無功功率是交流同步電網中最重要的因素之一，它與電網的供電能力、電能質量、網絡損耗、安全穩定運行水平等密切相關。實際上電網中多數元件及多數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絡途徑獲得，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償的問題。

　　一、110kV電壓等級的變電站的無功補償概述

　　110kv變電站的容性無功補償裝置一方面應根據主變壓器容量來確定，另一方面應堅持以補償變壓器無功損耗為主，兼顧負荷側的無功補償為原則。如當主變壓器的容量>40MVA時，容性無功補償裝置的數量要大于2組。對于無功補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，綜合考慮最小負荷時，變電站的無功補償需要。

　　二、110kV變電站無功補償研究

　　2.1無功補償的總原則

　　無功補償額定電壓應與其接入的各種運行方式下的運行電壓相配合，對于實現變電站的就地平衡、減少輸電線路路徑的網損具有重要意義。總的來說，無功補償的總原則應堅持：合理選擇變電站無功補償裝置的型式；合理選擇補償、控制保護方式；盡量做到運行安全、檢修方面等。這就要求在實際安裝中要根據安裝地點的實際環境、變電站運行工況來決定，并結合施工經驗進行科學施工。

　　2.2變電站內無功補償裝置的選擇原則

　　a)無功補償裝置應優先考慮采用投資省、損耗小、可分組投切的并聯電容器和并聯電抗器；

　　b)為滿足系統穩定和電能質量要求而需裝設靜止無功補償器或靜止無功發生器時，應通過技術經濟及環境因素等綜合比較確定。靜止無功補償器和靜止無功發生器能快速調節無功出力，適合于抑制快速變化的負荷所產生的電壓波動和閃變，改善系統電壓質量和提高電力系統在小干擾和大干擾下的穩定性，但由于裝置造價高、損耗大等原因，當需采用靜止無功補償器或靜止無功發生器時應作技術經濟論證；

　　b)靜止無功補償器和靜止無功發生器的選型應通過技術經濟比較和控制補償目標來確定，對于常規無功缺額，宜采用分組投切并聯電容器和電抗器，在輸電系統，對于系統電壓穩定和抑制系統振蕩的要求，宜采用響應速度快的SVC(靜止無功補償器)或STATCOM(靜止無功發生器)裝置。考慮到經濟因素，推薦采用混合式安裝，以系統電壓波動范圍確定SVC或STATCOM中動態補償容量。在配電和用電系統，側重電能質量要求，宜采用動態SVC或STATCOM裝置，其中SVC的響應時間在2個～3個周波，由于產生諧波較大，需配置濾波器；而STATCOM的響應時間在1個～2個周波，不產生諧波，占地面積較小，成本較高，可根據具體補償要求確定。

　　由于STATCOM具有快速的無功電流控制和與母線電壓無關的電流輸出特性，在輸電系統，等容量的STATCOM要比SVC更有效地減少既有系統的問題，更好地加強系統的穩態和動態特性，因此含有SVC和STATCOM的綜合式靜止無功補償裝置可作為一種成本和性能折中的方案；在配電系統STATCOM比SVC在抑制閃變的效果上更加明顯，具有更好的電壓穩定效果，能更好地節約電弧爐等負荷的運行成本，因此在實際工程中應從投資和收益等角度綜合分析。

　　2.3裝設位置

　　變電站內用于補償輸電線路充電功率的并聯電抗器一般裝在主變壓器低壓側，需要時也可裝在高壓側。并聯電抗器裝設在高壓側投資較大，且不能像裝設在變壓器低壓側那樣很方便地隨負荷變化頻繁投切。難以控制低壓側電壓，因此電抗器宜首先考慮裝設在主變壓器低壓側。但當需補償容量較大，裝在低壓側影響到向負荷供電時，也可裝在高壓側。

　　并聯電容器裝置一般裝設在變壓器的低壓側，當條件允許時，應裝設在變壓器的主要負荷側。據調查，目前國內變電站并聯電容器大多裝設在低壓側。由于并聯電容器裝置裝設在主變壓器的主要負荷側，可獲得最佳的無功補償效果，因此有條件時應裝在主要負荷側。

　　2.4補償容量

　　一般110kV變電站并聯電抗器組補償的目的是補償電纜線路充電功率，并聯電抗器補償總容量一般要求為線路充電功率總和的100%以上。在變電站投運初期由于負荷較輕，特別是在最小負荷運行方式下，輸送容量小，是并聯電抗器需要量最大的時期，它決定變電站需裝電抗器的總容量。

　　針對補償目的，110kV變電站主變壓器低壓側補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、經濟合理的前提下可多吸收電廠無功，減少補償容量，節省投資。在變電站投運初期，由于輕載，為節省投資，電容器容量可安裝較少，甚至不裝電容器。隨著負荷增長和電網發展，安裝容量相應增加。無功補償裝置應按最終規模設計，并根據無功負荷增長和電網結構變化分期裝設。

　　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。諧振是諧波嚴重放大的極端狀態，諧振將導致電容器組產生嚴重過載，引起電容器產生異常聲響和振動，外殼膨脹變形，甚至產生外殼爆裂而損壞。為躲開諧振點，電容器組設計前，應測量或分析系統主要諧波含量，根據設計確定的電抗率配置，進行諧振容量計算，在設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，均應躲開諧振點。另外，正式投產前。應進行投切試驗，測量系統諧波分量變化，如有過分的諧波放大或諧振，應采取對策消除。

　　三、電器和導體的選擇

　　3.1電容器額定電壓選擇的主要原則

　　電容器組接入串聯電抗器后，電容器端電壓將升高，如串聯電抗值為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行可能導致不利影響，在選擇電容器組的額定電壓時宜計及這個升高值。過去有的工程設計不考慮這種影響，使電容器長期處于過高電壓下運行，因此在正常運行情況下不應較多占去電容器允許1.10倍過電壓長期運行的裕度，當出現非正常運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行。為此在設計選擇電容器組的額定電壓時應避免這種不合理情況出現。

　　3.2導體和其它

　　并聯電容器裝置的分組回路，應按1.30倍并聯電容器組額定電流選擇回路導體截面，并聯電容器組的匯流母線和均壓線導線截面與分組回路的導體截面相同。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線，同時，也可減少導線規格，方便于設備安裝。

　　單臺電容器至母線或熔斷器的連接線應采用軟導線，長期允許電流不應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，不允許用硬導線連接，應選擇軟導線。對于穩態過電壓、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線截面較小，為增加可靠性適當加大導線截面，并與相關行業標準協調一致，故規定按不小于1.5倍單臺電容器額定電流來選擇導線截面。

　　四、電容器組框架的設計

　　a)方便維護和更換設備。設計電容器組框架，應考慮巡視設備的運行狀況和停電后的檢查、清掃工作，及更換故障電容器。調查時有運行人員反映，放置電容器的框架設計未考慮維護，框架上無法站腳，換熔絲、清掃及更換電容器均感不便。特別在設計多層絕緣框架時要為電容器組維護和檢修盡量創造方便條件；

　　b)節約占地。工程建設要考慮節約占地。分層布置利于節約占地，在采用分相布置電容器、節約占地和方便運行維護在設計時應兩者兼顧。

　　五、結語

　　隨著電網不斷發展，電網結構日趨復雜，無功調節手段數目多，相互影響大。這些因素導致電網電壓優化控制問題的規模越來越大，傳統電壓優化控制方法已不能滿足電力系統實際運行需求。有必要在繼續增加本地無功資源、提高電壓控制能力的同時，建設自動電壓控制系統，以完善對電網無功電壓分布的綜合決策、調度和管理，優化調度現有的無功電壓調控資源，提高系統滿足電能質量、電網安全和經濟運行等要求的能力，減輕運行人員工作量。