配电网无功补偿探讨

       摘要：电力系统的无功优化和无功补偿是提高系统运行电压，减小网损，提高系统稳定水平的有效手段。本文对当前国内外的无功优化和无功补偿进行了总结，对目前无功补偿和优化存在的问题进行了一定的探讨和研究。  
       关键词：配电网;无功补偿;降损节能  
       1 无功补偿的合理配置原则  
       从电力网无功功率消耗的基本状况可以看出，各级网格和输配电设备都要消耗一定数量的无功功率，尤以配电网所占比重最大。为了最大限度地减少无功功率的传输损耗，提高输配电设备的效率，无功补偿设备的配置，应按照“分级补偿，就地平衡”的原则，合理布局。  
       (1)总体平衡与局部平衡相结合，以局部为主。  
       首先要满足整个县局电网的无功电力平衡，其次要满足变电所，10kV配电线路的无功电力平衡。如果无功电源的布局，补偿容量和补偿位置选择不合理，局部地区的无功电力不能就地平衡，就会造成不同分区之间无功电力的长途输送和交换，使电网的功率损耗和电能损耗增加。因此，在规划过程中，要在总平衡的基础上，研究各个局部的补偿方案，求得最优化的组合，才能达到最佳的补偿效果。  
       (2)电力部门补偿与用户补偿相结合。  
       在配电网络中，用户消耗的无功功率约占50%～60%，其余的无功功率消耗在配电网中。因此，为了减少无功功率在网络中的输送，要尽可能地实现就地补偿，就地平衡，所以必须由电力部门和用户共同进行补偿。  
       (3)分散补偿与集中补偿相结合，以分散为主。  
       集中补偿，是在变电所集中装设较大容量的补偿电容器。分散补偿，指在配电网络中分散的负荷区，如配电线路，配电变压器和用户的用电设备等进行的无功补偿。集中补偿，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的无功电力，从而降低供电网络的无功损耗。但不能降低配电网络的无功损耗。因为用户需要的无功通过变电所以下的配电线路向负荷端输送。所以为了有效地降低线损，必须做到无功功率在哪里发生，就应在哪里补偿。所以，中、低压配电网应以分散补偿为主。  
       (4)降损与调压相结合，以降损为主。  
       利用并联电容器进行无功补偿，其主要目的是为了达到无功电力就地平衡，减小网络中的无功损耗，以降低线损。与此同时，也可以利用电容器的分组投切，对电压进行适当的调整，这是补偿的辅助目的。在一般情况下，以降损为主，调压为辅。  
       2 无功负荷的最优补偿 
　　据有关文献介绍，主张配电网络基本上不输送无功功率，其无功功率的缺额主要依靠“就地补偿”来解决。  
       (1)变电所无功负荷的最优补偿。  
       根据就地补偿的原则，变电所补偿应以本身的无功损耗为主。要结合网内无功潮流的分布以及配电线路，用户的无功补偿水平来考虑。由于变电所一般均设两台变压器，二次侧接线，又可分两段接线，为了适应变压器分台运行和二次侧分段运行及检修方便，补偿电容器组以分成两组为宜。其容量一般均能适应轻载无功负荷(接近主变压器空载运行)及平均无功负荷(接近主变压器正常无功负荷)一般可按主变压器容量的10%～15%确定。  
       (2)配电线路无功负荷的最优补偿。  
       在配电线路上装设电容器，具有投资省，见效快，投运时间长和降损效果显著的优点，而且安装简便，维护工作量小，事故率低，特别适应于农村配电线路等负荷点多的供电状况。  
       现就无功补偿的最优补偿容量，最佳安装位置和降损效果进行分析。  
       ①最优补偿容量。  
       当有功功率和无功功率通过网络电阻时，会造成有功功率损耗。当输送的有功功率一定时，输送的无功功率越大，总的功率损耗就越大，显然可见，当网络结构已定，输送有功功率一定时，总的功率损耗完全决定于输送无功功率的变化。输送无功功率的大小，主要取决于负荷功率因数的高低。负荷功率因数越低，则负荷所需要无功功率越大。因此，可以直接由功率因数的变化来分析无功功率，有功功率和线损之间的关系。  
       (3)用户无功负荷的最优补偿。  
       用户进行无功补偿的目的有两个，一是补偿后供电网络的无功线损减少到最低限度，以获得最大的降损节电效益;二是使本单位的功率因数提高到一定水平，以获得更多的电费奖励。  
       下面以各种补偿方式进行选择。  
       ①集中补偿。  
       将电容器组装在专用变压器的低压母线上。能方便地同电容器组的自动投切装置配套。自动追踪无功功率变化而改变用户总的补偿容量，避免产生过补偿或欠补偿，从而使用户的功率因数始终保持在规定的范围内，达到最优补偿。  
       ②分组补偿。  
       电容器分散装设在主要用电设备的车间内，就近补偿用电设备所消耗的无功功率，以减小线路输送无功功率的损耗，这样分组补偿比集中补偿降损节电效益更好，达到最优补偿。  
       ③单台电动机的补偿。  
       电容器组随电动机同时投入运行和退出运行，使电动机消耗的无功功率得到就地补偿，减少线路输送无功功率以获得明显的降损效益。  
       ④补偿容量的确定。  
       A：按“功率因数奖罚办法”的要求计算补偿容量，用户按当地供电部门规定的功率因数标准，进行无功补偿。按下式计算  
       式中：Qb——并联电容容量(kvar)  
       Pmax——最大有功负荷(kW)  
       cosφ1、cosφ2——补偿前、后的功率因数值  
       B：单台电动机补偿容量的确定，按下式计算  
       式中：Q——无功补偿容量(kvar);U——电动机的额定电压(kV)  
       I0——电动机空载电流(A)  
       3 无功补偿后的降损节能效益  
       由于进行了无功补偿，可使补偿点以前的线路中通过的无功电流减小，从而使线路的供电能力增加，减小损耗。  
       例：我局“振安区农电局同兴供电站”在2000年1月～2月份，实际供售电量情况进行分析。该站1～2月份，有功供电量1526万kW•h，无功供电量16842万kvar•h，售电量133.29kW•h，功率因数0.67，损耗电量19.31万kW•h，线损率12.654%。装设电容器进行无功补偿后，如功率因数由原来的0.67提高到0.95 时，(1)可降低的线路损耗Δp ;(2)减少线损率12.654%×50%=6.333% ;(3)减少损耗电量152.6×6.333%=9.6642万kW•h ;(4)按购电价0.237元计算，可减少购电费0.237×96642=22904.15元。总之，增加无功补偿后会减少无功在电网中流动，其主要目的是降低线损，其次能很好地改善电压质量，从而提高供电企业的经济效益。