配电网无功补偿的探索与思考

马丽

(国网山西省电力公司黎城县供电公司,山西长治 047600)

配电网无功补偿的探索与思考

马丽

(国网山西省电力公司黎城县供电公司,山西长治 047600)

无功补偿作为保证电力系统无功功率平衡、降低网损、提高供电质量的一项重要措施。本文以配电网为例,就无功补偿的原理、补偿的作用、补偿的方式选择及无功补偿的容量确定等方面进行简要阐述。

配电网 无功补偿 补偿容量

在配电网中，有功功率和无功功率要保持平衡，有功电源不足，会造成频率下降，无功电源不足，会造成电压下降，严重时，两者都会导致设备损坏，系统解列。常见的用电设备如异步电动机、变压器等，大部分属于感性负荷，在运行过程中需要向这些设备提供相应的无功功率。如果由发电企业直接向用户提供所需的大量无功功率，会导致输电线路及变压器因输送大量无功功率而造成大量的电能损耗，这是不经济的。为了最大限度地减少无功功率的传输损耗，提高输配电设备的效率，就需要进行无功补偿。而且，合理的选择补偿装置，可以改善电压质量、提高电网的功率因数，降低供电变压器及输送线路的损耗，增加电网有功容量传输提高供电效率，减少电费支出、节约能源，改善供电环境。无功补偿利国利民！目前正值全国农网改造大规模进行阶段，在改造中为方便设计人员对电容器的优化配置，笔者通过多年来在电压无功岗位上的实践经验，结合相关专业知识，就无功补偿的原理、无功补偿的作用，无功补偿的方式选择及无功补偿的容量确定等多方面与大家共同分享。

1 无功补偿的作用及原理

我们知道，发供电部门除了要供给用户有功功率外，还要供给用户无功功率。电力系统中常见的用电设备如异步电动机、变压器等，大部分属于感性负荷，在运行过程中需要向这些设备提供相应的无功功率。如果由发电企业直接向用户提供所需的大量无功功率，会导致输电线路及变压器因输送大量无功功率而造成大量的电能损耗，这是不经济的。为了最大限度地减少无功功率的传输损耗，提高输配电设备的效率，就需要进行无功补偿设备的配置。

图1

图2

无功补偿技术中主要包括视在功率S、有功功率P、无功功率Q、功率因数COSφ等参数，它们之间的关系如（图1）。

1.1 补偿无功功率,提高功率因数

提高功率因数的方法常用的是补偿法，低压配电系统中常用并联电力电容器的办法来补偿用电设备需要的无功功率，这就称为电容无功补偿法。在感性负载上并联电容器可用电容器的无功功率来补偿感性负载的无功功率，从而减少甚至消除感性负载于电源之间原有的能量交换。在交流电路中，纯电阻电路，负载中的电流与电压同相位，纯电感负载中的电流滞后于电压90度，而纯电容的电流则超前于电压90度，电容中的电流与电感中的电流相差180度，能相互抵消。电力系统中的负载大部分是感性的，因此总电流将滞后电压一个角度，如图2所示，将并联电容器与负载并联，则电容器的电流将抵消一部分电感电流，从而总电流减少，功率因数提高。

1.2 提高设备的利用率和电网的传输能力

在设备容量不变的条件下，由于提高了功率因数可以少送无功功率。因此可以多送有功功率，可多送的有功功率

如需要的有功不变，则由于需要的无功减少，因此所需要的配变容量也相应地减少：ΔS=S-S1=P(1/COSφ-1/COSφ1)。

安装无功补偿设备可使发电机多发有功功率，系统采取无功补偿后，使无功负荷减少，发电机就可以少发无功，多发有功，充分达到铭牌出力。

1.3 降低电网中的功率损耗和电能损失

由公式I＝P/(U·cosφ)可知当有功功率P为定值时，负荷电流I与cosφ成反比，安装无功补偿装置后，功率因数提高，使线路中的电流I减小，从而使功率损耗ΔP降低：ΔP＝I2R，降低电网中的功率损耗是安装无功补偿设备的主要目的。

1.4 减少电压损失,改善电压质量

电力网的电压损失可表示为ΔU＝(PR+QXL)/Ue，由公式可以看出，影响ΔU的因数有四个：有功功率P、无功功率Q、电阻R和电抗XL，如果采用XC的电容来补偿，则电压损失为：

ΔU1=[PR+Q(XL-XC)]/Ue，很明显ΔU1＜ΔU，即安装补偿电容后电压损失减少了，由以上两式可得出接入无功功率QC后电压升高。

1.5 减少用户电费开支,降低生产成本

用户安装补偿装置既可以避免因功率因数低于规定值而受罚，也可以减少内部因传输和分配无功功率造成的有功功率损耗，因而相应可以减少电费的支出。

2 配置无功补偿的原则和补偿方式

2.1 补偿原则

(1)总体平衡与局部平衡相结合；(2)电力部门补偿与用户补偿相结合；(3)分散补偿与集中补偿相结合，以分散补偿为主；(4)降损与调压相结合，以降损为主。

2.2 补偿方式

理论上而言，无功补偿最好的方式是哪里需要无功，就在哪里补偿，整个系统将没有无功电流的流动。但在实际电网当中这是不可能做到的。因为无论是变压器、输电线路还是各种负载，均会需要无功。所以实际电网当中就补偿装置的安装位置而言有如下几种补偿方式：

(1)在变电所母线集中安装并联电容器组；(2)在高低压配电线路中分散安装并联电容器组；(3)在配电变压器低压侧和用户车间配电屏安装并联补偿电容器；(4)在单台电动机处安装并联电容器等。

3 各级无功补偿容量的配置方案

3.1 变电站无功补偿

(1)补偿原则；35KV及以上电压等级的变电站，无功补偿一般只考虑补偿变压器本身所吸收的无功电力，包括空载无功损耗和负载无功损耗；当二次负荷较重母线压降很大，靠变压器调压不能满足要求时，可适当增加补偿容量，以提高电压。

(2)补偿容量的计算；按补偿变压器吸收的无功电力计算：

△Qb=(IO(%)/100+Uk(%)/100)Sn

IO变压器的空载电流，IO约占额定电流的0.5-15%，变压器容量越大，IO(%)越小。Uk变压器的短路电压，Uk(%)约为4-20%，变压器容量越大，电压越高，Uk(%)越大。变压器总的无功功率损耗越占变压器额定容量的10-20%。

按经验计算配置：35-110KV变电站的容性无功补偿装置以补偿变压器无功损耗为主，并适当兼顾负荷侧无功补偿，容性无功补偿装置的容量按主变压器容量的10%-30%配置。

3.2 10KV配变

配电网的无功补偿以配电变压器低压侧集中补偿为主，以高压补偿为辅。配电变压器的无功补偿装置容量可按变压器最大负载率为75%，负荷自然功率因数为0.85考虑；或按照变压器容量的20%-40%进行配置。

3.3 配电线路的无功补偿

(1)用户专线；负荷集中于线路末端，线路上不接负荷(配电变压器)。补偿设备装于线路末端，且一般装于降压变压器低压侧，使负荷所需的无功电力由补偿设备供给，线路不通过无功电力。计算方法为：

式中，Qb-补偿容量

ΣQL-无功负荷总和

ΣQC-就地补偿的补偿容量总合

K-设备运行同时系数

K按不同情况取0.5-0.9

(2)10KV公用配电线路；10KV公用配电线路上，一般装有若干配电变压器，负荷大体是均匀分布的。这是在变电站10KV母线上可装设一定容量的并联电容器，以补偿主变压器吸收的无功；同时在线路上装设1-3组电容器，视线路长短和负荷大小而定。线路电容器组应自动投切。

设：全线长度为L，总的无功负荷为Qx。则：

①在线路上装设一组电容器时，

Qx-全线总的无功负荷

电容器组的装设点，距线路首端的距离为2/3L，总补偿容量为2/3Qx。

②在线路上装设两组电容器时，

Qb//-两组电容器中每组的容量

Qx-全线总的无功负荷

第一组装设在距首端2/5L处；第二组装设在距首端4/5L处。总的补偿容量为4/5Qx。

③在线路上装设三组电容器时，

Qx-全线总的无功负荷

第一组装设在距首端2/7L处；第二组装设在距首端4/7L处；第三组装设在距首端6/7L处。总的补偿容量为6/7Qx。