城市配电网的无功补偿及其容量的确定

北极星电力网技术频道作者:佚名 2008/6/20 9:23:31

关键词: 无功补偿配电网

文章标题：城市配电网的无功补偿及其容量的确定

随着城市电网的发展，无功电压的管理以及无功功率的补偿出现了一些新情况和新问题，针对这种情况，本文结合工作实际，提出了在配网规划中，无功补偿应注意的问题、计算无功容量以及如何选择补偿装置的地点和方式等问题。

关键词配电网；无功补偿，容量

1前言

近年来，我国电力装机容量逐年递增，大大缓解了供电紧张的局面。伴随着供电量的增加，电网建设的速度明显滞后，网络损耗问题日益突出。大家普遍认识到降低网损是供电部门减小供电成本的重要突破口，也是今后增加供电量的重要手段。由于配电网建设严重滞后，网架薄弱，设施老化，线路长(有的l0kv线路长50～70km)，线径小，配电变压器也大部分存在高能耗问题，所以降低损耗应主要从城市的配电网着手。从降低网损和提高供电可靠性的角度出发，l0kv配电线路的长度应控制在l0km以内。10kv配电线路的损耗高，给电力部门带来了不必要的损失，间接提高了电价，加之电能质量不合格，也影响了用户的用电积极性。

配电网降低网损有以下四种途径：(1)改造配电网网架结构，提高电压等级，增加变电所站，合理分配有功和无功；(2)使用低能耗变压器；(3)加大导线截面，缩短供电半径；(4)无功功率补偿。采取何种措施，主要应根据所在地的实际损耗情况和资金情况予以考虑。第一种改造措施是基于对配电网长远发展考虑的好办法，它合理地改造不尽完善的配电网，可以为配电网提供10年以上高效、稳定的运行环境，但是工程投资巨大，回收期长，多数供电企业目前都难以启动这项工作。第二、三种措施投资相对较小，但造价仍很可观，资金充裕的地区可以考虑，第四种措施投资最少，且由于我国配电网长期以来无功匮乏，造成的网极为可观，通过无功补偿来降低网损和提高电压是一种投资少、回报高的方案。对配电变压器低压侧的补偿不但可以降低线路的损耗，而且可以降低配变的损耗，一些高能耗变压器因损耗降低还可以延迟退役，电压质量也会因此改善。

2配电网无功补偿应注意的几个问题

随着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，这些都已取得丰富的运行经验。但在实践过程中也暴露了一些问题，必须引起重视。

10kv配电网低压侧的无功补偿工作应更多地考虑系统的特点，不应因电压等级低、补偿容量小而忽视补偿设备对系统侧的影响(包括网损)。如果需降损的线路能基于一个完善的补偿方案进行改造，则电力系统侧的收益将要比分散的纯用户行为的补偿方式大得多。

(1)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。

(2)谐波问题。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。

(3)无功倒送问题。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。

(4)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。

3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(这同实际用户负荷p一定是相似的)tgφ与q的变化关系：

(1)设相角为φ1时有tgφ1，无功功率q1;

(2)相角为φ2时有tgφ2，无功功率q2；

随着φ值的变化，无功功率的变化可用下式表示：

　△q=ql-q2=p(tgφ1-tgφ2)

在补偿的过程中有一个经济问题需要考虑。

例如：设某一有功负荷p=2000kw，自然力率为0.8。现需用电容器补偿至o.93，经计算需要增加710kvar的电容器。如将力率补偿到0.96，经计算需增加920kvar的电容器，则需多用电容器210kvar。按现行市场价每kvar综合投资60元计算，则多投资12600元。与力率0.93时相比，增加投资约30。对于实行按功率因数调整电费的用户，有人认为把力率补偿大些可以从减收的电费中得到益处。其实，当功率因数补偿到0.9时，按规定可减收当月全部用电费用的百分率很小，而6～l0kv电力补偿电容器的年运行费用却达10～17，所以补偿量过大时取得的经济效益很少。因此：(1)对于已运行的用户，采用集中补偿或根据昼夜负荷变化配合就地补偿的办法，将力率补偿到0.9～0.93为宜，以节约投资。(2)对新建企业用户，设计上选取设备容量一般都偏大，因此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来确定无功补偿较为合理。

一般可以通过简单的计算得到其补偿容量：

(1)变电所集中装设的补偿容量可以按照主变容量的20～40来选择。
(2)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；

(3)电动机就地补偿以不超过电动机空载时的无功消耗为度，配变低压侧电容器补偿要防止轻负荷时向10kv配电网倒送无功。
4无功补偿装置地点和方式的选择

补偿的安装地点及方式可分为集中补偿和分组补偿。集中补偿通常指装设于地区变电所或高压供电用户降压变电所母线上的高压电容器组，也包括集中装设于电力用户总配电室低压母线上的电容器组。其优点是易于实现自动投切，利用率高，维护方便，事故少，能减少配电网、用户变压器及专供线路的无功负荷和电能损耗。而分组补偿一般装设于线路上、配变低压侧等。

(1)在配电所安装高压补偿装置，以平衡高压侧的无功功率。在变压器的高低压侧，由于励磁电流的存在，其功率因数是不同的。当变压器趋于满载时，高压侧的功率因数较低压侧低5左右，轻载时可达15左右。如果配电所的无功补偿在高压侧进行，则无功电流将在低压输配电网络及变压器内造成有功损耗；如果只在低压侧进行无功补偿，则高压侧的功率因数仍会较低。而用低压过补偿来提高高压侧功率因数的方法，由于超前的电流同样造成有功损耗，而且电压升高会影响设备的运行，因此是不可取的，所以，高压侧的无功负荷应在高压侧进行平衡补偿。

(2)在变电所低压侧安装低压补偿装置，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。变电所配置低压补偿电容，负责对供电区域进行无功补偿。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。

(3)随机补偿。一般来说，无功补偿装置距负荷愈近，则补偿效果就愈好，但从经济效益的观点出发，就地随机补偿是否适宜还要以具体情况来确定。对于负载较小或变载运行的配电小区，采取就地补偿的方法是不适宜的：一是不便装设，二是利用率低，三是投资大，四是管理不便。所以，就地随机补偿的方法只适用于较大工矿企业。

(4)分组补偿。用于负荷较恒定的配电线路。
5选取补偿电容2s时的几点建议

电容器和大多数电器不同，当其接于电力系统中时，总是在满负荷下运行，仅在电压或频率波动时，负荷才稍有变动。另外，电容器是以电介质为工作介质的一种电器，它的设计一般是按规定的使用条件，在可靠的基础上力求经济合理，如果在运行中电压、电流和温度超过了规定的限度，就会导致电容器的寿命缩短，因此应严格控制电容器的运行条件并在选择电容器时注意以下几点：

(1)过电压能力。一般电容器的过电压能力至少应该能够达到1.1倍额定电压，一些国外先进品牌电容器的过电压能力可达到更高。

(2)耐受短路放电能力。电容器必须能承受在允许的运行电压下由于外部故障所引起的短路放电，此参数体现了电容器对外部故障的承受能力。当然，还应注意电容器的抗涌流能力以及环境温度差别等。

另外，由于电容器是接在电力系统中运行的，当然也要消耗有功功率，所以也要注意电容器的损耗。

来源：电气商情网

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