据统计，全国综合输、变、配电网以及终端用电设备的损耗每年近2000亿kWh，而三峡电站26台70万kW发电机组全部运行时，年均发电量才850亿kWh，全国一年损耗的电能相当于2.3个三峡电站的年发电量，所以，研究输、变、配电节能技术意义重大。

　　通过近几年的电网改造，整个输、变、配电网的结构已趋于合理，输电线路、变压器的损耗已减小到一定的程度，无功电流造成电能损耗的已上升为电网损耗的主要原因之一。因此，进行合理的无功补偿是降低电能损耗稳定电网电压的一条切实可行的途径。

　　国家电网公司2004年8月制定并下发了《国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则》，内容指出：“35kV—220kV变电站的无功补偿应有足够的无功备用容量，在主变压器最大负荷时其高压侧功率因数应不低于0.95，在低谷负荷时功率因数应不高于0.95。”要实现以上指标要求，变电站必须装设自动跟踪无功补偿设备，而且要尽量的多分组才能实现较好的跟踪效果。尤其是110kV、35kV变电站作为电网系统中的末端变电站，承担着直接向负载提供电压稳定无功平衡的高质量电能的任务，无功补偿装置显得更为重要。目前大多数110kV、35kV变电站的无功补偿因不能适应负荷的变化达不到理想的补偿效果，主要原因是单组容量过大，组数较少，经常出现投入就过补偿、切除就欠补偿的现象，负荷高峰时有的变电站10kV母线功率因数低到0.7以下，使变电站及以下输变电能力降的很低，损耗很大。例如，巢湖电网2008年底共配置无功补偿容量592.9MVar，可投率98.7%。其中10kV无功补偿容量148.9MVar，平均投运率为68.7%；35kV无功补偿容量444MVar，平均投运率为17.3%。35kV电容器单组容量在5000kVar到10MVar，10kV电容器单组容量在1200kVar到5000kVar，由于单组容量过大造成电容器投入率偏低。因此，进行变电站无功补偿电容器分组自动投切研究具有重要的意义。

三、采用分组自动无功补偿的必要性

　　大多数变电站都是类似的负荷变化，每昼夜24小时负荷变化为两个高峰循环，整组投切的电容器显然无法跟踪负载变化，只能根据负荷情况人工投切或者在AVC系统控制下投切，但是传统断路器作为电容器投切开关不能满足频繁操作的要求，每天几次的频繁动作很快就出现故障，使变电站长期处于无补偿状态。因此，变电站负荷的变化需要自动跟踪补偿。

　　当前投入运行的自动补偿设备可按装置阻抗特性分为两大类：固定阻抗型和可变阻抗型。可变阻抗型，如SVC、STATCOM等技术先进、响应速度快、补偿精度高，但因投资较大，用户特别是电力系统外的一般企业用户较少采用。固定阻抗型，如分组电容器自动补偿装置随着自动控制技术的发展，装置性能显著提高，亦能够较好地满足系统电压无功自动综合控制的要求，并且简单经济，是目前变电站10kV无功自动补偿的主要方式。

四、分组自动无功补偿应用研究

　　使用分组电容器自动补偿装置，需要根据负荷变化率大小尽量多分组，自动跟踪负荷的变化投切电容器组数来调整投入电容的容量，尽可能的使无功随时平衡。很显然分组的多少，投入电容器的容量变化梯度大小影响跟踪效果。分组越多，容量变化梯度越小跟踪效果越好，补偿精度越高。电容器的分组有等容分组和比容分组两种。

4.1、采用等容分组方式。把一定容量的电容器Q平均分成多组，每组的容量就是电容器的调整容量变化梯度，大小为Q/n，组数就是调整的级数。以等容分组5组为例，变化梯度为Q/5，调整级数共5级，连续投入和连续切除如图1所示：

4.2、采用不等容分组方式。把一定容量的电容器按一定的比例分组，然后各比值容量组合，组合出多级等梯度可调变化容量。不等容分组分为等比分组和差比分组两种。以差比分组3组为例，分组时比例通常为1:2:4，变化梯度为Q/7，调整级数共7级，连续投入和连续切除如图2所示:投切有间断。

图二、不等容分组方式

4.3、等容分组和不等容分组的比较

　　上述可以看出等容分组和比容分组有以下区别：

4.3.1   等容分组的分组数就是电容器投切的级数；比容分组的分组数通过组合可以组合出较多的级数。

4.3.2等容分组投切电容器是连续递增或连续递减，对电网冲击小；比容分组投切电容器是不连续的有间断，对电网冲击大，容易造成电压波动。

4.3.3等容分组投切电容器可以循环投切（先投先切）开关和电容器均衡使用；比容分组投切电容器只能按组合规律投切，开关和电容器不能均衡使用。

4.3.4 两种分组方式相比较，同样条件下等容分组投切电容器次数少，比容分组投切电容器次数多开关动较频繁。

4.3.5 比容分组虽然能用较少的分组获得较多的投切级数，但开关和电容器的投切次数远高于等容分组的装置，而且投切电容器时电压波动大。

4.4 分组自动无功补偿实施案例

　　我们选择典型的110kV柘皋变电站作为分组自动无功补偿试点变电站。柘皋变电站是一座110kV无人值班变电站，在10kV母线安装了两组2400Kvar电容器，在市公司AVC系统控制下，实现电网的自动无功、电压优化控制。经过比较，我们选择了等容分组方式，将2400Kvar电容器组分成4组600Kvar的电容器组，在变电站的无功自动补偿装置，根据母线电压和主变高压侧功率因数进行自动投切。分组无功补偿的电流曲线如图三。

图三、分组无功补偿的电流曲线

5、实施电容器分组自动无功补偿的效益分析

　　柘皋变电站原功率因数平均在0.9左右，实现无功补偿电容器的分组自动投切后，功率因数平均在0.98左右，线损比原来降低了约21％，年减少电量损耗25.1万千瓦时，年产生经济效益12.55万元，经济效益显著。此外，实现无功的精密无功补偿还提高了变电站的母线电压合格率，使得主变有载调压动作次数减少，延长了主变有载调压装置的使用寿命。

 

作者简介：

　　刘利成（1959－），男，安徽宿州人，学士，高级工程师，从事电能计量管理工作，研究方向：电力系统自动化。

　　任 民（1975－），男，安徽巢湖人，助理工程师，从事电能计量管理工作，研究方向：电能计量。