无功补偿在城市配电网中的应用.doc

无功补偿在城市配电网中的应用郭国方（漯河供电公司，河南省 漯河市 462000）摘要：电压质量是衡量电力系统电能质量的重要指标之一，无功补偿是电网建设和改造的重要组成部分。文章指出了无功补偿对电网稳定运行的重要意义，介绍了无功补偿方案的选择方法和配置原则，给出了城市配电网无功补偿装置的容量计算公式和选择依据，并对无功补偿产生的经济效益和补偿效益进行了分析，提出应加强对无功补偿技术的研究。关键词：无功补偿；电压质量；降损；配置原则；容量计算0 引言随着国民经济的持续快速发展和人民生活水平的提高，大中型企业数量不断增加，用电负荷日益增长，电力用户对城市配电网络提出了更高的要求。为进一步提高供电质量，弥补城市配电网无功平衡的不足，降低输电线路损耗，在城市配电网建设和改造中合理地安装无功补偿装置可获得明显的经济效益。本文从无功补偿的意义、无功补偿方案的选择方法和无功补偿装置的容量计算等方面分析无功补偿在城市配电网中的应用。1 无功补偿的意义和无功补偿方案的选择电压是衡量电能质量的重要指标之一，无功不足会降低电网传输能力并增加电网损耗，从而使电压质量下降，对电网安全和经济运行产生直接影响。目前城市配电网中主要采用的无功补偿方案有变电站集中补偿、配电变压器低压侧集中补偿、用户终端分散补偿和配电线路杆塔上集中补偿。（1）变电站集中补偿。变电站集中补偿装置包括安装同步调相机、并联电容静止补偿器等，这些补偿装置一般集中接在变电站10千伏（或35千伏）母线上，因此具有管理容易、维护方便等优点，但变电站集中补偿方式对10千伏配电线路的补偿效果不是很明显。（2）配电变压器低压侧集中补偿。配电变压器低压侧集中补偿是目前应用最广泛的补偿方法，由于用户的日负荷变化大，通常采用微机控制、跟踪负荷波动分组投切电容器补偿，总补偿容量在几十至几百千乏不等。采用这种补偿方式可使无功功率就地平衡、降低配电网损耗和改善电压质量。在实践运行中，漯河供电公司采用了平顶山康立电气有限公司生产的NGD0.4/W型低压无功自动补偿装置。在对几个低压线路较长的台区进行试点运行后，实际测量结果表明线路末端电压明显提高，解决了用电高峰时末端电压低的问题，此外台区线损也明显降低，从装设低压无功自动补偿装置前10%左右降低至现在的6.5%左右，大大减少了电能损耗，为电力公司带来了巨大的经济效益。（3）用户终端分散补偿方式。对比分散的低压用户，直接对用户末端进行无功补偿，做到无功就地平衡，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，应当采用一种新型低压终端无功补偿装置，并满足智能型控制、免维护、体积小、易安装、功能完善、造价较低等的要求。（4）配电线路杆塔上集中补偿。对于配电线路中无功平衡不足、大量无功功率沿线路传输的情况，可考虑在10千伏架空线路杆塔上安装户外并联电容器。配电线路杆塔上的集中补偿方式具有投资小、见效快、补偿效率高、便于管理和维护等优点。但因负荷经常波动，该补偿方式是长期固定补偿，适应能力较差，所以这种补偿方式只在少量功率因数较低的长距离配电线路上使用。在配电线路中，用户消耗的无功功率一般在5060%，其余的无功功率消耗在配电网中，集中补偿只补偿主变压器本身的无功损耗和变电所以上输电线路的无功功率，但因用户需要的无功通过变电所以下的配电线路向负荷端输出，所以不能降低配电网络的无功损耗。因此要有效降低线损必须对10千伏配电网线路进行相应的分散补偿，在中、低压配电网中应以分散补偿为主，对于无功功率消耗较大的用户，还可就地增加单独的补偿设备。2 城市配电网无功补偿装置容量的计算和选择补偿容量的选择由变压器的负载率、容量以及线路的负荷决定，其原则如下：自动投切；不能向系统反送无功；不同配电变压器所需补偿容量不同；当补偿容量等于低压侧平均无功负荷时，节能效益最大；综合考虑高峰所需容量和节能效益，可按配电变压器容量计算。提高用户功率因数的方法如下：提高自然功率因数，让设备运行于最佳状态；自然功率因数达不到要求时采取无功补偿的方法。对于已运行的用户，采用集中补偿或根据负荷昼夜变化的情况配合就地补偿的方法，将力率补偿到0.900.93为宜，以节约投资。对于新建企业用户，设计上选取的设备容量一般偏大，因此会带来自然力率偏低的问题，建议尽可能使计算负荷接近实际值或以实际运行负荷确定无功补偿容量。如某用户原来功率因数cos为0.8，视在功率S为1250kVA：若将cos提高到0.93，则电容器容量为P=12500.8=1000kW，Q=12500.6=750kvar，tan=0.75当功率因数cos2=0.93时，tan2=0.396则需要补偿的无功电容器容量Q=P(tan- tan2)=1000(0.75-0.396)=354 kvar总的来说，补偿容量的确定不需复杂的计算而通过一般简单的估算就可以得到，如变电所集中装设的补偿容量可按照主变的1530%来选择；配电线路上的分散补偿容量可以按照“三分之二”法则来选择，即在均匀分布负荷的配电线路上，安装电容器的最佳容量是该线路平均负荷的2/3；电动机就地补偿以不超过电动机空载时的无功消耗为前提；采用电容器对配电变压器低压侧进行补偿时要防止轻负荷时向10千伏配电网反送无功功率。3 无功补偿产生的经济效益和补偿效益加装无功补偿设备不仅可以减小功率消耗、调高功率因数，还可以挖掘设备输送功率的潜力、提高设备效率，其经济效益和补偿效益如下：（1）无功补偿改善电能质量。电网中无功补偿设备的合理配置与电网的供电电压质量关系十分密切，合理安装补偿设备可以改善电压质量。由于越靠近线路末端，线路电抗越大，因此在越靠近线路末端的位置装设无功补偿装置获得的效果越好。（2）无功补偿降低电能损耗。安装无功补偿装置可降损节能，假设输送的有功功率为定值，加装无功补偿设备后功率因数由cos提高到cos1，因P=UIcos，负荷电流I与cos成反比，且P=I2R，线路的有功损失与电流I的平方成正比，当cos升高，负荷电流I降低，即电流I降低，线路有功损耗就成倍降低。功率因数与功率损耗百分数之间的关系见表1、2，其中为有功损耗百分数。表1 功率因数降低与功率损耗增加的百分数之间的关系cos0.950.900.850.800.750.700.65%1123385678104136表2 功率因数提高与功率损耗降低的百分数之间的关系cos0.600.650.700.750.800.850.90%60534638292010（3）无功补偿挖掘发供电设备潜力。在设备容量不变的条件下，功率因数提高可增加输送的有功功率。当需要的有功功率不变时，由于需要的无功功率减少，因此配电变压器容量也相应地减少，对系统进行无功补偿后，无功负荷降低，发电机的效率提高、甚至可以充分达到铭牌出力。（4）可以避免因功率因数低于规定值而增加用户电费。4 结论并联补偿电容器原理简单、使用方便、运行经济，在对城市配电网进行无功补偿等方面起到了积极作用，今后可加强无功补偿技术的研究，以便开发出效率更高、更加符合配电网实际运行情况的无功补偿设备。郭国方 男，1970年出生，漯河供电公司生产技术部高级工程师，无功电压专责，河南省漯河市黄河路713号，手机考文献1 靳龙章，丁毓山，电网无功补