無功補償在農(nóng)村電網(wǎng)的應用

摘要：本文論述了農(nóng)村電網(wǎng)中應用無功補償，使無功就地平衡，減少無功功率，提高功率因數(shù)，有效地減少配電系統(tǒng)配電線路和配電變壓器的電能損耗，具有重要的現(xiàn)實意義。

關鍵詞：無功補償作用;補償方式;補償容量確定

引言

在供用電系統(tǒng)中有許多運用電磁感應原理工作的電氣設備，如變壓器、電動機等，這些電器設備在運行中不僅消耗有功功率，而且需要一定數(shù)量的無功功率來用于電路內(nèi)電場與磁場的交換，無功電源和有功電源一樣，是保證系統(tǒng)正常運行和供電安全所不可缺少的。農(nóng)村電網(wǎng)的負荷大多數(shù)是電感性負荷。這些電感性設備吸收的無功功率如果不采取其他措施予以補償，這些無功功率將由電力系統(tǒng)中發(fā)電廠的發(fā)電機供給，無功的輸出勢必造成電能損耗和電壓損失，而且限制了輸供電設備的送電能力。尤其是對電源不足的電力系統(tǒng)還會因為有功不足造成頻率降低，影響供電質(zhì)量。所以，必須要解決電網(wǎng)無功電源容量不足的問題，切實提高功率因數(shù)。

2無功補償?shù)淖饔?/p>

2.1提高電壓質(zhì)量

供配電線路的電壓損失公式為：

ΔU =（PR + QX）/ Ue（1）

無功功率Q 減少，電壓損失也相應減少。式（1）中P，Q 分別為有功、無功功率;R，X 分別為線路的電阻、電抗;Ue為額定電壓。

2.2 減少功率損耗

無功功率既影響配電系統(tǒng)的電壓質(zhì)量，也限制了線路、配變的供電容量，更是增加了配電系統(tǒng)的供電線損。

在配電網(wǎng)中，線路或變壓器的功率損耗

ΔP = I2 R = RS2/ U2 = RP2/（UcosΦ）2（2）

式（2）中R 為網(wǎng)絡等效電阻;P 為有功功率;S 為視在功率;U 為運行電壓;cosΦ為功率因數(shù)。

假定功率因數(shù)從cosΦ1 提高到cosΦ2，則功率損耗可降低，降低幅度為ΔP = 1 -（cosΦ1/ cosΦ2）2。設功率因數(shù)為1 時，銅損即功率損耗為ΔP，那么對應于同一有功功率，各種功率因數(shù)下的銅損與功率因數(shù)為1 時的銅損的百分比。

2.3 提高輸變電設備的供電能力：補償諧波電流，降低諧波電流對電網(wǎng)的污染;補償不受電網(wǎng)頻率影響，不易與電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧振，過載能力強。

2.4 提高發(fā)電機的有功功率輸出

2.5 減少用戶的電費支出《功率因數(shù)調(diào)整電費辦法》明確規(guī)定：對功率因數(shù)達不到《供用電規(guī)則》所要求的功率因數(shù)值的用戶，按規(guī)定扣罰電費，反之，獎勵電費。對于容量大的用戶通過無功補償提高功率因數(shù)，便可減少功率因數(shù)電費，減少電費支出。

3無功補償?shù)姆绞?/p>

3.1 高壓電容無功補償

對提高總回路功率因數(shù)的效果最為顯著。根據(jù)C = P（tgΦ1 - tgΦ2）/（ωU2），在功率P、頻率ω相同的條件下，電壓U 較高時，就可以用較小的電容量C，較大幅度的提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，但對企業(yè)節(jié)電效果不如低壓供網(wǎng)和用電設備的直接補償。

3.2 低壓集中電容無功補償

集中補償分為固定容量補償和自動補償，均可最大限度的挖掘變壓器的容量潛力，增大負載能力。根據(jù)P = S·cosΦ當功率因數(shù)cosΦ= 1 時，有功功率P 等于變壓器的視在功率S，而一般自然功率因數(shù)在0.6～0.7之間，如不進行補償，供電變壓器的效率就很難提高，例：1 000 kVA的變壓器僅能帶600kW～700kW的有效功率。特別是自動補償，功率因數(shù)可控制到0.95～0.98，其增容效果更為顯著，電容器的充、放電功能，可以有效的穩(wěn)定電壓，提高供電質(zhì)量。

3.3 無功功率就地補償

在低壓網(wǎng)絡，電容器直接連接到電動機等感性負載用電設備上，電容器隨電動機同時投入或同時退出，使得電動機消耗的無功功率得到徹底補償，從而使得裝設點以上的配電線路的無功功率減少，從而相應減少了線路和變壓器的有功損耗，所以電容就地補償，節(jié)電效果最好，投資也小。特別是能夠有效抑制設備瞬間出現(xiàn)的電流波動沖擊電網(wǎng)。

3.4 低壓分散無功補償

在變壓器低壓側(cè)的輸電線路中，分散進行電容器固定容量的補償，克服了集中固定補償中容量較大時的涌流過大等問題，并能有效的增大配電線網(wǎng)的供電能力，節(jié)電效果較好。其優(yōu)點是在低負荷時，可以相應停運數(shù)組，以防過補。投資較為經(jīng)濟，其缺點是需要人工頻繁投、切。在投、切不及時或投、切容量不合適時，也易造成過補或欠補現(xiàn)象。

4無功補償在農(nóng)村電網(wǎng)中的應用

在配電系統(tǒng)中，用電類別可分為由專用變壓器供電的客戶與由0.4 kV 線路供電的客戶，為達到最佳的降低損耗的效果，其無功補償?shù)倪x擇應按照“全面規(guī)劃、合理布局、分級補償、就地平衡”的原則。采取集中補償與分散補償相結合，以分散補償為主;由低壓到高壓、高低壓相結合、以低壓補償為主;調(diào)壓與降損相結合，以降損為主。

4.1低壓補償

就1臺變壓器供電為一個單位來考慮，在農(nóng)網(wǎng)系統(tǒng)0.4kV 線路上供電的情況的差別很大，低壓無功補償裝置的安裝位置要視實際情況而定。對于負荷分布比較均勻、線路長度相對不是很長的，或者負荷分布不均勻、線路長度相對較長、但負荷主要集中在靠邊變壓器處的，宜以各臺配變?nèi)萘?、負荷率和功率因?shù)的情況確定補償容量，在配變的低壓側(cè)安裝全自動的無功補償裝置，以補償?shù)蛪河秒姾团渥儽旧硭牡臒o功功率;對于負荷分布不均勻、線路較長、負荷大量集中在線路末端的，在靠邊各主要負荷較近處，通過對實際情況的分析后，確定補償容量，在該處安裝全自動的無功補償裝置，以補償主要負荷所消耗的無功功率。

4.2高壓補償

在0.4 kV 低壓配電網(wǎng)基本實現(xiàn)無功平衡的基礎上，要根據(jù)10kV專用配變供電用戶自身無功補償?shù)那闆r和線路本身的需要補償?shù)那闆r，綜合分析考慮補償。如果專用配變的無功功率損耗占整體情況比例不大，可考慮在距線路首端2/ 3處安裝補償裝置，補償容量取最大無功功率的5 %～10 %，在實際中，若線路較短，則可以不設補償。若有些專用配變的無功功率較大，占整體情況的比例很大，可考慮在靠近配變附近裝設單獨的補償，剩余的無功功率，再根據(jù)以上方法考慮相應的補償。

5、無功補償容量的確定

補償容量的大小取決于電力負荷的大小和功率因數(shù)的高低，確定補償容量的方法主要有兩種：一種是計算法，一種是查表法。考慮到動力類負荷，估計配變的功率因數(shù)在 0.75 左右，設計在滿負荷狀態(tài)下功率因數(shù)提高到0.90。

5.1 按公式計算

假設配變?nèi)萘繛镾，補償前有功功率、無功功率和功率因數(shù)角分別為PQ 1、和φ1，補償后有功功率、無功功率和功率因數(shù)角分別為 P2、Q 2和φ2，Qb為需補償?shù)娜萘俊?/p>

由此可得出應補償?shù)娜萘繛椋?/p>

Q b =Q1 -Q 2

=S × sin φ 1 -S × sin φ 2

=S ×（0.661-0.436）

=0.225S

補償百分比為：η% = Qb/ S ×100%=22.5%

根據(jù)電網(wǎng)的運行經(jīng)驗可以得出，補償容量一般為變壓器額定容量的 20%～30%。

5.2 就地補償容量可按電機空載電流計算

Q ≤3UIOvar 電機空載電流IO 可以按電機型號在電工手冊中查到，也可以在額定電壓U 下實測得到。

5.3 根據(jù)有功、無功電量計算

單個電網(wǎng)回路所需補償量可按正常生產(chǎn)情況下，供電部門收費單上的有功電量A、無功電量B、每月運行時間h 和補償后要達到的功率因數(shù)cosΦ2，可按式（4）計算：Q =[B - A·tgΦ2]/ h.（4）

5.4估算

先進行估算預補，再根據(jù)實際情況進行調(diào)整，使其達到所需要的功率因數(shù)。低壓側(cè)集中自動補償，一般按變壓器容量的二分之一配置。低壓側(cè)集中固定補償，一般按配電變壓器容量的十分之一左右配置。就地補償，按電機容量的三分之一左右配置。有些設備按其要求進行配置。

5.5 容量配置注意事項

在供電線路中，電阻、電感、電容三個參數(shù)相互影響，如果電容器的容量配置不當，不但起不到節(jié)電的目的，反而影響設備的安全運行，所以要注意防止過補或出現(xiàn)純電阻電器。

6結束語

綜上述：無功分散補償，實現(xiàn)無功就地平衡，對于降低供電線損、提高配網(wǎng)的供電能力、改善電壓質(zhì)量、提高發(fā)電機的有功功率輸出、提高發(fā)電設備的效率、降低發(fā)電成本等均有著重要的意義。所以，在配電建設與改造中，應大力應用無功補償技術。

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