无功补偿在低压配电系统的探讨与应用

祁卫

摘要：电力行业对国民经济快速发展具有重大意义，现代国民用电行为中，功率因数低、设备利用度差导致成本过高的状况十分常见，对低压配电系统进行必要的无功补偿是借鉴这一弊端的主要方法。一般借助并联但容器进行处理，若补偿容量无法保证匹配效果，需要借助晶闸管进行控制，实现电容器的分组处理。无功补偿对低压配电系统的影响较大，是提高工作效率，降低电力耗损的必备处理措施，便于提高电力系统的稳定性、合理性、科学性。

关键词：无功补偿；低压；应用

1 无功补偿的性能分析

无功补偿的执行原则为：安全合理、经济科学、精度高准，可用于低压配电系统的各负荷条件下，根据无功补偿装置状况进行对应调解处理。带动配电系统的精度高、运行稳定，降低了能耗，对节能理念的落实较为全面。它作为各种负荷的无功补偿被广泛的用在额定电压 400 V、频率 50 Hz 的电力系统中，是提高电力行业供电电能稳定性的重要方法。借助低压配电的无功补偿可充分实现降低电费、能耗、线路压降等多方面要求。

2 低压配电系统无功补偿的原理和原则

2.1 低压配电系统无功补偿原理

无功功率是指没有消耗，仅是将电能转换为其他形式的能，这种能量是部分电气设备能够做功的必备条件，同时这种能量能够和电能进行周期性转换，如电磁元件建立磁场占用电能、电容器建立电场占用电能等。在配电网中，若电流分别在电感元件、电容元件中做功，会使电流和电压出现不同相，前者使电流比电压超前90℃，后者使电流比电压滞后90℃。在同一组成电路中，电感电流和电容电流具有完全相反的方向，在相位上相差180℃。此时若在电磁元件电路中安装合适的电容元件，使电感电流和电容电流完全抵消，减少电路中电流和电压矢量的夹角，提高整个配电网的做功性能，这就是无功补偿的原理。

2.2 低压配电系统无功补偿的基本原则

在对低压配电网进行无功补偿配置时必须遵循下述三个原则：第一，总体平衡和局部平衡相结合的原则；第二，分散补偿和集中补偿相结合的原则；第三，降损和调压相结合的原则。通常情况下，低压配电网络在进行无功补偿时，都以局部、分散补偿为主，兼顾整体平衡和集中补偿，还要结合电力部门和用户补偿进行整体设计，最大限度减少无功功率在低压配电网的输送，实现就地补偿和平衡。

3 低压配电网无功补偿的方法

3.1 集中补偿方法

低压集中补偿是通过低压并联电容器的电脑控制对配电变压器 380 V 侧进行集中补偿。该种方法对配电系统的优势较为明显，补偿容量大、跟踪性能良好、降低用户成本，对企业的经济效益十分关键。现阶段，低压自动补偿设备一般为自动投切处理，借助集中补偿有利于相关企业及时发现对应用电环节的各种问题，是维持电压稳定的合理措施。

3.2 用户终端分散补偿方法分析

输电环节中，用户终端需要进行分散补偿控制，提高电压利用效率较为关键。用户终端进行分散补偿十分必要，是节约资源、降低成本的关键，可根据电器容量进行单独控制，保证其后续发展应用前景良好。该补偿方法是释放电压能量、提高供电能力的基本方法，便于控制电压的稳定性，同时可保护对应用电设备、器件的安全性，降低了线路耗损。终端分散补偿中，借助对终端进行无功补偿实现电压能量的合理释放，从而维持电压稳定性，实现了降低能量损耗、提高供电能力的双赢局面。

针对低压无功补偿，需要注意下述问题，第一、补偿需要与工作同时进行。一般需要把电容组、电机组连接处理，然后进行电力输送处理，促进电机工作、低压补偿同时运行，降低了电流流通中的不必要耗损，提高工作效率。第二、变压器连接中，借助低压保险进行电容器与变压设备的连接，可以对变压设备进行无功补偿处理，降低运营中的损耗。第三、随时补偿处理，稳压处理。无功补偿中，需要进行保护装置控制，保证低压电容器组补偿与母线部位，实现满足补偿的需求，稳定电压、减少损耗的负面影响。

3.3 同步补偿及静止补偿分析

现阶段，电力行业中线路运输一般具有长距离的特点，借助同步、静止补偿可实现线路节能，调节能力良好，可最大限度的发挥补偿功效。注意问题分析如下：第一、无功补偿装置的安装位置需要保证合理性，将对应支撑点、输电网络与用电位置进行低压电网连接。第二、加强补偿范围的分析，避免外力作用导致的系统故障。第三、定期进行维护、检修操作，避免天气异常等原因导致的补偿装置故障。

3.4 跟踪补偿

跟踪补偿是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置，将低压电容器组补偿在大用户0.4 kV母线上的补偿方式。适用于100 kVA以上的专用配电变压器用户，可以替代随机、随器两种补偿方式，补偿效果好。

跟踪补偿的优点是运行方式灵活，运行维护工作量小，比前两种补偿方式寿命相对延长，运行更可靠。但缺点是控制保护装置复杂，首期投资相对较大。但当这3种补偿方式的经济性接近时，应优先选用跟踪补偿方式。

4 无功补偿的效益

在现代用电企业中，在数量众多、容量大小不等的感性设备连接于电力系统中，电网传输功率除有功功率外，还需无功功率。

4.1 降低系统的能耗

补偿前后线路传送的有功功率不变，P= UICOSφ，由于COSφ提高，补偿后的电压U2稍大于补偿前电压U1，为分析问题方便，可认为U2≈U1从而导出I1COSφ1=I2COSφ2。即I1/I2=COSφ2/COSφ1，这样线损P减少的百分数为：ΔP%=（1-I2/I1）×100% =（1-COSφ1/ COSφ2）×100%

当功率因数从0.70～0.85提高到0.95时，由上式可求得有功损耗将降低20%～45%。

4.2 节省企业电费开支

提高功率因數对企业的直接经济效益是明显的，因为国家电价制度中，从合理利用有限电能出发，对不同企业的功率因数规定了要求达到的不同数值，低于规定的数值，需要额外多收电费，高于规定数值，可相应地减少电费。使用无功补偿不但减少初次投资费用，而且减少了运行后的基本电费。

4.3 改善电压质量

以线路末端只有一个集中负荷为例，假设线路电阻和电抗为R、X，有功和无功为P、Q，则电压损失ΔU为：△U=（PR+QX）/Ue×10-3（KV）两部分损失：PR/Ue→输送有功负荷P产生的；QX/Ue→输送无功负荷Q产生的；配电线路：X=（2～4）R，△U大部分为输送无功负荷Q产生的，变压器：X=（5～10）R QX/Ue=（5～10）PR/Ue，变压器△U几乎全为输送无功负荷Q产生的。

可以看出，若减少无功功率Q，则有利于线路末端电压的稳定，有利于大电动机的起动。

4.4 增加系统容量

三相异步电动机通过就地补偿后，由于电流的下降，功率因数的提高，从而增加了变压器的容量，计算公式如下：△S=P/COSφ1×[（COSφ2/COSφ1）-1]。

5 结语

电力事业的不断发展和电网的日趋复杂使低压用电负荷增长幅度越来越快，随之导致的问题是大量的无功功率在电网中流动形成线路损耗，大大降低了电能的电压质量和电网的经济效益。由于无功功率补偿具有提高电网的功率因素，补偿负荷所需的部分或全部无功功率的特点，被广泛应用于低压配电网中。

参考文献

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（作者单位：中南建筑设计院股份有限公司）