)無功補(bǔ)償裝置的選擇原則
a)無功補(bǔ)償裝置應(yīng)優(yōu)先考慮采用投資省、損耗小、可分組投切的并聯(lián)電容器和并聯(lián)電抗器；
b)為滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和電能質(zhì)量要求而需裝設(shè)靜止無功補(bǔ)償器或靜止無功發(fā)生器時，應(yīng)通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)及環(huán)境因素等綜合比較確定。靜止無功補(bǔ)償器和靜止無功發(fā)生器能快速調(diào)節(jié)無功出力，適合于抑制快速變化的負(fù)荷所產(chǎn)生的電壓波動和閃變，改善系統(tǒng)電壓質(zhì)量和提高電力系統(tǒng)在小干擾和大干擾下的穩(wěn)定性，但由于裝置造價高、損耗大等原因，當(dāng)需采用靜止無功補(bǔ)償器或靜止無功發(fā)生器時應(yīng)作技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證；
b)靜止無功補(bǔ)償器和靜止無功發(fā)生器的選型應(yīng)通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較和控制補(bǔ)償目標(biāo)來確定，對于常規(guī)無功缺額，宜采用分組投切并聯(lián)電容器和電抗器，在輸電系統(tǒng)，對于系統(tǒng)電壓穩(wěn)定和抑制系統(tǒng)振蕩的要求，宜采用響應(yīng)速度快的SVC(靜止無功補(bǔ)償器)或STATCOM(靜止無功發(fā)生器)裝置。考慮到經(jīng)濟(jì)因素，推薦采用混合式安裝，以系統(tǒng)電壓波動范圍確定SVC或STATCOM中動態(tài)補(bǔ)償容量。在配電和用電系統(tǒng)，側(cè)重電能質(zhì)量要求，宜采用動態(tài)SVC或STATCOM裝置，其中SVC的響應(yīng)時間在2個～3個周波，由于產(chǎn)生諧波較大，需配置濾波器；而STATCOM的響應(yīng)時間在1個～2個周波，不產(chǎn)生諧波，占地面積較小，成本較高，可根據(jù)具體補(bǔ)償要求確定。
由于STATCOM具有快速的無功電流控制和與母線電壓無關(guān)的電流輸出特性，在輸電系統(tǒng)，等容量的STATCOM要比SVC更有效地減少既有系統(tǒng)的問題，更好地加強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)特性，因此含有SVC和STATCOM的綜合式靜止無功補(bǔ)償裝置可作為一種成本和性能折中的方案；在配電系統(tǒng)STATCOM比SVC在抑制閃變的效果上更加明顯，具有更好的電壓穩(wěn)定效果，能更好地節(jié)約電弧爐等負(fù)荷的運(yùn)行成本，因此在實(shí)際工程中應(yīng)從投資和收益等角度綜合分析。
2.3裝設(shè)位置
變電站內(nèi)用于補(bǔ)償輸電線路充電功率的并聯(lián)電抗器一般裝在主變壓器低壓側(cè)，需要時也可裝在高壓側(cè)。并聯(lián)電抗器裝設(shè)在高壓側(cè)投資較大，且不能像裝設(shè)在變壓器低壓側(cè)那樣很方便地隨負(fù)荷變化頻繁投切。難以控制低壓側(cè)電壓，因此電抗器宜首先考慮裝設(shè)在主變壓器低壓側(cè)。但當(dāng)需補(bǔ)償容量較大，裝在低壓側(cè)影響到向負(fù)荷供電時，也可裝在高壓側(cè)。
并聯(lián)電容器裝置一般裝設(shè)在變壓器的低壓側(cè)，當(dāng)條件允許時，應(yīng)裝設(shè)在變壓器的主要負(fù)荷側(cè)。據(jù)調(diào)查，目前國內(nèi)變電站并聯(lián)電容器大多裝設(shè)在低壓側(cè)。由于并聯(lián)電容器裝置裝設(shè)在主變壓器的主要負(fù)荷側(cè)，可獲得最佳的無功補(bǔ)償效果，因此有條件時應(yīng)裝在主要負(fù)荷側(cè)。
2.4補(bǔ)償容量
一般110kV變電站并聯(lián)電抗器組補(bǔ)償?shù)哪康氖茄a(bǔ)償電纜線路充電功率，并聯(lián)電抗器補(bǔ)償總?cè)萘恳话阋鬄榫€路充電功率總和的100%以上。在變電站投運(yùn)初期由于負(fù)荷較輕，特別是在最小負(fù)荷運(yùn)行方式下，輸送容量小，是并聯(lián)電抗器需要量最大的時期，它決定變電站需裝電抗器的總?cè)萘俊?/p>
針對補(bǔ)償目的，110kV變電站主變壓器低壓側(cè)補(bǔ)償容量一般為主變壓器容量的30%以下為宜；對于距電廠較近的變電站，在保證安全、經(jīng)濟(jì)合理的前提下可多吸收電廠無功，減少補(bǔ)償容量，節(jié)省投資。在變電站投運(yùn)初期，由于輕載，為節(jié)省投資，電容器容量可安裝較少，甚至不裝電容器。隨著負(fù)荷增長和電網(wǎng)發(fā)展，安裝容量相應(yīng)增加。無功補(bǔ)償裝置應(yīng)按最終規(guī)模設(shè)計，并根據(jù)無功負(fù)荷增長和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變化分期裝設(shè)。
2.5合理分組
電容器分組裝置在不同組合方式下投切時，不得引起高次諧波諧振和有危害的諧波放大。諧振是諧波嚴(yán)重放大的極端狀態(tài)，諧振將導(dǎo)致電容器組產(chǎn)生嚴(yán)重過載，引起電容器產(chǎn)生異常聲響和振動，外殼膨脹變形，甚至產(chǎn)生外殼爆裂而損壞。為躲開諧振點(diǎn)，電容器組設(shè)計前，應(yīng)測量或分析系統(tǒng)主要諧波含量，根據(jù)設(shè)計確定的電抗率配置，進(jìn)行諧振容量計算，在設(shè)計分組容量時避開諧振容量。分組電容器在各種容量組合投切時，均應(yīng)躲開諧振點(diǎn)。另外，正式投產(chǎn)前。應(yīng)進(jìn)行投切試驗(yàn)，測量系統(tǒng)諧波分量變化，如有過分的諧波放大或諧振，應(yīng)采取對策消除。
三、電器和導(dǎo)體的選擇
3.1電容器額定電壓選擇的主要原則
電容器組接入串聯(lián)電抗器后，電容器端電壓將升高，如串聯(lián)電抗值為6%電容器組的電抗值時，電容器的端電壓將升高1.0638倍。為使電容器組避免在過電壓下長期運(yùn)行可能導(dǎo)致不利影響，在選擇電容器組的額定電壓時宜計及這個升高值。過去有的工程設(shè)計不考慮這種影響，使電容器長期處于過高電壓下運(yùn)行，因此在正常運(yùn)行情況下不應(yīng)較多占去電容器允許1.10倍過電壓長期運(yùn)行的裕度，當(dāng)出現(xiàn)非正常運(yùn)行時其端電壓可能超過1.10倍額定電壓，從而促使電容器組退出運(yùn)行。為此在設(shè)計選擇電容器組的額定電壓時應(yīng)避免這種不合理情況出現(xiàn)。
3.2導(dǎo)體和其它
并聯(lián)電容器裝置的分組回路，應(yīng)按1.30倍并聯(lián)電容器組額定電流選擇回路導(dǎo)體截面，并聯(lián)電容器組的匯流母線和均壓線導(dǎo)線截面與分組回路的導(dǎo)體截面相同。匯流母線和均壓線中通過的電流，不會超過分組回路的最大工作電流，為保證安全，按回路最大工作電流選擇導(dǎo)線，同時，也可減少導(dǎo)線規(guī)格，方便于設(shè)備安裝。
單臺電容器至母線或熔斷器的連接線應(yīng)采用軟導(dǎo)線，長期允許電流不應(yīng)小于單臺電容器額定電流的1.5倍。為避免電容器套管受力，不允許用硬導(dǎo)線連接，應(yīng)選擇軟導(dǎo)線。對于穩(wěn)態(tài)過電壓、諧波、電容器的容量正偏差，由于單臺電容器至外熔斷器或母線的連接導(dǎo)線截面較小，為增加可靠性適當(dāng)加大導(dǎo)線截面，并與相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)一致，故規(guī)定按不小于1.5倍單臺電容器額定電流來選擇導(dǎo)線截面。
四、電容器組框架的設(shè)計
a)方便維護(hù)和更換設(shè)備。設(shè)計電容器組框架，應(yīng)考慮巡視設(shè)備的運(yùn)行狀況和停電后的檢查、清掃工作，及更換故障電容器。調(diào)查時有運(yùn)行人員反映，放置電容器的框架設(shè)計未考慮維護(hù)，框架上無法站腳，換熔絲、清掃及更換電容器均感不便。特別在設(shè)計多層絕緣框架時要為電容器組維護(hù)和檢修盡量創(chuàng)造方便條件；
b)節(jié)約占地。工程建設(shè)要考慮節(jié)約占地。分層布置利于節(jié)約占地，在采用分相布置電容器、節(jié)約占地和方便運(yùn)行維護(hù)在設(shè)計時應(yīng)兩者兼顧。
五、結(jié)語
隨著電網(wǎng)不斷發(fā)展，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，無功調(diào)節(jié)手段數(shù)目多，相互影響大。這些因素導(dǎo)致電網(wǎng)電壓優(yōu)化控制問題的規(guī)模越來越大，傳統(tǒng)電壓優(yōu)化控制方法已不能滿足電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行需求。有必要在繼續(xù)增加本地?zé)o功資源、提高電壓控制能力的同時，建設(shè)自動電壓控制系統(tǒng)，以完善對電網(wǎng)無功電壓分布的綜合決策、調(diào)度和管理，優(yōu)化調(diào)度現(xiàn)有的無功電壓調(diào)控資源，提高系統(tǒng)滿足電能質(zhì)量、電網(wǎng)安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等要求的能力，減輕運(yùn)行人員工作量。