【摘要】公司110KV变电站自2006年11月份投用以来，平 均功率因数较低，仅在0.85-0.88之间，低于电力部门的考核值 0.9，因此公司每月需缴纳一定数额的罚款。为提高 110KV 变电站 功率因数，改善电能质量，降低电费、降低生产成本，公司实施 了无功补偿改造项目，改造完成后，效果良好，经济效益明显。 【关键词】无功补偿；经济效益 doi:10.12159/j.issn.2095-6630.2020.35.4445

一、导语 为提高胜利 110KV 变电站功率因数，改善电能质量，降低电 费、降低生产成本，公司决定对胜利 110kV 变电站进行无功补偿 改造。 二、功率因数对供电系统的影响 在供电系统中输送的有功功率维持恒定的情况下，无功功率 增大，即供电系统的功率因数降低将会引起以下问题： 1. 增加电网中输电线路上的有功功率损耗和电能损耗。若设 备的功率因数降低，在保证输送同样的有功功率时，无功功率就 要增加，这样势必就要在输电线路中传输更大的电流，使得输电 线路上有功功率损耗和电能损耗增大。 2. 系统中总电流增加，使得供电系统中的变压器、断路器、 导线等设备容量增大，从而使内部的起动控制设备、测量仪表等 规格增大，因而增加设备投资费用。 3. 功率因数过低还将使线路的电压损耗增大，由于线路有阻 抗，所以负荷电流通过时有一定的电压损失，负荷端的电压就要 下降，甚至会低于允许偏移值，从而严重影响异步电动机及其它 用电设备的正常运行。影响供电质量。 4. 电力系统内的电气设备利用率降低，无功电流增加后，供 电设备的温升就会超过额定值，为了控制设备的温升所以工作电 流也受到控制，这样就降低了设备的供电能力。 三、提高功率因数对用户端的意义 1. 通过改善功率因数，减少了线路中总电流和供电系统中的 电气元件，如变压器、电器设备、导线等的容量，不但减少了投 资费用，而且降低了本身电能的损耗。 2. 良好的功因数值，减少供电系统中的电压损失，可以使负 载电压更稳定，改善电能的质量。 3. 减少了电费支出 ; 功率因数提高后，供电部门将给予一定 的奖励费用。 四、无功补偿项目实施方案 （一）如何提高功率因数 1. 提高自然功率因数。自然功率因数是在没有任何补偿情况 下，用电设备的功率因数。提高自然功率因数的方法 : 合理选择 异步电机的规格和容量 ; 避免变压器空载运行 ; 在使用条件要求不 高尽量选用采用同步电动机代替异步电动机。如水泵、风机等。 2. 采用人工补偿无功功率。装用无功功率补偿设备进行人工 补偿，电力用户常用的无功功率补偿设备是电力电容器。 针对我公司的实际情况，采用高压动态无功补偿技术 （MSVC 技术），实现补偿容量连续平滑可调，最终达到功率因数 保持在 0.96-0.98 之间。 （二）技术方案 110KV 变电站无功补偿项目计划采用目前国内最先进的动态 无功补偿技术（MSVC），根据负荷变化，通过控制感性无功的输 出量，抵消多余容性无功部分，以实现补偿容量连续平滑可调， 最终实现功率因数保持在 0.96-0.98 之间。 1. 补偿容量计算 1.1 主变 35kV 侧补偿容量计算 经过对35kV 侧实际测试的数据分析可知，35kV 有功功率 95% 时间段内为7800kW，功率因数为0.8。35kV 母线基波补偿 容量为：Q35 ＝ P（tanφ1 － tanφ2）式中： Q35 －电容器基波容量， kVar。P －系统的有功功率，kW。tanφ1 －补偿前的功率因数角。tanφ2 －补偿后的功率因数角。以35kV 母线目标功率因 数为：0.97，则从 0.8 补偿到 0.97，补偿因子为 0.5kVar/kW 则 Q35=7800*0.5=3900kVar 根据测试数据可知，35kV 母线的长时间运行电压为37.5kV 左右，3 次谐波电流最大，为了使加装的 FC 支路对系统中的谐波 起到抑制和滤除作用，在此选用电抗率为 12% 的串联电抗器。 1.2 主变 6kV 侧补偿容量计算 经过对 6kV 侧实际测试的数据分析可知，6kV 有功功率 95% 时间段内为 7036kW，功率因数为 0.89，测试时投入了 650kVar 的 电容补偿。 6kV 母线基波补偿容量为：Q6 ＝ P（tanφ1 － tanφ2） 式中：Q6 －电容器基波容量，kVar。 P －系统的有功功率，kW 。tanφ1 －补偿前的功率因数角。tanφ2 －补偿后的功率 因数角 以 6kV 母线目标功率因数为：0.97，则从0.89 补偿到0.97， 补偿因子为 0.26kVar/kW，则 Q6=7036*0.26=1830kVar。 考虑到测试时投入了 650kVar 的电容器组，因此在此的基波 补偿容量应为：1830kVar+650kVar=2480kVar 根据测试数据可知，6kV 母线的长时间运行电压为 6.1kV 左 右，5 次谐波电流最大，为了使加装的 FC 支路对系统中的谐波起 到抑制和滤除作用，在此选用电抗率为 6% 的串联电抗器。 1.3 主变无功损耗计算： Q主变= 空载无功功率+ 负载无功功率（即无功损耗为： △ Q=Q0+KTβ2QK   Q0 ≈I 0%SN, QK ≈U K%SN ，KT: 负载波动损耗系 数 ;β: 平均负载系数 ;QK: 额定负载漏磁功率 (kvar)；Uk%: 阻抗电 压 ( 短路电压百分比 )），根据经验将变压器的无功损耗按额定容 量的6% 考虑：则：单台SSZ9-40000/110 主变的无功损耗约为： 2400kVar。 1.4 总无功基波补偿容量计算 Q总=Q35+Q6+Q主变=3900kVar+2480kVar+2400kVar=8780kvar 考虑一部分余量，以满足后期用电设备的增容等因素，根据 要求主变高压侧目标功率因数实时≥0.97，无功补偿装置总补偿容 量取 9500kVar, 电容器安装总容量取 12000kVar。 由于露天矿负荷的特性，有时负荷小的时候无功需求很小， 因此配备的磁控电抗器容量必须能完全吸收所有电容器组投入系 统时的容性无功。 根据本工况的情况及无功补偿设计的相关规范，在本变电站 35kV 绕组母线上加装额定容量 6000kVar 的磁控式动态无功补偿 装置（MSVC）， 1 组 6000kVar 电容器组，配 1 台容量为 5000kVar 的磁控电抗器。在6kV 绕组母线上加装额定容量6000kVar 的 磁控式动态无功补偿装置（MSVC）, 其中电容器组分为两组 3000kVar，配 1 台 5000kVar 的磁控电抗器。现变电站有两台容量 均为 40000kVA 的变压器，根据系统要求，现需在 35kV 侧、6kV 侧各装设一套总容量为6000kVar 的 MSVC 型动态补偿装置来满 足需要，以保证功率因数稳定在 0.97 以上，提高功率因数，改善 电压质量。 五、无功补偿产生经济效益 我公司的主要用电负荷是异步电动机，属于感性负荷，这些 感性设备在运行过程中不仅需要吸收有功功率，还吸收无功功率。 因此在二次侧安装并联电容器无功补偿设备后，可以补偿感性负 荷所消耗的无功功率，减少由电网电源侧向感性负荷提供的无功 功率，由于减少了无功功率在电网中的流动，因此可降低输电线 路的电能损耗，这是无功补偿的显性经济效益。 六、束语 针对我公司负荷变化率较大的实际情况，采用高压动态无功 补偿技术（MSVC 技术），实现补偿容量连续平滑可调，最终达 到功率因数保持在 0.96-0.98 之间。不但提高了电气设备的使用寿 命，减少了采购、维修成本，而且由电网电源侧向感性负荷提供 的无功功率，由于减少了无功功率在电网中的流动，因此可降低 输电线路的电能损耗。给公司带来了可观的效益。