农村中低压配电网无功配置研究

陈 宁 王传勇 韩 蓬 李 明 冀传留

（1.国网山东省电力公司枣庄供电公司，山东 枣庄 277000； 2.山东国研电力技术有限公司，济南 250014）

近年来，经济的快速发展使我国的用电量不断增大，电力行业也是迅猛的发展。电网的网架结构也是在不断的改变着，电网建设的步伐总是滞后于电力的需求，会给用户带来一定的影响。配电网是连接输电网和用户的关键的网络，配电网能否合理的配置无功补偿装置，对电能质量的提高、电网损耗的减小、电网的经济运行都会有一定的影响。因此，为用户提供一个安全性能好，可靠性强，电能质量高的供电系统是我们的目标。

1 配电网无功消耗因素分析

鉴于中压配电线路的无功损耗主要依靠上级高压变电站的无功集中补偿方式以及中压线路配置无功来补偿，因此，这里讨论的中低压配电网的无功消耗主要由“配变无功消耗”和“配变低压侧负荷无功消耗”两部分组成，即：配变无功消耗及配变低压侧负荷无功消耗。由此得到中低压配电网无功总损耗为

由式中可以看出，配变消耗的无功总量与三大因素直接相关：变压器负载率β（反映负载大小）、低压侧自然功率因数λ（反映不同的负荷性质）和配变容量SN（反映不同型号的配变容量）。

下面以一台S9-800/10 型号的常用配变为例，说明配变无功损耗与配变低压侧负荷无功损耗在中低压配电网无功总损耗中所占的比重。计算中取：自然功率因数λ=0.85，配变负载率β=75%，无功补偿后配电变压器高压侧功率因数λT＞0.95，根据公式（1），该配变的无功消耗计算结果如表1所示。

表1 S9-800/10 型配变及其负荷无功消耗计算结果

由表1可以看出，在中低压配电网的无功损耗中，配变低压侧负荷的无功损耗占主导地位，约占总损耗的93%；配变自身的无功损耗不大，仅为总损耗的7%左右。因此，中低压配电网的无功配置应着重考虑对配变低压侧负荷的无功消耗的影响。

2 配电变压器的无功配置分析

在分析了无功消耗之后，就需要确定配变实际所需的无功补偿容量。当配变高压侧功率因数达到cosφ，需要的无功补偿容量可以通过下式进行计算。

以下将分别研究配变所需的无功补偿容量随配电变压器容量、配电变压器负载率、配变低压侧自然功率因数的变化而变化的趋势。

1）配变无功补偿容量与配变容量的关系研究

以常用型号配变为例，计算各类配变所需的无功补偿容量的计算结果如表2所示。

计算条件如下：

低压侧自然功率因数λ=[0.7，0.8，0.9]，

配变负载率β=75%，

无功补偿后配电变压器10kV 侧功率因数达到0.95。

表2 各种配变的无功补偿容量计算结果（λ=0.85、λT≥0.95，β=75%）

由表2可知，在配变负载率及补偿前后功率因数等边界条件相同的情况下，不同型号不同容量的配变需要的无功补偿容量占变电容量的比例变化不大。也就是说，相同的条件下，配变所需的无功补偿容量基本与配变容量成正比。

2）配变无功补偿容量与配变负载率的关系研究

仍以一台S9-800/10 型号配变为例，计算配变负载率变化时，配变所需的无功补偿容量的变化情况，计算结果见表3和图1。

（1）低压侧自然功率因数取0.6～0.9，

（2）补偿后高压侧功率因数达到0.95。

表3 不同负载率下的配变无功补偿容量计算结果（λT≥0.95、SN=800）

图1 配变无功补偿容量与配变负载率关系图

由表3和图1可知，在相同配变自然功率因数条件下负载率越高，高压侧达到相同功率因数时所需的无功补偿容量越大。一般情况下，自然功率因数0.8，配变负载率50%左右，高压侧补偿到0.95时，补偿容量百分比约为22%。

根据上述计算结果，可以得出，对于尚不能严格区分供电负荷类型的配电变压器来说，可以考虑按照不同的配变负载率来确定相应的无功配置 容量。

（1）当配变负载率在20%及以下时，配变处在轻载状态，若负荷自然功率因数按0.85 考虑，则配变低压侧的无功补偿容量不宜超过配变容量的7%，补偿后配变高压侧功率因数将达到0.95。

（2）当配变负载率处于30%～50%之间时，若负荷自然功率因数按0.85 考虑，则配变低压侧的无功补偿容量按照配变容量的10%～16%考虑，补偿后配变高压侧功率因数将达到0.95。

（3）当配变负载率达到75%时，若负荷自然功率因数按0.85 考虑，则配变低压侧的无功补偿容量按照配变容量的24%配置，补偿后配变高压侧功率因数将达到0.95。

3）配变无功补偿容量与低压侧自然功率因数的关系研究

以S11-315/10 配变为例，计算不同自然功率因数下，配变所需的无功补偿容量，计算结果见下表4和图2所示。

（1）自然功率因数在0.6～0.95。

（2）补偿后高压侧功率因数分别达到0.91～1时。

（3）配变负载率取50%。

表4 配变所需无功补偿容量的比例与自然功率因数的关系（SN=315kVA，β=50%）

图2 配变无功补偿容量所占比例与 自然功率因数关系图

由此得到配变的无功配置结果：（补偿后配变高压侧功率因数均达到0.95）

（1）当低压侧自然功率因数为0.7 时，则配变低压侧的无功补偿容量按照配变容量的35%配置。

（2）当低压侧自然功率因数为0.8 时，则配变低压侧的无功补偿容量按照配变容量的22%配置。

（3）当低压侧自然功率因数为0.9 时，则配变低压侧的无功补偿容量按照配变容量的9%配置。

根据各地区的配变数据分析，在系统峰荷时不同性质负荷的自然功率因数如下表所示。其中，居民和商业负荷的自然功率因数主要分布在0.85 至0.95 之间，农网村和工业负荷的自然功率因数偏低，分布在0.6～0.9 之间。

表5 不同负荷的自然功率因数

根据以上计算结果，得到：

（1）对于居民用户，自然功率因数在0.90 以上，配变无功补偿容量为配变容量9%时，高压侧功率因数达到0.95；配变无功补偿容量达到16%时，高压侧功率因数达到0.98；配变无功补偿容量达到19%时，高压侧功率因数达到0.99。

（2）对于商业用户，自然功率因数在0.85 以上，配变无功补偿容量在16%时，高压侧功率因数达到0.95；配变无功补偿容量达到22%时，高压侧功率因数达到0.98；配变无功补偿容量达到26%时，高压侧功率因数达到0.99。

（3）工业负荷的自然功率因数较低，需要较多的无功补偿容量。如果工业负荷的自然功率因数控制在0.8 左右，当配变无功补偿容量为配变容量的15%时，高压侧功率因数达到0.91；配变无功补偿容量为配变容量的22%时，高压侧功率因数达到0.95；配变无功补偿容量为配变容量29%时，高压侧功率因数达到0.98。

（4）对农业区而言，自然功率因数控制在0.8左右，当配变无功补偿容量为配变容量15%时，高压侧功率因数达到0.91；配变无功补偿容量为配变容量22%时，高压侧功率因数达到0.95；配变无功补偿容量为配变容量29%时，高压侧功率因数达到0.98。

（5）农网偏远负荷的自然功率因数较低，需要较多的无功补偿容量。如果负荷的自然功率因数控制在0.75 左右，当配变无功补偿容量为配变容量21%时，高压侧功率因数达到0.91；配变无功补偿容量为配变容量28%时，高压侧功率因数达到0.95；配变无功补偿容量为配变容量35%时，高压侧功率因数达到0.98。

3 配电线路的无功配置分析

对于大多数的中压配电线路来说，线路本身消耗的无功很小，但由于线路所带的配电变压器很多，配电变压器所固有的空载无功损耗就很大，再加上重负荷时的漏磁无功损耗和用户的无功消耗，导致线路功率因数很低。如果不进行适当补偿，配电线路和配电变压器产生的电量损失非常可观，严重影响供电企业的经济效益。为了降低无功穿越配变而产生的变压器损耗，10kV 线路补偿不应补偿由负荷引起的无功消耗，而应以补偿配变固有的空载励磁损耗为主。因为许多地区配电网中部分线路所带的配变日负荷变化很大，在低谷负荷时段，配电变压器接近空载，如果l0kV 线路无功补偿还补偿了随负荷变化的无功消耗，则在低谷负荷时段时，将产生过补偿（线路补偿一般不具备自动投切功能，人工频繁投切也不现实），引起电压升高、无功倒送。

经过计算，在中压线路上实施单组或多组补偿时的最佳装设位置和最优补偿容量见表6所示。

表6 装设多组电容器时的最佳装设位置及最优容量表

4 结论

本文结合配电网的结构，分析中低压配电网的无功消耗是由配变无功消耗和配变低压侧负荷无功消耗两部分组成。主要介绍了农网中低压配变低压侧集中补偿、中压线路分散补偿、随电动机补偿、低压用户集中补偿四种方式。通过数据分析介绍了配电变压器配变无功补偿容量与配变容量、配变负载率、低压侧自然功率因数之间的关系。对于无功补偿的研究还远不止这一些，想要给用户提供更好、更高的电能，给电力系统降低损耗还需要做很多的努力，在寻求技术上的进步也要因地制宜的做好无功补偿工作。

[1] 王乙伊.低压配电网无功补偿方式的研究[J].广东电力,2007(2): 33-36.

[2] 王凌谊.电力系统无功优化与无功补偿[J].电气应用,2006(10): 45-48.

[3] 齐义禄.电力线路技术手册[M].北京: 兵器工业出版社,1991.

[4] 刘建强.配电网四种无功补偿技术方案比较[J].电工技术杂志,2003 (3): 1-3.

[5] 郭连奎.配电网无功补偿技术的应用及效益分析.现代电力.2003,20 (3): 73-75.

[6] 刘健,倪建立.配电自动化系统[M].北京: 中国水利水电出版社,1999.

[7] 王丽,刘会金,王陈.瞬时无功功率理论的研究综述[J].高电压技术,2006 (2): 98-100.

[8] 刘健,毕鹏翔,杨文宇,等.配电网理论及应用[M].北京: 中国水利出版社,2007.

[9] 李妮.配电网规划中的无功功率补偿方法研究[D].湖南大学优秀硕士论文,2006.

[10] 何仰赞,温增银.电力系统分析[M].武汉: 华中科技大学出版社,2002: 9-23.

[11] 徐继敏.电网的无功补偿与谐波治理[J].电气应用,2008,27(13): 21-25.

[12] 孙成保,李广泽.配电网实用技术[M].北京: 中国水利出版社,1997.

[13] 苑舜,韩水.配电网无功优化及无功补偿装置[M].北京: 中国电力出版社,2004.

[14] 林小汇.配电系统无功补偿技术方案[J].湖北电力,2004,28(3): 18-19.

[15] 张勇军,任震.10kV 长线路无功优化补偿[J].中国电力,2000,33(9): 50-52.

[16] Wang Zhuding,Zhou Feng,Feng Qianhan,et a1.An analyticalmethod for solving reactive optimization in power systemstJl.IEEE TENCON’93/Beijing: 304-309.

[17] Venkataramana Ajjarap,Zaid Albannav.Application of geneticbasedalgorithmstooptimal capacitorplacement [J].IEEE,1991.

[18] Maurizo Delfanti,Gianpietro P,Granelli,et a1.Optimal capacitorplacement using determmistic and genetic adgorithms[J].IEEETransaction 011 Power Systems,2000,15(3): 1041-1046.

[19] 李源,曾嵘,盛新富.基于会局优化的10kV 配网分布式无功补偿系统的研制[J].高压电器,2003,39(4): 23-25.