配网无功补偿及补偿效益分析

顾荔岚

摘要：电网中的电力负荷如电动机、变压器等，大部分属于感性负荷，在运行过程中需向这些设备提供相应的无功功率。在电网中安装并联电容器等无功补偿设备以后，可以提供感性电抗所消耗的无功功率，减少了电网电源向感性负荷提供、由线路输送的无功功率，由于减少了无功功率在电网中的流动，因此可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗，这就是无功补偿。无功补偿可以提高功率因数，是一项投资少，收效快的降损节能措施。

关键词：无功补偿；线损；效益

一、无功补偿原理

当电网电压的波形为正弦波，且电压与电流同相位时，电阻性电气设备如白炽灯、电热器等从电网上获得的功率P等于电压U和电流I的乘积，即：P=U×I。

当感性电气设备如电动机和变压器等由于在运行时需要建立磁场，此时所消耗的能量不能转化为有功功率，故被称为无功功率Q。此时电流滞后电压一个角度φ。在选择变配电设备时所根据的是视在功率S，即有功功率和无功功率的矢量和：

S=（P2+Q2）1/2

无功功率为：

Q=（S2_P2）1/2

有功功率与视在功率的比值为功率因数：

cosf=P/S

无功功率的传输加重了电网负荷，使电网损耗增加，系统电压下降。故需对其进行就近和就地补偿。并联电容器可以补偿或平衡电气设备的感性无功功率。当容性无功功率Q。等于感性无功功率QL时，电网只传输有功功率P。根据国家有关规定，高压用户的功率因数因达到0.9以上，低压用户的功率因数应达到0.85以上。

二、配网中无功补偿方式

（一）在配电线路中分散安装并联电容器组

变电站内对主变所需的无功进行了补偿，而对站外10kV线路及线路上的大量配变的10kV无功没有作用，对于这一部分巨大的线路损耗必须采取就地无功补偿加以解决才能真正的降低线损。但配网线路出线较长，负荷分布不均匀，如果照搬变电站的无功补偿模式，势必投资过大，且安装维护不方便。如果采用固定地点装固定量的电容器方法，虽然投资减少，但由于未有任何保护，经常发生电容器烧毁事故，给电网的运行造成安全隐患。且由于是固定投入，随着线路负荷的改变，极易造成过补，从而产生倒送无功，不但不能降低功率因数，降低线损，还造成区域内电压增高，烧毁运行中的设备，因此配网中所需的线路无功补偿装置必须能自动投切，保护可靠，造价低廉，安装方便。例如：某10KV供电支路，经过详细的技术设计，我局决定采用总容量为400KVR（两组电容器，一动一静，第一组为150KVAR，第二为250KVAR的高压无功补偿装置进行补偿）（见表1）

线路等值阻抗：Z=15+J6.8

线路电压：11KV

补偿装置安装前的电网功率损耗：

线损降低值：

131.517-93.263=38.254KW

一年节省损失电量：

38.254KW×8640=330514.56kwh

一年节省损失电费：

0.7×3305

14.56=23.14万元

因这种补偿方式具有投资小、回收快、补偿效率较高、便于管理和维护等优点，适合于功率因数较低且负荷较重的长距离配电线路，但是因负荷经常波动，而该补偿方式又是长期固定补偿，适应能力较差，主要是补偿了无功基荷，在线路重载情况下，补偿度一般是不能达到0.95。

（二）在单台电动机安装并联电容器。

随着工农业，水利和城建事业的发展，大型高压异步电动机的应用越来越广泛，它们的功率因数一般在0.8到0.85之间，有的甚至在0.7左右，使输配电系统送电能力下降，线路损耗增大，浪费电能.通过高压电机无功补偿装置与高压异步电机并联连接，向高压电动机提供励磁所用的无功电流，以改善功率因数，减轻配电变压器的负荷，降低线路和变压器的损耗，提高配电设备的效能，补偿后平均功率因数达0.95以上，有明显的节能、改善电机起动I、运行性能的功效。例如：本地某选矿厂，装有6KV、630KW、8极异步电动机4台，每台装设400KVAR的就地补偿电容器装置，装设后功率因数由0.8上升到0.946，电流值由48A下降为40.7A，每小时可节电58.8KW.H，每年节电5.08×105KW.H，节约电费约14万元。缺点是低压无功补偿通常按配电变压器低压侧最大无功功率需求来确定安装容量，而各配电变压器低压负荷波动的不同时性造成大量电容器在较轻載时闲置，设备利用率不高。

三、对配电网进行无功补偿遇到的问题

无功功率倒送是电力系统所不允许的现象，因为它会增加线路和变压器的损耗，加重线路的负担。补偿往往只选择一相做采样及无功功率分析。于是在三相负荷不平衡的时候，就有可能造成无功功率倒送。至于采用固定电容器补偿方式的用户，则可能在负荷低谷时造成无功功率倒送。

四、结束语

综上所述，10kV配网的无功补偿提高了电网及负载的功率因数及负载的功率因数，降低设备所需容量，减少不必要的损耗，稳定电网电压，提高电网质量。10

kV配网的无功补偿工作应更多地考虑系统的特点，不应因电压等级低、补偿容量小而忽视补偿设备对系统侧的影响（包括网损）。如果需降损的线路能基于一个完善的补偿方案进行改造，则电力系统的收益将比分散的纯用户行为的补偿方式要大得多。

参考文献：

[1]陈小贵.电力用户无功补偿原理及效益分析[J].广西电业，2012，12：94～97.