论10kV配电线路无功补偿

赵志刚

（四川青神供电有限责任公司，四川 眉山 620460）

前言。随着电力系统的发展和电力用户自动化水平的提高，电气设备对电源电压质量的要求越来越高。波动性负荷造成的局部电网电压不稳和功率因数恶化严重威胁着高自动化水平设备的电气寿命，制约着企业生产效率的提高。电力系统无功功率的调节影响到系统的功率因数、电压水平和负荷平衡，因而是电力系统运行中的一个重要问题。补偿电力系统无功，稳定系统电压，改善系统功率因数，已成为广大用户的迫切要求和电力系统自动化领域的研究方向之一。

1.无功功率

凡有电磁线圈的电气设备，就要消除因电磁场引起的无功功率。在10kV配电网中所需的无功功率，主要包括配电变压器的励磁所损耗的无功功率△QO、配电变压器绕组电抗所损耗的无功功率△QT、线路电抗所损耗的无功功率△QL及感性用电设备损耗的无功功率△QF。

即Q＝△QO+△QT+△QL+△QF。

所产生的无功功率，对供电和用电产生了诸多不良影响，如：

1）由于输送无功功率将引起有功功率损耗，当用电客户需要有功功率P为一定时，无功功率Q越大则网络中的功率损耗就越大；

2）无功功率将造成电压损失增大；

3）降低了输变电设备的供电能力；

4）降低发电机有功功率的输出；

5）造成低功率因数运行，使电气设备不能充分发挥。从以上影响看出，不论是从节约电能，提高供电质量，还是从提高供电设备的供电能力而言，都必须对供用电电网和设备进行无功补偿，以便改善功率因数，提高系统的供电能力，使供用电系统在经济合理状态下运行。

2.无功功率补偿原理及原则

在交流电路中，纯电阻元件中负载电流与电压同相位，纯电感负载中电流滞后电压90度，纯电容负载中电流超前电压90度，也就是说纯电容中电流与纯电感中的电流相位差为180度，可以相互抵消，即当电源向外供电时，感性负载向外释放的能量在两种负荷间相互交换，感性负荷所需要的无功功率就可由容性负荷输出的无功功率中得到补偿，实现了无功功率就地解决，达到补偿的目的。无功功率补偿原则有：1）为减少无功功率在线路上流动造成的有功损耗，无功功率补偿应就近就地进行。2）对于配变励磁无功损耗宜采用固定方式补偿，但考虑到运行维护及电容器本身的性能等因素，沿线各配变的无功补偿点不应超过三处，以二处为宜。对线路感抗所消耗的无功功率，应在配变无功补偿时统筹考虑。3）对感性负荷用户，应在用户处进行无功补偿，以补偿感性负荷及变压器绕组的无功损耗，并随无功负荷的变化而自动投切电容器组。从电网长期经济运行的角度出发，只要不出现过补偿，功率因素补偿得愈高愈好。

3.无功功率补偿技术要求

1）为提高10kV配电线路的供电可靠性和供电可靠率，使电力系统运行稳定、安全、经济。通过城、农网的建设与改造工作，对10kV配电线路加装无功补偿装置系统，能使配电网供电能力和客户端电压质量明显改善、供电可靠性显著提高。

2）国家电网公司下发关于电力行业创一流的文件中，要求10kV功率因数不小于0.9，线损不大于5%，及电压质量和无功补偿的运行管理等内容，其主要解决的问题关键之一，是在10kV线路中投入一定的电容器，采用固定或自动相结合的投入方式实现无功补偿。如果在一条供电线路中投入固定的电容器组，一般是按线路低负荷进行计算，而自动补偿量是在线路满负荷时计算出来的值，一条线路有固定和自动补偿两种方式相互配合，即可达到理想的效果。

3）无功补偿的原则是就地平衡，根据农网配电线路的实际情况比较复杂，不可能是统一模式，所以要采用分散和集中、固定和自动相结合的方法，分三步进行：一是变电所内按主变压器容量的15%左右安装固定补偿电容器组。二是在线路负荷中心或某处按低负荷时的无功需求量安装固定补偿电容器组。三是在线路负荷中心的上侧安装自动补偿电容器组。

4）对于农网主要使用的10kV配网系统，完整的无功补偿应该包括变电站集中补偿、10kV线路补偿和用户端低压补偿，再加上随机补偿，即“3级补偿+随机补偿”。

5）考虑到兼顾降低线损、提高力率与电压的效果，线路补偿原则是通过在线路电杆上安装电容器实行单点或多点电容器补偿，单点补偿地点选在离线路首端2/3处，补偿的容量应为无功负荷的2/3；两点补偿分别装设在距首端2/5和4/5处；若线路较长，负荷较大，实施固定补偿与自动补偿相结合、在线路上三点进行分散补偿：第一组装设在该线路2/7处为固定补偿；第二组为自动补偿，装设在该线路的4/7处，也是负荷较为集中地段；第三组为固定补偿，装设在该线路的6/7处；多点补偿是采用分支线分段补偿方式，对分支较大或线路较长负载自然功率因数低的线路进行补偿。根据农村实际状况，农网线路补偿的补偿点不宜过多；控制方式应从简；保护方式可采用熔断器和避雷器作为过电流和过电压简单保护。

6）确定某一条配电线路的补偿容量，应根据该线路的平均无功负荷和最小无功负荷计算，当线路的最小无功负荷小于平均无功负荷的2/3时，考虑到无功不应倒送，可安装固定的补偿装置，但应按最小无功负荷确定补偿容量。当线路中有较大无功负荷点时，除应考虑与线路始端的距离外，也应考虑大的无功负荷点。实际装设补偿装置每组以100～200kvar为宜。

4.无功补偿方式

4.1.负荷的无功功率补偿

当无功补偿系统处于独立工作状态时，补偿点的选取直接影响到补偿效果。尤其在距离较长的线路上进行集中补偿，如农电网线路，补偿点的影响更加明显。一些距离很长或带有特殊负荷的线路 (如电气化铁路的机车牵引电力线)为保证补偿效果，往往在一条线路上安装多台补偿设备。安装点的选取与线路上负荷的分布情况直接相关。对于低压配电网而言，其负荷一般是沿线路均匀分布的，为使补偿前、后的降损效果最大，必须确定补偿容量和位置，分三种情况。

1）单点补偿。在无功负荷沿线均匀分布的条件下，对单点补偿而言，补偿地点应装设在距线路首端为线路全长的2/3处，补偿容量为全线所需无功容量的2/3时，线损下降值将为最大。在此情况下，线损下降率为=88.9%

2）两点补偿。可求出极值为Q1=Q2=2/5，L1=2/5，L2=4/5。因此Q1应装设在距首端2/5L处，Q2应装设在距首端 4/5L处，Q1、Q2的值为线路所需无功的2/5倍。线损下降率为=96%

4.2.配变无功功率补偿

配变的无功损耗由△QO和△QT两部分组成。△QO场是用来建立磁场的励磁无功损耗，与负荷电流无关，△QT场是与负荷电流的平方成正比的漏磁无功损耗，已在负荷处进行补偿。配变固定无功损耗的补偿，应该根据配变的固定无功损耗和线路无功损耗来研究补偿容量和补偿位置。

5.结束语

目前，在配电网特别是工农业配电网中，用电负荷自然功率因数低，无功消耗大，对电网的供电质量和供电效益影响较大，因此搞好配网无功补偿，有益于改善系统电压和用户电压质量、降低线路损耗、减少运行费用、提高经济效益，同时也能提高社会效益。

[1]罗安，漆铭钧.智能型无功最优补偿及装置[J].电力系统自动化，1999.