配電網(wǎng)無功補償?shù)奶剿髋c思考

馬麗

(國網(wǎng)山西省電力公司黎城縣供電公司,山西長治 047600)

配電網(wǎng)無功補償?shù)奶剿髋c思考

馬麗

(國網(wǎng)山西省電力公司黎城縣供電公司,山西長治 047600)

無功補償作為保證電力系統(tǒng)無功功率平衡、降低網(wǎng)損、提高供電質(zhì)量的一項重要措施。本文以配電網(wǎng)為例,就無功補償?shù)脑?、補償?shù)淖饔?、補償?shù)姆绞竭x擇及無功補償?shù)娜萘看_定等方面進行簡要闡述。

配電網(wǎng) 無功補償 補償容量

在配電網(wǎng)中，有功功率和無功功率要保持平衡，有功電源不足，會造成頻率下降，無功電源不足，會造成電壓下降，嚴重時，兩者都會導(dǎo)致設(shè)備損壞，系統(tǒng)解列。常見的用電設(shè)備如異步電動機、變壓器等，大部分屬于感性負荷，在運行過程中需要向這些設(shè)備提供相應(yīng)的無功功率。如果由發(fā)電企業(yè)直接向用戶提供所需的大量無功功率，會導(dǎo)致輸電線路及變壓器因輸送大量無功功率而造成大量的電能損耗，這是不經(jīng)濟的。為了最大限度地減少無功功率的傳輸損耗，提高輸配電設(shè)備的效率，就需要進行無功補償。而且，合理的選擇補償裝置，可以改善電壓質(zhì)量、提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，降低供電變壓器及輸送線路的損耗，增加電網(wǎng)有功容量傳輸提高供電效率，減少電費支出、節(jié)約能源，改善供電環(huán)境。無功補償利國利民！目前正值全國農(nóng)網(wǎng)改造大規(guī)模進行階段，在改造中為方便設(shè)計人員對電容器的優(yōu)化配置，筆者通過多年來在電壓無功崗位上的實踐經(jīng)驗，結(jié)合相關(guān)專業(yè)知識，就無功補償?shù)脑怼o功補償?shù)淖饔茫瑹o功補償?shù)姆绞竭x擇及無功補償?shù)娜萘看_定等多方面與大家共同分享。

1 無功補償?shù)淖饔眉霸?/h2>

我們知道，發(fā)供電部門除了要供給用戶有功功率外，還要供給用戶無功功率。電力系統(tǒng)中常見的用電設(shè)備如異步電動機、變壓器等，大部分屬于感性負荷，在運行過程中需要向這些設(shè)備提供相應(yīng)的無功功率。如果由發(fā)電企業(yè)直接向用戶提供所需的大量無功功率，會導(dǎo)致輸電線路及變壓器因輸送大量無功功率而造成大量的電能損耗，這是不經(jīng)濟的。為了最大限度地減少無功功率的傳輸損耗，提高輸配電設(shè)備的效率，就需要進行無功補償設(shè)備的配置。

圖1

圖2

無功補償技術(shù)中主要包括視在功率S、有功功率P、無功功率Q、功率因數(shù)COSφ等參數(shù)，它們之間的關(guān)系如（圖1）。

1.1 補償無功功率,提高功率因數(shù)

提高功率因數(shù)的方法常用的是補償法，低壓配電系統(tǒng)中常用并聯(lián)電力電容器的辦法來補償用電設(shè)備需要的無功功率，這就稱為電容無功補償法。在感性負載上并聯(lián)電容器可用電容器的無功功率來補償感性負載的無功功率，從而減少甚至消除感性負載于電源之間原有的能量交換。在交流電路中，純電阻電路，負載中的電流與電壓同相位，純電感負載中的電流滯后于電壓90度，而純電容的電流則超前于電壓90度，電容中的電流與電感中的電流相差180度，能相互抵消。電力系統(tǒng)中的負載大部分是感性的，因此總電流將滯后電壓一個角度，如圖2所示，將并聯(lián)電容器與負載并聯(lián)，則電容器的電流將抵消一部分電感電流，從而總電流減少，功率因數(shù)提高。

1.2 提高設(shè)備的利用率和電網(wǎng)的傳輸能力

在設(shè)備容量不變的條件下，由于提高了功率因數(shù)可以少送無功功率。因此可以多送有功功率，可多送的有功功率

如需要的有功不變，則由于需要的無功減少，因此所需要的配變?nèi)萘恳蚕鄳?yīng)地減少：ΔS=S-S1=P(1/COSφ-1/COSφ1)。

安裝無功補償設(shè)備可使發(fā)電機多發(fā)有功功率，系統(tǒng)采取無功補償后，使無功負荷減少，發(fā)電機就可以少發(fā)無功，多發(fā)有功，充分達到銘牌出力。

1.3 降低電網(wǎng)中的功率損耗和電能損失

由公式I＝P/(U·cosφ)可知當有功功率P為定值時，負荷電流I與cosφ成反比，安裝無功補償裝置后，功率因數(shù)提高，使線路中的電流I減小，從而使功率損耗ΔP降低：ΔP＝I2R，降低電網(wǎng)中的功率損耗是安裝無功補償設(shè)備的主要目的。

1.4 減少電壓損失,改善電壓質(zhì)量

電力網(wǎng)的電壓損失可表示為ΔU＝(PR+QXL)/Ue，由公式可以看出，影響ΔU的因數(shù)有四個：有功功率P、無功功率Q、電阻R和電抗XL，如果采用XC的電容來補償，則電壓損失為：

ΔU1=[PR+Q(XL-XC)]/Ue，很明顯ΔU1＜ΔU，即安裝補償電容后電壓損失減少了，由以上兩式可得出接入無功功率QC后電壓升高。

1.5 減少用戶電費開支,降低生產(chǎn)成本

用戶安裝補償裝置既可以避免因功率因數(shù)低于規(guī)定值而受罰，也可以減少內(nèi)部因傳輸和分配無功功率造成的有功功率損耗，因而相應(yīng)可以減少電費的支出。

2 配置無功補償?shù)脑瓌t和補償方式

2.1 補償原則

(1)總體平衡與局部平衡相結(jié)合；(2)電力部門補償與用戶補償相結(jié)合；(3)分散補償與集中補償相結(jié)合，以分散補償為主；(4)降損與調(diào)壓相結(jié)合，以降損為主。

2.2 補償方式

理論上而言，無功補償最好的方式是哪里需要無功，就在哪里補償，整個系統(tǒng)將沒有無功電流的流動。但在實際電網(wǎng)當中這是不可能做到的。因為無論是變壓器、輸電線路還是各種負載，均會需要無功。所以實際電網(wǎng)當中就補償裝置的安裝位置而言有如下幾種補償方式：

(1)在變電所母線集中安裝并聯(lián)電容器組；(2)在高低壓配電線路中分散安裝并聯(lián)電容器組；(3)在配電變壓器低壓側(cè)和用戶車間配電屏安裝并聯(lián)補償電容器；(4)在單臺電動機處安裝并聯(lián)電容器等。

3 各級無功補償容量的配置方案

3.1 變電站無功補償

(1)補償原則；35KV及以上電壓等級的變電站，無功補償一般只考慮補償變壓器本身所吸收的無功電力，包括空載無功損耗和負載無功損耗；當二次負荷較重母線壓降很大，靠變壓器調(diào)壓不能滿足要求時，可適當增加補償容量，以提高電壓。

(2)補償容量的計算；按補償變壓器吸收的無功電力計算：

△Qb=(IO(%)/100+Uk(%)/100)Sn

IO變壓器的空載電流，IO約占額定電流的0.5-15%，變壓器容量越大，IO(%)越小。Uk變壓器的短路電壓，Uk(%)約為4-20%，變壓器容量越大，電壓越高，Uk(%)越大。變壓器總的無功功率損耗越占變壓器額定容量的10-20%。

按經(jīng)驗計算配置：35-110KV變電站的容性無功補償裝置以補償變壓器無功損耗為主，并適當兼顧負荷側(cè)無功補償，容性無功補償裝置的容量按主變壓器容量的10%-30%配置。

3.2 10KV配變

配電網(wǎng)的無功補償以配電變壓器低壓側(cè)集中補償為主，以高壓補償為輔。配電變壓器的無功補償裝置容量可按變壓器最大負載率為75%，負荷自然功率因數(shù)為0.85考慮；或按照變壓器容量的20%-40%進行配置。

3.3 配電線路的無功補償

(1)用戶專線；負荷集中于線路末端，線路上不接負荷(配電變壓器)。補償設(shè)備裝于線路末端，且一般裝于降壓變壓器低壓側(cè)，使負荷所需的無功電力由補償設(shè)備供給，線路不通過無功電力。計算方法為：

式中，Qb-補償容量

ΣQL-無功負荷總和

ΣQC-就地補償?shù)难a償容量總合

K-設(shè)備運行同時系數(shù)

K按不同情況取0.5-0.9

(2)10KV公用配電線路；10KV公用配電線路上，一般裝有若干配電變壓器，負荷大體是均勻分布的。這是在變電站10KV母線上可裝設(shè)一定容量的并聯(lián)電容器，以補償主變壓器吸收的無功；同時在線路上裝設(shè)1-3組電容器，視線路長短和負荷大小而定。線路電容器組應(yīng)自動投切。

設(shè)：全線長度為L，總的無功負荷為Qx。則：

①在線路上裝設(shè)一組電容器時，

Qx-全線總的無功負荷

電容器組的裝設(shè)點，距線路首端的距離為2/3L，總補償容量為2/3Qx。

②在線路上裝設(shè)兩組電容器時，

Qb//-兩組電容器中每組的容量

Qx-全線總的無功負荷

第一組裝設(shè)在距首端2/5L處；第二組裝設(shè)在距首端4/5L處。總的補償容量為4/5Qx。

③在線路上裝設(shè)三組電容器時，

Qx-全線總的無功負荷

第一組裝設(shè)在距首端2/7L處；第二組裝設(shè)在距首端4/7L處；第三組裝設(shè)在距首端6/7L處?？偟难a償容量為6/7Qx。