浅议电力工程配电网的无功功率补偿应用

【摘 要】本文将从电力工程配电网运行与无功功率补偿的角度出发，对电力工程配电网的无功功率补偿应用进行有效性研究，从而确保配电网的正常运行。

【关键词】电力工程；配电网；无功补偿；研究

0.引言

随着城市经济的发展与社会的进步，无形中增加了电力市场的供应需求。虽然在一定程度上促进了社会经济的发展，但在配电网的运行过程中也存在着一些问题。比如说，无功分布不科学、电力的投运率降低以及无功功率的补偿效率低等。本文将从电力工程配电网运行与无功功率补偿的角度出发，对基于电力工程配电网的无功功率补偿应用进行有效性研究。

1.关于无功补偿的概述

1.1 无功补偿技术的含义

所谓无功补偿技术，就是指在电力供电系统中起到提升电网的功率因数的作用，它可以在一定程度上降低供电变压器及输送线路的损耗，提升供电效率及改善供电环境。而在小的电力系统中，无功补偿主要被用于调整三相不平衡电流；在大的供电系统中，无功补偿可以用于调整电网电压及提升电网的稳定性。当电源向外部开始提供电流的时候，感性负荷的能量就可以在这两种负荷之间进行交换。而感性负荷所需的无功功率可从容性负荷所输出的无功功率中得到同量的补偿。

1.2 无功补偿的工作原理

无功补偿的工作原理：电力系统的供电功率可以分为有功功率和无功功率两种，其中无功功率不能进行远距离的传输，为此对于一些下属用电和配电变压器的无功功率可以进行就地补偿。无功补偿是通过在供电系统中安装无功补偿装置的方式进行的，无功补偿设备可以与电路中的用电设备以及配电变压器等相互抵消无功功率，提高功率因数，以达到从整体上减少无功功率的目的。它主要是把感性功率负荷与容性功率负荷装置连接在同一电路，使能量在两种不同的负荷中间进行相互交换，进而使得容性负荷输出的无功功率补偿感性负荷需要的无功功率。

2.无功功率对电力工程配电网影响的研究

无功功率对电力工程配电网的影响的主要表现是：一是无功功率在一定程度上降低了输变电系统的供电能力；二是无功功率在很大程度上降低了发电设备中有功功率的输出能力；三是无功功率在一定程度上增加了电力工程配电网电压的损失；四是无功功率在一定程度上造成了低功率因数的运转，造成用户电气设备不能发挥正常的作用。因此，在电力工程配电网运行的过程中，对供电电网与用电用户的电气设备进行无功功率的补偿，既有助于提升供电系统的供电质量，又有助于提升设备运行的功率因数。

3.电力工程配电网的无功功率补偿应用的研究

下面就以某 10 kV 配电网工程作为案例，对无功功率补偿的应用作进一步说明。

3.1 无功补偿容量确定

3.1.1 依据功率因数来确定

将最大负荷月平均有功功率设为 P（kW），补偿前功率因数为，补偿后功率因数为，其补偿容量则可使用下列公式进行计算：

（1）

当所需要的功率因数提升至理想的功率因数（大于且小于）时，其补偿容量应该要满足：

（2）

3.1.2 依据运行电压来确定

此方法适宜用在调压为主要目的的枢纽变电所与电网的终端用户变电所，它补偿的容量按照提升电压的需求，利用近似计算得出：

（3）

式中，ΔU 为所需提升的电压值；为所需达到的电压值；X 为线路的阻抗

3.1.3 依据降低线损来确定

其能够对补偿的容量和线损降低率间的关系进行说明，补偿前功率因数为，补偿后功率因数为，计算公式为：

（4）

3.1.4 依据变压器容量来确定

对配电变压器补偿时，它的补偿容量计算为：

（5）

式中，%为空载电流的百分值；β 为负载率；UK%为短路电压的百分值；为变压器的额定容量。

3.2 无功补偿方式

3.2.1 配电线路补偿

在配电线路的负荷集中点，即主干的 2/3 位置，每一点集中安装10 kV 的电容器，对于 10 kV 配电网可以起到良好的补偿效果。缺点是补偿的设备在线路之上，长期处于露天环境下，损坏率较高；发生故障后难以被及时发现，会造成其长期处于停运的状态，从而失去补偿的作用。所以，要建立定期巡视、维护机制，并严格执行，提升运行率。

3.2.2 配电变压器补偿

在变压器的低压母线上设置相应数量的电容器，按无功补偿的经济分析来就地平衡无功。

3.2.3 随机补偿

将电容器设置在电动机侧，以补偿电动机消耗掉的无功功率。

3.2.4 低压补偿

在低压主干线之上集中安装电容器，使用自动投切设备对低压配电线路与电气设备无功损耗进行补偿。

3.3 无功补偿应用效益

该运行中的10 kV 配电网总共接入 92 台配电变压器，总装接的容量为17 500 kVA，根据抄见的电量可知其功率因数是 0.80。利用低压电容器方法，对于所配变空载的无功损耗实行补偿，其补偿的容量是配电变压器容量比例的 6%，照此来运算其一年的经济效益。设电容器综合安装成本为160元/kvar，其年运行小时计8 000 h，电价 0.575 元/kW・h，负载率 0.3，综合线损率 7.22%。对补偿进行计算后，其线路平均功率因数为：

线损率降低值计算为：

减少损失电量计算为：

节省电费计算为：ΔC=ΔA×C=60.34×0.575=34.7（万元）

电容器安全成本：ΔQ%××K=0.06×17500×160=16.8（万元）

将整年节省的电费和投入的安装成本相比，可以测算出在半年内即可将全部安装成本收回。

提升设备的输出能力计算为：

经过测算可见，对配电网进行无功功率补偿是非常有必要而且效果显著的，同时它还大幅度降低了损耗。

4.结语

在电力工程配电网运行的过程中，无功电流大量的流动，不仅会增加电网中线路的耗损，而且会在很大程度上降低电网中电能的供应质量，对电力供应企业、配电网的正常运行以及用电客户都造成了很大的损失。因此，在新时期加快对基于电力工程配电网的无功功率补偿应用的研究，是当前摆在人们面前的一项重大而又艰巨的任务。

参考文献：

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[2] 陈慧湘.浅淡无功功率补偿在电力工程配电网中的应用[J].沿海企业与科技，2010（04）：126-127.

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