农村电网系统中配电线路无功补偿

农村电网系统中配电线路无功补偿 摘要：本文主要就农村电网中配电线路配置无功补偿的方法进 行了一系列探讨，从而使之农村电网的无功分层、分区、就地平 衡，提高农网安全、可靠和经济运行水平得以实现。 关键词：农村电网系统；无功补偿；配电线路 一、无功补偿依据 根据我国按功率因数调整电费办法 ， 电力系统电压和无功 管理条例的规定，要求“高压供电的工业及装有带负荷调整电 压设备的用户，功率因数为 o95 以上，其他电力用户功率因数 为 o90 以上，趸售和农业用户功率因数为 08 以上” 。 用电容器补偿降低了电能损耗，提高了电网运行的经济性。但 是这只是事物的一个方面，从另一个方面讲，装设电容器以需要 一定的投资而电容器本身也还有一定的有功损耗及电能损耗， 当补偿容量增大时，这方面的支出也随着增大，又降低了电力网 运行的经济性。综合两个方面的因素，按经济上合理的条件求出 应的补偿容量，一般经济上合理的补偿容量，可以按年计算费用 最小来决定。 由于农网负荷变化较大，并非功率因数越高越好，从综合经济 效果和防止过电压角度考虑，采用“欠补偿” ，防止低谷负荷或低 负荷时的过补偿而引起的过电压现象。在无功负荷较集中的地方 实行就地补偿，同时按网损徽增率或无功负荷最优分布原则分配 补偿容量，力求最佳经济效益。 低压电网功率因数：低压电网在的电戍性无功负荷应用电力电 容器予以就地充分补偿，一般在最大负荷月的月平均功率因数达 到以下标准： 农村公用配电变压器不低于 085； 100kva 以上的电力用户不低于 09。 低压电力网中的无功补偿按下列原则设置：固定安装年运行时 间在 1500h 以上，且功率大于 4okw 的异步电动机，实行就地补 偿，与电动机同步投切。 二、农村电网无功补偿优化配置方法 配电网无功补偿包括：变电所集中补偿，低压集中补偿、杆上 无功补偿和用户终端分散补偿。根据就地补偿原理，农村电网无 功补偿采用集中补偿和分散补偿相结合方案。集中补偿是在 3510kv 变电所补偿，分散补偿就是在低压网或 1okv 线路上补偿。 1变电所集中补偿：针对输电网的无功平衡，在变电所进行集 中补偿。补偿装置包括并取电容器、同步调相机、静止补偿器等。 生要目的是就近向配电线路前段 f 靠近变电所的线路)输送无功， 改善输电网的功率因数、提高终端变电所的电压和补偿主变压器 的无功损耗同时兼顾调压。这些补偿装置一般连接在变电所的 10kv 母线上或高压供电用户降压变电所母线上，也包括集中装设 于电力用户主总配电聿低压母线上的电容器组。补偿容量通常按 主变压器容量的 15一 30配备，具有管理容易、维护方便等优 点，但是，由于农网负荷季节性强，设备负荷率低变电所的无 功补偿容量的先择很难适应季节性和昼夜大幅度变化的无功负荷 的需要。为了使其功率因数达到上级电网规定值，并防止过补偿 和电压升高题，必须采用大容量无功补偿装置自动投切，在运行 上势必出现频繁的操作。又因为电容器组安装在变电所主要是补 偿主变压器本身的无功损耗以及减少变电所以上输电线路传输的 无功电力，降低供电网络的无功损耗。但它不能降低配电网络的 无功损耗。由于变电所以下用户消耗的无功功率仍然需要通过配 电线路长距离输送。为了实现变电所的电压控制。通常无功补偿 装置（一般是并联电容器组)结合有载调压抽头来调节。通过两者 的协调来进行电压无功控制。 2配电线路集中和分敞补偿：lokv 线路广泛采用大树干、多分 支的单向辐射供电方式。这些线路的特点是负荷率低，符合季节 性波动大，配电变压器的平均负荷率低，供电半径长，无功消耗 多，功率因数低，线路损耗大，末端电压质量差。在配电线路上 进行分散补偿能显著改善线路的运行性能，降低电能损耗，提高 供电网络的电压质量。 配电线路分散补偿是指把一定容量的高压并联电容器分散安装 在供电距离远、负荷重、功率因数低的 lokv 架空线路上，主要补 偿线路上感性电抗所消耗的无功功率和配电变压器励磁无功功率 损耗，还可提高线路末端电压。 21 配电线路无功补偿确定安装地点和装设容量原则 1)就近补偿适用于线路主干线长度超过 10km、超过经济电流密 度运行的重负荷线路、电压质量差的线路。 2)防止轻载时向电网倒送无功，容量选择以补偿局部电网中配 电变压器的空载损耗总值为度。 3)合理选择安装地点 22 配电线路无功补偿：安装位置及补偿容量确定无功补偿装 置安装地点的选择应符合无功就地平衡的原则，尽可能减少主干 线上的尤功电流为目标。一般对于均匀分布无功负荷的配电线路， 其补偿容量和安装位置按2n(2n+1)(其中 n 为不小于 1 的整数)规 则，求得最优补偿方案。考虑到无功补偿装置的运行维护、补偿 效益及投资回收期限，沿线的无功补偿点以安装一处为适宜，最 多不应超过两处，可以直接连接于主干线上和较大的分支线上， 每个补偿点的容量不宜超过 100150kvar。 配电线路上无功补偿点容量应适当控制，并且在线路负荷低谷 时，不应出现过补偿向系统倒送无功。负荷在线路上的分布状况 不同，安装地点也不相同。 3用户分散补偿：目前我县城镇低压用户的用电量大幅增长， 企业、厂矿、居民小区等对无功需求都很大，直接在用户末端进 行无功补偿最恰当地降低电网的损耗和维持网络的电压水平。 gb500521995供电系统设计规范指出，容量较大，负荷平 稳且经常使用的用电设备无功负荷宜单独就地补偿。故对于企业 在的电动机应该进行就地无功补偿即随机补偿。针对小区用户终 端由于用户负荷小，波动大，地点分散，无人管理，因此应该开 发一种新型低压终端无功补偿装置，并满足以下要求：智能型控 制，免维护；体积小，易安装；功能完善造价较低。 与工(一)、(二)两种补偿方式相比，用户终端分散补偿方式将 更能体现以下优点；线损率可减少 20；减小电压损失，改善电 压质馘，进而改善用电设备启动和运行条件；释放系统能量提高 线路供电能力。缺点是由于低压无功补偿通常按配电变压器低压 侧最大无功需求来确定安装，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载时的闲置，设备利用率不高。 4100.4kv 配电变压器的随机补偿：配电变压器随机补偿， 是将低压补偿电容直接安装在配电变压器低压侧，与配电变压器 同投同切，用以补偿配电变压器自身励磁无功功率损耗和感性用 电设备的无功功率损耗。 41 随机补偿原则：100.4kv 配电变压器的补偿位置一般在 出口处的总保险后，这样可用配电变压器低压绕组作为放电线圈， 配电变压器低压侧总保险作为保护。无功补偿装置的容量选择， 根据实际负荷水平按提主功率因数的要求合理配置。随着负荷的 变化，配电压器随机补偿方式使用无功自动补偿装置自动投切一 部分电容器组，以达到最佳补偿功率因数。 42 补偿容量的确定 1)农网配变负荷率一般部很低，据统计年平均负荷率为 8 ， 所以只要以每台变压器都进行就地补偿，就可以补偿农网总无功 负荷的 50，是目前补偿无功最有效的手段之 2)配电变压器低压则补偿容量不易过大。否则不但不经济而 且在变压器空载或者负荷较轻时，还会造成过补偿，使功率因数 角超前无功功率向电力系统倒送和电源电压升高。功率因数角超 前有如下坏处：1 电容器与电源仍有无功功率交换，减少电源的 有功出力。2 因网络传输容性无功功率，仍会造成有功损耗。 3 白白耗费了电容器的设备投资。另外，如补偿电容过大，当电源 缺相时有可能发生铁磁谐振过电压，烧毁电容器和变压器，影响 漫备的安全运行。 3)为了防止发生过补偿现象，其补偿容量不应超过配电变压器 的无功功率，补偿容量的选择应考虑两个方面：1 补偿配电变压 器本身的无功功率损耗；2 当低压网的 cos0.9 时，补偿到 cos09 所需要的无功功率。 此处所说的 cos0 9 指的是最大负荷时的功率因数，加了补偿 后。当负荷减少时，南于无功功率负荷减小，如果补偿容量不变 功率因数会提高。但在低谷负荷时不应出现过补偿，以免功率和 电能损耗。防止末端电艉升高。 对 l00kva 及以上的配电变压器宜采用无功补偿微机监测和自动 投切装置，合理调整无功自动补偿装置功率因数的整定值,保证无 功功率在低压电嘲就地平衡重负荷时提高功率因数到 095 以上, 在轻负荷时功率因数不得大 0.95 补偿容量按配变无功损耗的 1.518 倍估算补偿时先补偿无功负荷大、等值电阻大的配电变 压器，这是由于补偿而减少的用有功网损 a (ap)=(2qqoq ru 与无功负荷和等值电阻成正比。 43 补偿方式：低压配电系统中的无功功率补偿方式在用户变 压器低压侧安装低压三相电力电容器组，在测得米样相(多为 b 相)的 功率因数后。便依据此值投切三相电容器组对三相负载的无功功 率作集中补偿。这种补偿方式在以三相负荷为主的低压供配电系 统中表现优异，但在以单相负荷为主的低压供配电系统中，由于 三相间无功负荷平衡，且这种不平衡无法通过调配三相负载等手 段米消除。所以若是采用低压三相电力电容器组按采样相值对三 相进行无功补偿，则补偿后三相功率因数不一致。采样相补偿效 果好，而另外两相则会经常出现欠补偿或是过补偿。欠补偿使得 安装的电力电容器组不能完全发挥作用，线路中仍然流过较大的 无功电流而增加电能损耗,而过补偿则将向电网输送无功电流，这 是电力系统中所禁止的。 如果采用单相电容器组按每相测出的功率因数值对三相分别进 行无功补偿，则会完全可以避免以电网中无功功率过补偿或欠补 偿情况的发生，充分发挥电力电容器组对无功负荷作用，改善电 能质量，减少系统中的电能损耗。 分相补偿对电容器额定容量的选择应与变压器容量相匹配。如 果选择大容量电容器组束补偿小容量变压器。往往会难以精确补 偿,而若是采用小容量电容器组补偿大容量变压器。则将会导致电 容器的投切频繁。电容器在接通时，经振荡而被充电到其稳定值。 频率从几百赫到几千赫，出现极高的尖峰电流，而若是在电容器 组中接入单个电容器，由于已接入电网的电容器此时成为附加能 源。则将会产生更大的尖峰电流，这种尖峄电流对开关电器是极 为不利的，因此，碰尽可能减少电容器的投切次数。 由于现在电网中大量存在非线性负荷(如众多的半导体功率元件 等)，使得电剐中的谐波含量常常很高。而装在电网上的电容器。 从低压侧看来与变压器的感抗及剩余的电刚电感形成一个振荡回 路。当这一回路的固有频率与电流谐波的频率相互重合时，振荡 回路励磁而产生很的过电流，造成供电回路过载，甚至引起电容 器的烧毁。因此需要在电容器接通回路中串联一个电感，一则防 止产生谐波，二则可吸收高次谐波电流。 5低压电动机的随机补偿 51 电动机运行工况：三相异步电动机是企业最常用的电气设 备之一。由于它们都是电感性负荷，所以在企业内部的生产运行 中，功率因数一般都比较低，需要从电源中吸收大量的无功功 率才能正常工作，给企业造成较大的电压损失和电能损耗。因 此加强对三相异步电动机的运行管理，将有效地提高运行功率因 数和综合效率，减少线路损。 企业在内部配电室里 0.4kv 母线上集中安装一些电容器柜。对 变配电系统的无功功率进和行补偿，这对于提高企业内部的供电 能力，节约变配电损耗都有积积作用。但由于企业内部的电动机 大都通过低压导线连接，分散在各个生产车间，形成企业内部的 输配电网络,由此，大量的无功电流仍然在企业内部的输配电线路 中流动,这些无功电流在企业内部所造成的损耗，依然不能解决。 52 随机补偿的原理、优点、方式：因为在电容负载中产生的 超前无功电流与在电感负载中产生的滞后无功电流能够相互补 偿所以在电力电动机电源终端并联一个适当容量的电容器，就 可以使电动机所需的无功电流大部分由并联的电容器供给，从而 减少输配电线路上的总电流，降低线路损耗。 设电动机正常工作时，线路输运的有功功率 p 是恒定的，无功 功率为 q ，视在功率为 s ，功率因数为 c0sp 若对该电动机 的无功功率进行就地补偿，使其无功功率为 q ，视在功率为 s2。 这时我们可以看出，就地并联安装了一个 qc=(qrq 的无功电容萤 以后，电动机从电源吸收的无功功率就由原来的 o减到 q2，视 在功率 s2s2。功率因数得到提高。很显然，无功功率就地补偿后， 就等于减少了线路输运的视在功率。 随机补偿就是将低压电容器组与电动机并接，通过控制、保护 装置与电机。同时投切。随机补偿适于补偿电动的无功消耗以 朴励无功为主， ，此种方工可较好地限制农网峰荷。这种方式具有 投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活，维护简单、事故率 低等优点。若电动机年运行小时数大于 800h。选用随机补偿较其 他补偿方式更经济，用户的补偿投资一般可在两年内全部收回且 补偿无功负荷效果最佳。 对于 y 一起动的电动机，应将补偿电容器的三个接线端子连接 到电动机的 d4、d5、d6 三个端子上，使电动机在 y 连接起动时， 同时也将三相电容器短接起来，当起动完毕后。电动机进入连接 运行时，电容器与电动机绕组并联，投入正常的运行。安装补偿 电容器的电动机。不能