配網(wǎng)無功補(bǔ)償及補(bǔ)償效益分析

顧荔嵐

摘要：電網(wǎng)中的電力負(fù)荷如電動機(jī)、變壓器等，大部分屬于感性負(fù)荷，在運(yùn)行過程中需向這些設(shè)備提供相應(yīng)的無功功率。在電網(wǎng)中安裝并聯(lián)電容器等無功補(bǔ)償設(shè)備以后，可以提供感性電抗所消耗的無功功率，減少了電網(wǎng)電源向感性負(fù)荷提供、由線路輸送的無功功率，由于減少了無功功率在電網(wǎng)中的流動，因此可以降低線路和變壓器因輸送無功功率造成的電能損耗，這就是無功補(bǔ)償。無功補(bǔ)償可以提高功率因數(shù)，是一項(xiàng)投資少，收效快的降損節(jié)能措施。

關(guān)鍵詞：無功補(bǔ)償；線損；效益

一、無功補(bǔ)償原理

當(dāng)電網(wǎng)電壓的波形為正弦波，且電壓與電流同相位時，電阻性電氣設(shè)備如白熾燈、電熱器等從電網(wǎng)上獲得的功率P等于電壓U和電流I的乘積，即：P=U×I。

當(dāng)感性電氣設(shè)備如電動機(jī)和變壓器等由于在運(yùn)行時需要建立磁場，此時所消耗的能量不能轉(zhuǎn)化為有功功率，故被稱為無功功率Q。此時電流滯后電壓一個角度φ。在選擇變配電設(shè)備時所根據(jù)的是視在功率S，即有功功率和無功功率的矢量和：

S=（P2+Q2）1/2

無功功率為：

Q=（S2_P2）1/2

有功功率與視在功率的比值為功率因數(shù)：

cosf=P/S

無功功率的傳輸加重了電網(wǎng)負(fù)荷，使電網(wǎng)損耗增加，系統(tǒng)電壓下降。故需對其進(jìn)行就近和就地補(bǔ)償。并聯(lián)電容器可以補(bǔ)償或平衡電氣設(shè)備的感性無功功率。當(dāng)容性無功功率Q。等于感性無功功率QL時，電網(wǎng)只傳輸有功功率P。根據(jù)國家有關(guān)規(guī)定，高壓用戶的功率因數(shù)因達(dá)到0.9以上，低壓用戶的功率因數(shù)應(yīng)達(dá)到0.85以上。

二、配網(wǎng)中無功補(bǔ)償方式

（一）在配電線路中分散安裝并聯(lián)電容器組

變電站內(nèi)對主變所需的無功進(jìn)行了補(bǔ)償，而對站外10kV線路及線路上的大量配變的10kV無功沒有作用，對于這一部分巨大的線路損耗必須采取就地?zé)o功補(bǔ)償加以解決才能真正的降低線損。但配網(wǎng)線路出線較長，負(fù)荷分布不均勻，如果照搬變電站的無功補(bǔ)償模式，勢必投資過大，且安裝維護(hù)不方便。如果采用固定地點(diǎn)裝固定量的電容器方法，雖然投資減少，但由于未有任何保護(hù)，經(jīng)常發(fā)生電容器燒毀事故，給電網(wǎng)的運(yùn)行造成安全隱患。且由于是固定投入，隨著線路負(fù)荷的改變，極易造成過補(bǔ)，從而產(chǎn)生倒送無功，不但不能降低功率因數(shù)，降低線損，還造成區(qū)域內(nèi)電壓增高，燒毀運(yùn)行中的設(shè)備，因此配網(wǎng)中所需的線路無功補(bǔ)償裝置必須能自動投切，保護(hù)可靠，造價低廉，安裝方便。例如：某10KV供電支路，經(jīng)過詳細(xì)的技術(shù)設(shè)計，我局決定采用總?cè)萘繛?00KVR（兩組電容器，一動一靜，第一組為150KVAR，第二為250KVAR的高壓無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行補(bǔ)償）（見表1）

線路等值阻抗：Z=15+J6.8

線路電壓：11KV

補(bǔ)償裝置安裝前的電網(wǎng)功率損耗：

線損降低值：

131.517-93.263=38.254KW

一年節(jié)省損失電量：

38.254KW×8640=330514.56kwh

一年節(jié)省損失電費(fèi)：

0.7×3305

14.56=23.14萬元

因這種補(bǔ)償方式具有投資小、回收快、補(bǔ)償效率較高、便于管理和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，適合于功率因數(shù)較低且負(fù)荷較重的長距離配電線路，但是因負(fù)荷經(jīng)常波動，而該補(bǔ)償方式又是長期固定補(bǔ)償，適應(yīng)能力較差，主要是補(bǔ)償了無功基荷，在線路重載情況下，補(bǔ)償度一般是不能達(dá)到0.95。

（二）在單臺電動機(jī)安裝并聯(lián)電容器。

隨著工農(nóng)業(yè)，水利和城建事業(yè)的發(fā)展，大型高壓異步電動機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛，它們的功率因數(shù)一般在0.8到0.85之間，有的甚至在0.7左右，使輸配電系統(tǒng)送電能力下降，線路損耗增大，浪費(fèi)電能.通過高壓電機(jī)無功補(bǔ)償裝置與高壓異步電機(jī)并聯(lián)連接，向高壓電動機(jī)提供勵磁所用的無功電流，以改善功率因數(shù)，減輕配電變壓器的負(fù)荷，降低線路和變壓器的損耗，提高配電設(shè)備的效能，補(bǔ)償后平均功率因數(shù)達(dá)0.95以上，有明顯的節(jié)能、改善電機(jī)起動I、運(yùn)行性能的功效。例如：本地某選礦廠，裝有6KV、630KW、8極異步電動機(jī)4臺，每臺裝設(shè)400KVAR的就地補(bǔ)償電容器裝置，裝設(shè)后功率因數(shù)由0.8上升到0.946，電流值由48A下降為40.7A，每小時可節(jié)電58.8KW.H，每年節(jié)電5.08×105KW.H，節(jié)約電費(fèi)約14萬元。缺點(diǎn)是低壓無功補(bǔ)償通常按配電變壓器低壓側(cè)最大無功功率需求來確定安裝容量，而各配電變壓器低壓負(fù)荷波動的不同時性造成大量電容器在較輕載時閑置，設(shè)備利用率不高。

三、對配電網(wǎng)進(jìn)行無功補(bǔ)償遇到的問題

無功功率倒送是電力系統(tǒng)所不允許的現(xiàn)象，因?yàn)樗鼤黾泳€路和變壓器的損耗，加重線路的負(fù)擔(dān)。補(bǔ)償往往只選擇一相做采樣及無功功率分析。于是在三相負(fù)荷不平衡的時候，就有可能造成無功功率倒送。至于采用固定電容器補(bǔ)償方式的用戶，則可能在負(fù)荷低谷時造成無功功率倒送。

四、結(jié)束語

綜上所述，10kV配網(wǎng)的無功補(bǔ)償提高了電網(wǎng)及負(fù)載的功率因數(shù)及負(fù)載的功率因數(shù)，降低設(shè)備所需容量，減少不必要的損耗，穩(wěn)定電網(wǎng)電壓，提高電網(wǎng)質(zhì)量。10

kV配網(wǎng)的無功補(bǔ)償工作應(yīng)更多地考慮系統(tǒng)的特點(diǎn)，不應(yīng)因電壓等級低、補(bǔ)償容量小而忽視補(bǔ)償設(shè)備對系統(tǒng)側(cè)的影響（包括網(wǎng)損）。如果需降損的線路能基于一個完善的補(bǔ)償方案進(jìn)行改造，則電力系統(tǒng)的收益將比分散的純用戶行為的補(bǔ)償方式要大得多。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳小貴.電力用戶無功補(bǔ)償原理及效益分析[J].廣西電業(yè)，2012，12：94～97.