柱上无功补偿技术在配电网中的应用

摘要：本文阐述了10kV配电网采用柱上无功补偿方式，根据负荷变化自动调整补偿容量。有效地提高配电网功率因数，减少线路电能损耗，改善电压质量，提高供电能力。

关键词：配电网；无功补偿；负荷变化；电能损耗

Abstract: This paper describes the 10kV distribution network column reactive compensation mode automatically adjusts according to load change compensation capacity. Effectively increase the net power factor and reducing line power loss, improve the voltage quality, increase power supply capacity.

Keywords: distribution network; reactive power compensation; load change; energy loss

中图分类号：U665文献标识码： A 文章编号：

前言

配电网无功补偿对电网的安全可靠、优质、经济运行具有重要作用。配电网合理的无功补偿，能够有效地维持系统的电压水平，降低有功网损，提高网络输送容量和设备利用率。现今建设电网行业中10kV配电网的无功损耗占整个电力系统无功损耗的比重很大。在10kV配电网使用柱上无功补偿方式，依照负荷变化自动调整补偿容量，有效地提升配电网功率因数，改善电压质量，降低线路电能损耗，提高供电能力。

一、无功补偿的方式

1.负荷的无功功率补偿

当无功补偿系统处于独立工作状态时，补偿点的选取直接影响到补偿效果。尤其在距离较长的线路上进行集中补偿，如农电网线路，补偿点的影响更加明显。一些距离很长或带有特殊负荷的线路(如电气化铁路的机车牵引电力线)为保证补偿效果，往往在一条线路上安装多台补偿设备。安装点的选取与线路上负荷的分布情况直接相关。对于低压配电网而言，其负荷一般是沿线路均匀分布的，为使补偿前、后的降损效果最大，必须确定补偿容量和位置，分三种情况。

（1）单点补偿

在无功负荷沿线均匀分布的条件下，对单点补偿而言，补偿地点应装设在距线路首端为线路全长的2/3处，补偿容量为全线所需无功容量的2/3时，线损下降值将为最大。在此情况下，线损下降率为

（2）两点补偿

可求出极值为。因此Q1应装设在距首端2/5L处，Q2应装设在距首端4/5L处，Q1、Q2的值为线路所需无功的2/5倍。线损下降率为

（3）n个补偿点

具有n个补偿电容时，第i个补偿电容器的安装位置为

补偿后的线损值为

线损下降率为

2.线路及配电变压器中无功损耗的补偿

当线路输送功率时，线路感抗上所消耗的无功功率为

式中，XL为线路全长的感抗，单位Ω；If为流过线路的负荷电流，单位A；P1、Q1和P2、Q2为线路首端和末端的线电压，单位：kV。对于10kV线路来说感抗值是均匀分布的，因此由线路感抗所造成的无功潮流是均匀递增的。

变压器励磁无功损耗主要消耗在励磁电抗上，表达式为

3.补偿容量的确定

配电线路安装电容器组的最佳容量是按最大限度降低线损的原则确定的，最佳容量为线路平均无功负荷的三分之二。对此，要求收集整理近2年的线路运行数据，统计汇总，确定无功补偿容量。

安装在线路上的电容器组，主要补偿的是配变励磁无功损耗和线路上电抗消耗的无功功率。因此补偿容量为：

式中K为补偿系数(0.95～0.98)；

E为线路分段号；

D为补偿点的位置；

Sei为配变容量（kVA）。

确定补偿容量的方法大体有以下几种：(1)从提高功率因数需要确定容量；(2)根据无功负荷绝对值确定补偿容量；(3)按网损最小确定补偿容量；(4)按年运行费用最小确定补偿容量；(5)按年支出费用最小确定补偿容量。

二、无功对电压和线损的影响

1．无功对电压的影响

(1)无功与电压损耗的关系

当电网传输功率时，电流将在线路、变压器阻抗上产生电压损耗〖WTBX〗U。其关系式如下：

U=（PR+QX）/UN （1）

当线路安装无功补偿容量为Q c的并联电容器补偿装置后，线路电压损耗为

U′=〔PR+（Q-QC）X〕/UN （2）

并联电容器补偿装置投入运行所引起的静态电压升高，即

U-U′=QCX/UN （3）

式中 U－电压损耗，V

P－线路传输的有功功率kW

Q－线路传输的无功功率kvar

QC－补偿投入的电容器容量kvar

UN－线路额定电压kV

R、X为线路电阻、电抗ΩZK)

从上式中可见，无功功率的变化，将引起电压降的变动，由于安装并联电容器，就地平衡无功功率，限制无功功率在电网中传输，相应地减少了线路的电压损耗，提高了配电网的电压质量。

(2)电压调整

10kV配电线路存在电压过低或偏高问题，其原因除了电网结构不合理和导线过细外，主要是无功功率不足或过剩。系统的无功功率对电压影响极大，无功功率不足，将引起电网电压下降，而无功过剩将引起电网电压偏高。无功功率平衡是维持及保证电网电压质量的基础，必须采取有效的调压措施，以提高电压水平。合理调整变压器分接头，是提高电网电压水平的一种调压手段。但当电网无功电源不足或过剩时，不能靠调整变压器分接头来使电压符合要求，因为它既不能产生无功又不能吸收无功，只能改变系统中的无功潮流。要维持整个系统的电压水平，就必需有足够的无功补偿容量，实行无功分区分压就地平衡，同时要求有足够的无功调节能力，在允许的电压偏差范围内，采用调压与补偿电容器相结合的措施，实现高峰负荷时较高电压运行和低谷负荷时较低电压运行的逆调压要求。

2．无功对线损的影响

在电网运行中，因大量非线性负载的投运，它们除要消耗有功功率外，还要消耗一定的无功功率，负荷电流通过线路、变压器将会产生功率与电能损耗。由电能损耗公式可知，当线路或变压器输送的有功功率和电压不变时，线损与负荷功率因数的平方成反比。功率因数越低，电网所需无功就越多，线损就越大。当cosφ=0．7时，无功功率和有功功率在电网中产生的电能损耗基本相当，即此时电网中线路和变压器的损耗有一半是由无功功率引起的。提高功率因数，可使线损率降低。因此，在受电端安装无功补偿装置，实行无功就地平衡，可减少负荷的无功功率损耗，使负荷电流减少，降低线路与变压器的可变有功功率损耗，从而取得降低网络线损的经济效益。

综上所述，无功功率分级补偿就地平衡，提高负荷的功率因数，可减少电网中无功功率的传输，从而降低电网的电压损耗和电能损耗。一般说来，35kV及以上电网，因输电线路截面较大，等值串联电抗X要比电阻R大得多，电网线路和变压器的阻抗主要是感性电抗，X>>R。与系统中的有功损耗相比，无功损耗要大得多。10〖WT〗kV及以下配电网，一般电阻要比等值串联电抗大得多， R>>X。所以，对35kV及以上电网的无功补偿调压效果显著，10kV配电网的无功补偿应以降损节能作为主要目的，并兼顾改善电压水平。