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业
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品
功
能
北极星电力网技术频道 作者:佚名 2007/12/26 21:43:51
摘要：在配电网进行无功补偿、提高功率因数和搞好无功平衡，是一项建设性的降损技术措施。本文分析了四种配电网无功补偿方式，认为应更多地考虑系统的特点将它们结合起来进行无功补偿。目前，配电网的无功补偿容量一般是根据供电部门给定的要求达到的功率因数来确定的，而不是依据用户用电时实际的节能效益和电能质量最佳、支付电费最小的经济功率因数。如何确定无功补偿设备的合理配置和分布，需寻找技术上和经济上的最优方案。关键词：配电网无功补偿不容量
1概述
随着国民经济的高速发展和人民生活水平的提高，人们对电力的需求日益增长，同时对供电的可靠性和供电质量提出了更高的要求。由于负荷的不断增加，以及电源的大幅增加，不但改变了电力系统的网络结构，也改变了系统的电源分布，造成系统的无功分布不尽合理，甚至可能造成局部地区无功严重不足、电压水平普遍较低的情况。随着系统结构日趋复杂，当系统受到较大干扰时，就可能在电压稳定薄弱环节导致电压崩溃。
电力系统无功潮流分布是否合理，不仅关系到电力系统向电力用户提供电能质量的优劣，而且还直接影响电网自身运行的安全性和经济性。这在与用户直接相关的配电网中显得同样的重要。若无功电源容量不足，系统运行电压将难以保证。由于电网容量的增加，对电网无功要求也与日增加，此外，网络的功率因数和电压的降低将使电气设备得不到充分利用，降低了网络传输能力，并引起损耗增加。因此，解决好配电网络无功补偿的问题，对电网的安全性和降损节能有着重要的意义。
合理的无功补偿点的选择以及补偿容量的确定，能够有效地维持系统的电压水平，提高系统的电压稳定性，避免大量无功的远距离传输，从而降低有功网损，减少发电费用。而且由于我国配电网长期以来无功缺乏，尤其造成的网损相当大，因此无功功率补偿是降损措施中投资少回报高的方案。一般配电网无功补偿方式有：变电站集中补偿方式、低压集中补偿方式、杆上无功补偿方式和用户终端分散补偿方式。
2配电系统无功补偿方案
2.1变电站集中补偿方式
针对输电网的无功平衡，在变电站进行集中补偿，补偿装置包括并联电容器、同步调相机、静止补偿器等，主要目的是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的无功损耗。这些补偿装置一般连接在变电站的10kV母线上，以补偿负荷的无功功率。补偿电容分为固定补偿与自动补偿两部分。因为有功负荷是变化的，其无功负荷也随之变化，但不论无功负荷如何变化，总可把它分为固定部分和变动部分，所以补偿电容应采取固定补偿与自动补偿相结合的方法，配置固定补偿电容以减少投资，配置自动补偿电容以满足补偿需要，做到二者兼顾。因此变电站集中补偿具有管理容易、维护方便等优点，但是这种方案对配电网的降损起不到什么作用。
2.2低压集中补偿方式
目前国内较普遍采用的另外一种无功补偿方式是在配电变压器380V侧进行集中补偿，通常采用微机控制的低压并联电容器柜，容量在几十至几百千乏不等，根据用户负荷水平的波动投入相应数量的电容器进行跟踪补偿。主要目的是提高专用变用户的功率因数，实现无功的就地平衡，对配电网和配电变的降损有一定作用，也有助于保证该用户的电压水平。这种补偿方式的投资及维护均由专用变用户承担。目前国内各厂家生产的自动补偿装置通常是根据功率因数来进行电容器的自动投切的，也有为了保证用户电压水平而以电压为判据进行控制的。这种方案虽然有助于保证用户的电能质量，但对电力系统并不可取。因为虽然线路电压的波动主要由无功量变化引起，但线路的电压水平是由系统情况决定的。当线路电压基准偏高或偏低时，无功的投切量可能与实际需求相去甚远，出现无功过补偿或欠补偿。
对配电系统来说，除了专用变之外，还有许多公用变。而面向广大家庭用户及其他小型用户的公用变压器，所以就采用并联低压电容器箱，该并联低压电容器箱采用微机控制、自动投切，形式小巧，容量可以按照变压器容量的20～40来选择。
2.3杆上补偿方式
由于配电网中大量存在的公用变压器没有进行低压补偿，使得补偿度受到限制。由此造成很大的无功缺口需要由变电站或发电厂来填，大量的无功沿线传输使得配电网网损仍然居高难下。因此可以采用10kV户外并联电容器安装在架空线路的杆塔上（或另行架杆）进行无功补偿，以提高配电网功率因数，达到降损升压的目的。由于杆上安装的并联电容器远离变电站，容易出现保护不易配置、控制成本高、维护工作量大、受安装环境和空间等客观条件限制等工程问题。因此，杆上无功优化补偿必须结合以下实际工程要求来进行：
（1）补偿点宜少，一条配电线路上宜采用单点补偿，不宜采用多点补偿；
（2）控制方式从简。杆上补偿不设分组投切；
（3）补偿容量不宜过大。补偿容量太大将会导致配电线路在轻载时的过电压和过补偿现象；另外杆上空间有限，太多的电容器同杆架设，既不安全，也不利于电容器散热；
（4）接线宜简单。最好是每相只采用一台电容器装置，以降低整套补偿设备的故障率；
（5）保护方式也要简化。主要采用熔断器和氧化锌避雷器分别作为过流和过电压保护。
显然，杆上无功补偿主要是针对10kV馈线上沿线的公用变所需无功进行补偿，因其具有投资小，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配电线路，但是因负荷经常波动而该补偿方式是长期固定补偿，故其适应能力较差，主要是补偿了无功基本负荷，在线路重载情况下补偿度一般是不能达到0.95。应该开发电容器组能自动投切的杆上自动无功补偿技术。
2.4用户终端分散补偿方式
目前在我国城镇，低压用户的用电量大幅增长，企业、厂矿和小区等对无功需求都很大，直接对用户末端进行无功补偿将最恰当地降低电网的损耗和维持网络的电压水平。
《供电系统设计规范》（GB50052-1995）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。故对于企业和厂矿中的电动机，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：①智能型控制，免维护；②体积小，易安装；③功能完善，造价较低。与前面三种补偿方式相比，本补偿方式将更能体现以下优点：①线损率可减少20；②减小电压损失，改善电压质量，进而改善用电设备启动和运行条件；③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载时的闲置，设备利用率不高。
3配电网无功补偿遇到的问题
随着人们对配电网建设的重视和无功补偿技术的发展，低压侧无功补偿技术在配电系统中也开始普及。从静态补偿到动态补偿，从有触点补偿到无触点补偿，都取得了丰富的经验。但是在实践中也暴露出一些问题，必须引起重视。
(1)优化的问题。目前无功补偿的出发点往往放在用户侧，只注意补偿用户的功率因数。然而要实现有效的降损，必须从电力系统角度出发，通过计算全网的无功潮流，确定配电网的补偿方式、最优补偿容量和补偿地点，才能使有限的资金发挥最大的效益。无功优化配置的目标是在保证配电网电压水平的同时尽可能降低网损。由于它要对补偿后的运行费用以及相应的安装成本同时达到最小化，计算过程相当复杂。(2)补偿方式问题。目前很多部门无功补偿的出发点还放在用户侧，即只注意补偿用户的功率因数，而不是立足于降低电网的损耗。如为提高某电力负荷的功率因数，增设1台补偿箱，这固然会对降损有所帮助，但如果要实现有效的降损，必须通过计算无功潮流，确定各点的最优补偿量、补偿方式，才能使有限的资金发挥最大的效益，这是从电力系统角度考虑问题的方法。
(3)测量的问题。目前10kV配电网的线路上的负荷点一般无表计，且人员的技术水平和管理水平参差不齐，表计记录的准确性和同时性无法保证。这对配电网的潮流计算和无功优化计算带来很大困难。要争取带专变房的用户的支持，使他们能按一定要求进行记录。380V终端用户处通常只装有有功电度表，要实现功率因数的测量是不可能的。这也是低压无功补偿难于广泛开展的原因所在。
(4)谐波的问题。电容器具备一定的抗谐波能力，但谐波含量过大时会对电容器的寿命产生影响，甚至造成电容器的过早损坏，并且由于电容器对谐波有放大作用，因此使得系统的谐波干扰更严重，此外，动态无功补偿柜的控制环节，容易受谐波干扰，造成控制失灵，因而在有较大谐波干扰、需考虑补偿无功的地方，同时也应考虑添加滤波装置，然而这一问题常常被忽视，致使一些补偿设备莫名其妙地损坏，因此在做无功补偿设计时必须考虑谐波治理。
(5)无功倒送的问题。无功倒送是电力系统所不允许的，因为它会增加线路和变压器损耗，加重线路负担。无功补偿设备的生产厂家，虽然都强调自己的设备不会造成无功倒送，但是实际情况并非如此。对于接触器控制的补偿柜，补偿量是三相同调的，对于晶闸管控制的补偿柜，虽然三相的补偿量可以分调，但是很多厂家为了节约资金，只选择一相采样和无功分析，于是在三相负荷不对称的情况下，就可能造成无功倒送；至于采用固定电容器补偿方式的用户，在负荷低谷时，也可能造成无功倒送。因此在选择补偿方式时，应充分考虑这一点.(6)电压调节方式的无功补偿带来的问题。有些无功补偿设备是依据电压来确定无功投切量的，这有助于保证用户的电能质量，但对电力系统而言却并不可取因为虽然线路电压的波动主要由无功量变化引起，但线路的电压水平是由系统情况而决定的，当线路电压基准偏高或偏低时，无功的投切量可能与实际需求相去甚远，就会出现无功过补或欠补。4、无功补偿容量的计算
补偿容量的选择，要根据变压器的负载率和容量以及线路的负荷决定。原则是：轻负荷时不能向系统倒送无功，节能效益达到最大。轻负荷时，不同配变所需补偿容量不同，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，可按配变容量计算。
用户的功率因数偏低要补偿无功功率，使之达到电力公司规定的要求，这是降低网损的主要措施之一。用户提高功率因数不外乎两种方法：一是提高自然功率因数，让设备运行于最佳状态；二是自然功率因数达不到要求时采取无功补偿的方法。但将功率因数补偿到多大才算较合理呢?一般资料中都比较笼统地提出将功率因数补偿到o．95以上，或最低，目标是达到规定的功率因数，然后是越高越好，尽量使其接近1。这种片面追求高功率因数的做法是缺乏对总体经济效益的考虑。首先，我们看一下有功功率P、无功功率Q和相角φ之间的关系：
tgφ=Q/P
在P不变的情况下(这同实际[1][2]下一页
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