无功功率补偿对电力工程配电网的影响及应用

摘要：在电网中存在大量的感性负荷，大大增加了电网系统运行的无功功率，从而增加了电能的损耗。文章首先对无功补偿进行了概述，分析了无功功率对电力工程影响，并对无功功率的补偿方式及装置进行了探讨。

关键词：电力工程；配电网；无功功率；电能损耗

中图分类号：TM714 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）25-0071-02

随着社会的不断发展，对电力供应的需求越来越大，使电力工程建设的规模越来越大。在电网运行过程中，往往会存在大量的感性负荷，使电力系统中的无功功率逐渐增加，从而导致电能损耗不断增加，直接影响电网的供电质量，最终影响电力企业的经济效益。这就要求在配电网中进行无功补偿时，必须要先做好无功优化，以提高电能质量与功率因数，从而提高电力企业的经济效益。本文主要对配电网运行过程中存在的常见问题进行分析，并以电力工程配电网运行及无功功率补偿作为出发点，对以电力工程配电网为基础的无功功率补偿应用进行进一步探讨。

1 无功补偿的概述

无功补偿技术在电力系统中能有效提高电网的功率因数，其能有效减少供电变压器及其线路的电能损耗，从而改善供电环境及提高供电效率。在小型的电力系统中，该技术能起到调整三相不平衡电流的作用；而在大型供电系统中，该技术则能起到调整电网电压与提高电网运行可靠性的作用。在电力系统中，其供电功率能分为有功与无功两种，无功功率不能远距离传输，因此对于下属用电及配电变压器的无功功率应就地补偿。无功功率是在系统中设置无功补偿装置而进行的，其设备能和电路中的用电设备相互抵消无功功率，从而提高功率因数。无功补偿技术可将感性与容性功率负荷装置连接在相同的电路中，使能量能在两种负荷之间进行交换，且其所需要的无功功率也能从容性负荷输出的无功功率中获取等量的补偿。

2 无功功率对电力工程配电网的影响

电磁线圈电气设备在运行中必须要附加电气元件，以将其产生的无功功率降低。如电动机的转子磁场，必须在电源下获取无功功率才能建立。在电网系统中，无功功率对电力工程配电网的影响主要包括以下几个方面：（1）无功功率对输变电系统供电能力的影响；（2）无功功率对发电设备有功功率输出能力的影响，如用户需要一定的有功功率时，当电网的无功功率增加时，则会导致电网的损耗也相应增加。（3）无功功率对配电网电压损失的影响；（4）无功功率对发电机有功功率的影响，导致其运转功率因数降低，从而影响电网的运行环境，导致用户电力设备难以发挥出应有的作用。为此，在电力工程配电网运行时，应对供电电网及用户电气设备进行无功功率补偿，以提升设备运行的功率因数及系统的供电质量。

3 电力工程配电网的无功功率补偿的应用

3.1 明确无功功率补偿的容量

在电网系统中，要想明确无功功率补偿的容量，必须要运用以下几种方式：（1）根据配电网运行电压值确定，其目标是对电压的调节，计算公式为Qc=所需电压值×所需的电压值/配电网线路阻抗值；（2）根据线损降低率确定，能有效证明配电网线损降低率和补偿容量间的关系；（3）根据配电因数确定，功率因数应满足电力用户的实际需求；（4）根据变压器容量确定，并选择合理的补偿方式。

3.2 选择合适的无功功率补偿方式

在电力工程配电网应用中，必须要选择合理的无功功率补偿方式，才能有效降低电网系统运行的无功功率，从而降低电网中的电能损耗。现阶段，我国电力工程配电网中常用的无功功率补偿主要包括变电站补偿、低压补偿、杆上补偿、终端补偿、配电线路补偿及随机补偿等。

3.2.1 变电站补偿。通过变电站集中的无功功率补偿，该补偿方式主要应用于10kV变电站的母线中，且主要集中安装在等量的电容器中，不仅能有效降低供电线路中的无功损耗，且有利于降低变电站输电线路的无功电力损耗。但电力用户所需的无功率补偿还应在变电站线路中输送。因此，在10kV变电站线路中依然有无功功率电流，故认为该补偿方式无法代替配电网无功补偿所发挥的作用，而且也无法很好地解决配电网运行中无功降损的矛盾问题。

3.2.2 低压补偿。低压补偿作为我国当前常用的补偿方式之一，主要是在配电变压器的低压侧进行补偿。该低压补偿设备主要根据用户的负荷水平变化情况、投入的电容器进行跟踪补偿，其目的是为了提高变压用户的功率因数，以实现无功功率平衡的目的。其不仅具有降低电网、变压器损耗的作用，还能有效提高用户电压的水平。低压补偿设备通常是根据无功功率或功率因数实现对电容器自动投切的目的。低压补偿虽能保证用户电能的质量，但无功功率的投切量且有可能会与实际的需求量相差较大，容易导致出现无功功率补偿不足或过多的现象，从而影响电力系统的正常、可靠运行。

3.2.3 杆上补偿。在配电网中绝大多数的公用变压器无低压补偿，从而限制无功功率的补偿度。因此，对于配电网无功功率的缺口还必须通过变电站和发电厂来填补。而无功功率通过线缆传输，从而增加配电网的损耗。因此，应把10kV户外并联的电容器安装在架空线路杆上进行无功补偿，以提高配电网的功率因数，从而实现降损升压的目的。但安装在杆上的电容器与变电站之间的距离比较远，因此难以装配保护措施，对其的控制成本也比较高，且保养维护的难度较大，工作量较多，且安装环境受限因素较多。当线路处于轻载状态下，应避免配电线路出现过补偿及过电压。因此，必须要合理控制杆上补偿的安装点，无需进行分组投切，且要控制好其容量。

3.2.4 终端补偿。随着低压用户用电需求量的不断增多，也就意味着对无功功率的需求也相应增大。因此需要对终端进行补偿，以降低电网的损耗与维持网络电压的水平。但终端补偿方式的补偿点比较分散，其管理难度比较大。而且负荷的不同波动使大部分电容器在轻载状态下容易形成闲置，导致设备的利用率不断降低。

3.2.5 配电线路补偿。通过配电线路进行的无功功率补偿，该补偿方式主要应用于配电线路中，主要安装在配电网线路主干的2/3位置上。每个集中点都要安装一个能够承受10kV电压的电容器，虽然这种补偿方式能在一定程度上降低配电线路的无功损耗，但也存在一定的弊端，如电气设备长期处于露天环境下，容易受到人为、雷击等因素的损害，当配电线路出现故障后，难以实现对线路的及时、有效抢修。endprint

3.2.6 随机补偿。随机补偿就是基于随机的原则进行无功功率的补偿，该补偿方式一般将无功功率补偿的电容器安装在供电企业的电动机两侧，通过补偿电动机无功功率，从而实现降低功率损耗的目的。

3.3 选择合理的无功补偿装置

在电力工程配电网中，若想选择一种合理、可行的无功功率补偿装置，必须要充分考虑配电网中对不同的电压需求及其补偿装置技术特性等因素后才能决定选择哪一种无功功率补偿装置。现阶段，我国电力工程配电网最常用的无功功率补偿装置主要包括高压装置、中压装置、低压装置三种。

3.3.1 高压装置。高压装置主要应用在高压配电网络中，主要是以高压并联电容器的补偿装置。该装置通常安装在10kV变电站中的主变压器侧，主要是为了降低主变压器无功功率的损耗，改善配电网中的功率因数，且改善变电站出站端的电压，从而实现提高变电站输出电能质量的目的。

3.3.2 中压装置。干式自愈型并联电容器是我国当前中压补偿装置中最常用的装置，通过干式自愈型并联电容器实现对中压网络进行补偿。该设备的电容元件主要由金属薄膜卷制作而成，并在卷绕后进行顶端的喷漆，并通过导线焊接将其引出；而元件的外部主要通过树脂封灌而成，能实现绝缘空气的目的。

3.3.3 低压装置。相对于高压装置与中压装置，低压装置在我国无功功率补偿中的应用更为广泛。低压装置通常安装在电力工程配电网变压器中的低压侧或者安装在单台低压电动机侧。该装置不仅能在和电动机启动或停止时进行无功功率补偿，还能对高层建筑、宾馆、车间等配电房进行无功功率补偿。

4 结语

综上所述，电力工程配电网在运行时，随着大量无功电流的流动，既会使电网中线路的损耗增加，也会对电网的供电质量造成影响，从而影响配电网的稳定、可靠运行，对电力供应企业及用电用户都带来极大的影响。因此需要加强对无功功率对电力工程配电网影响的分析，并选择合理的补偿方式与装置，才能降低电网线路的损耗与提升电网供电的可靠性与稳定性，从而提高电力企业的经济效益。

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作者简介：廖国东（1957-），男，国网重庆市大足区精诚电力发展总公司电气工程师，研究方向：电力工程建设供用电管理。endprint