城市配电网无功补偿实用计算方法邓军红（荆门供电公司，湖北荆门448000）[摘要]根据城市配电网的特点，提出了无功分层补偿的原则和实用计算方法，并给出了计算实例。[关键词]配电网；无功补偿；计算方法ThePracticalMethodofCalculatingReactivePowerCompensationinaCityDistributionGridDENGJun-hong（JingmenPowersupplyCo.，Jingmen448000，China）[Abstract]Accordingtothecharacteristicofacitydistributiongrid,theprinciplesoflayeringreactivepowercompensationandthepracticalcalculatingmethodhadbeenputforward.Theinstanceofcalculatingmethodhadalsobeenprovided.[Keywords]distributiongrid；reactivepowercompensation；calculatingmethod1城市配电网的特点城市配电网具有负荷密集，负荷电流大、日负荷变化大等特点。经过城市电网改造后，城市配电线路的主干线路一般不长，相互形成环网供电，但所挂的变压器却很多，一般每隔两三百米就装有一台配电变压器（以下简称配变）或分支线路，变压器容量较大。变压器的无功损耗包括空载励磁损耗及漏磁无功损耗。其中，空载励磁损耗的百分值基本上等于空载电流I0的百分值，对10kV配变而言约为1.4％～2％；漏磁无功损耗随负荷而变化，在变压器满载时，基本上等于短路电压Uk的百分值，对10kV配变而言约为4％～5％。对城市配电线路来说，线路本身消耗的无功很小，但由于线路所带的配变很多，配变所固有的空载无功损耗就很大，再加上重负荷时的漏磁无功损耗和用户的无功消耗，导致线路功率因数很低。如果不进行适当补偿，配电线路和配变产生的电量损失将非常可观，严重影响供电企业的经济效益。2无功补偿配置原则根据《国家电网公司电力系统电压质量和无功电力管理规定》（国家电网生[2004]203号），无功补偿配置应按照分散就地补偿与变电站集中补偿相结合，以分散补偿为主；高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主；降损与调压相结合，以降损为主的原则。因此，对城市配网应采取10kV线路、配变0.4kV低压侧和用户端分散就地补偿相结合的方式，以利于最大限度地降低城市配电网的损耗。为了降低无功穿越配变而产生的变压器损耗，10kV线路补偿不应补偿由负荷引起的无功消耗，而应以补偿配变固有的空载励磁损耗为主。因为城市配电网中的配变日负荷变化很大，低谷负荷时段，变压器接近空载，如果10kV线路补偿还补偿了随负荷变化的无功消耗，则在低谷负荷时段时，将产生过补偿（线路补偿一般不具备自动投切功能，人工频繁投切也不太现实），引起电压升高、无功倒送。配变随负荷而变化的漏磁无功损耗和负荷本身的无功消耗应由配变0.4kV低压侧无功补偿和用户端分散就地补偿来解决。对装有电动机的用户端分散就地补偿由用户根据负荷性质决定补偿容量，相关文章很多，本文不再讨论。配变低压无功补偿通常采用微机控制，跟踪负荷波动分组投切电容器补偿，控制器以无功功率为控制物理量，对电容投切执行元件进行全自动控制，响应及时迅速，补偿效果好。根据《国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则》第二十五条规定，配电变压器的无功补偿装置容量可按变压器最大负载率为75，负荷自然功率因数为0.85考虑，补偿到变压器最大负荷时其高压侧功率因数不低于0.95，或按照变压器容量的20～40进行配置。实际上，按以上原则配置的低压无功补偿容量仍然偏大，实际运行中电容器投切频繁，容易引起控制器和开关损坏。本文推荐对200kVA及以下的变压器按15％配置，对200kVA以上的变压器按20％配置后，实用效果明显。3线路补偿容量和补偿点的确定对10kV线路无功补偿的计算方法有无功均匀分布法、动态规划法和相对分析法等。从适用性和实用性考虑，各有优缺点，最简单实用的是无功均匀分布法。无功均匀分布法指出：最佳补偿点在线路全长的２／３处，最佳补偿容量为线路总需求无功的２／３，如图1所示。图1无功均匀分布法但无功均匀分布法假定的前提条件是线路无功是均匀分布的，实际上无功负荷并不是均匀分布的，而且负荷节点的分布也不均匀，有的相距几十米，有的相距两三百米，各负荷节点的负荷大小也相差悬殊，因此有必要对无功均匀分布法进行适当修正。根据无功均匀分布法理论的基本思想，其实质是补偿线路无功负荷的２／３，补偿点选在线路全长的２／３处，线路上前1／３段的无功消耗由变电站提供，中间1／３段的无功消耗由线路补偿电容器发出的无功向前流动提供，末1／３段的无功消耗由线路补偿电容器发出的无功向后流动提供，这样线路上无功流动最少，所产生的电压和有功损耗最小。根据实际，我们对无功均匀分布法进行了适当修正。因实际无功负荷曲线在不考虑线路本身的消耗时不应是倾斜的直线方程（连续函数），而应是水平的阶梯函数（间断函数），总是在各节点处突变，合理补偿点总应该选在某一节点处为最优。故我们以补偿点至线路末段无功负荷约为线路全部无功负荷的1／３作为第一条件，在线路相对长度约2／３附近选择相应的节点。确定节点后，即确定了补偿点，则应补偿无功为末端全部无功负荷与电源点到补偿点之间无功负荷的一半相加。用相对值表示为Q补＝Q末＋（１－Q末）/２＝(１＋Q末)/2。4实用计算方法下面以荆门城区的10kV泉象一回线路为例来说明计算方法。泉象一回的配网图如图2所示，变压器容量和线路长度均已在图中标出。图210kV泉象一回线路配网图计算步骤如下：（1）线路无功补偿主要补偿配变固有的无功损耗，计算时仅计算主干线路，按正常运行方式下的供电范围考虑，不考虑环网互供的情况。（2）每一分支线路按一个节点计算，其无功负荷为分支线上所有配变空载无功损耗（空载电流百分值乘以额定容量）之和。（3）按以上原则给线路负荷节点编号，即O、A、B、C、D、E、F、G。（4）计算出每一节点到原点（电源点）的距离。（5）无功负荷和线路长度均转化为总无功负荷和线路总长度的相对值。（以上计算过程用EXCEL做很容易，计算表格见表1）表110kV泉象一回线路无功补偿计算表节点编号
节点间距（km）
节点到原点的相对距离
无功负荷(kvar)
主干线路段无功负荷相对值

O
　
　
　
　

A
0.301
0.190989848
7.8
1

B
0.304
0.383883249
24.225
0.92883861

C
0.296
0.571700508
21.95
0.707827753

D
0.127
0.652284264
10.57
0.507572302

E
0.221
0.79251269
3.4
0.411139495

F
0.051
0.824873096
19.57
0.380120427

G
0.276
1
22.095
0.201578323

合计
1.576

109.61
　
（6）以补偿点至线路末段无功负荷约为线路全部无功负荷的1／３作为第一条件，在线路相对长度约2／３附近选择相应的节点。根据以上方法，确定补偿点为F，对应的长度为0.825×1.576＝1.3km，应补无功（1＋0.3801）/2＝0.69005。即容量为0.69005×109.61＝75.64kVar。因线路补偿电容器为标准化系列，最小容量为100kVar，且考虑到城市负荷快速增长的情况，本例补偿电容器容量取100kVar。需要说明的是，为了简要的说明计算方法，本例中选取的是一条配变较少、长度相对较短的线路，故计算得出的补偿容量较小。但实际安装后，线路功率因数迅速从以前的0.78左右提高到0.92，若在大容量公用变压器低压侧再加装低压无功补偿，效果将更为明显。5结论对城市配网应采取10kV线路、配变0.4kV低压侧和用户端分散就地补偿相结合的方式，以利于最大限度地降低城市配电网的损耗。10kV线路补偿点的选择，以补偿点至线路末段无功负荷约为全线路无功负荷的1／３作为第一选择条件，在线路相对长度约2／３附近选择相应的节点。确定了补偿点后，则应补偿无功相对值Q补＝(１＋Q末)/2。