时间：2022-08-13 01:01:42
【摘要】针对农村电网的设备状况，分析农网损耗的构成，提出了无功补偿的必要性及无功补偿的基本原则，并对变电站、10KV配电线路、配电变压器、电动机以具体无功配置容量和方式作了详细介绍。详细分析各种补偿方式的有优、缺点作了分析比较，提出农村电网切实可行的观点。最后对农村电网无功电压管理作了详细阐述，对做好无功电压工作有很高参考价值。
【关键词】农网；无功；降损
1 农网的特点
农网用电的特点是：用电季节性强、电力负荷分散、峰谷悬殊。在农网中，无功负荷主要有三种，即：电动机，变压器和线路。无功负荷主要集中在电网末端。农网中的配电变压器的容量必须按农忙季节或防汛抗旱要求的容量进行配备，农网配变长时间处于空载或轻载的低负荷运行状态，从而消耗大量农网无功。其中，配电变压器和用电设备（主要是异步电动机）的无功消耗就占总无功负荷的95%以上，这两者消耗无功负荷的比例约为1：2～1：3。
由于农网长期未受重视，无功补偿设备的配置不合理，线路陈旧、杂乱、导线截面过小，而且许多地方仍然在使用老式高耗能的变压器， 加之广大农村用户由于资金短缺，动力均大多未设无功补偿，这不仅产生了电压质量差和线损大的问题，而且消耗了电网中的无功。
农网三相负荷不平衡，农村照明、农副加工、生活用电和小型乡镇企业除三相动力负荷外，单相负荷居多。这也是造成农网损耗的原因之一。
2 农网损耗的组成
线损主要有两部分组成，即导线损耗和变压器损耗。
导线损耗：
（1）
式中 ―导线损耗，kW；
I―负荷电流，A；
RL―导线电阻，Ω。
变压器损耗：
（2）
式中： ―变压器损耗，kW；
―变压器空载损耗，kW；
―变压器负载损耗，kW；
―变压器额定短路损耗，kW；
Ie―变压器额定电流，A；
I―负荷电流，A。
负荷电流： （3）
式中 I―负荷电流，A；
P―有功负荷，kW；
U―负荷端电压，kV；
―负荷力率。
假设一条线路三相负荷平衡，则线路总损耗为：
（4）
式中：ΔP―线路总损耗，kW；n―有n台配变；
Poi―第i台配变铁损，kW；
ΔPdei―表示第i台配变额定短路损耗，kW；
―第i台配变负荷电流，A；
―第i台配变额定电流，A；
m―表示有m段导线；
Pj―第j段导线的月平均有功功率，W；
U―运行电压，V；
Rj―第j段导线等值电值，Ω；
―第j段导线的平均力率。
可看出，损耗与4个变量有关：导线电阻RL，变压器固定铁损 ，变压器的短路损耗及负荷率和力率 。具体讲，就是损耗与所用导线的型号与长度及变压器的型号以及无功补偿的多少有关。
3 无功补偿的必要性及无功补偿的基本原则
为加快农村经济发展，切实减轻农民负担和扩大内需范围，国家投入巨资加大对农村电网的建设与改造力度。近年来，农村用电负荷迅速增大，农网无功需求及相应的损耗也随之加大。无功功率是影响电网电压质量和系统经济运行的重要因素，降低无功损耗，不仅是电网的要求，也是提高电压质量，减少线损，增强供电可靠性的主要措施。实施无功补偿，能为广大用户节省用电开支，提高农网安全性，可靠性和经济运行水平，促进农村经济迅速发展。
农网无功补偿的基本原则是：根据国家电力公司制定的《农村电网建设与改造技术原则》中的有关规定，农网无功补偿必须坚持“全面规划、合理布局、分散补偿、就地平衡”及“集中补偿与分散补偿相结合，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，调压与降损相结合，以降损为主”的原则。
4 无功补偿方式介绍
当前，国内农网都在实行无功补偿，起到了很好的降损节能的作用。无功补偿补偿方式可归纳为以下几种：
4.1 35kV变电所集中补偿
4.1.1 负荷集中的35kV变电所的无功补偿
此类型的变电所具有线路较短、负荷集中、负载率较高的特点。因此所需无功要求做到就地平衡，即无功补偿容量应按满足主变励磁无功功率和漏抗无功损耗的要求，以减少35kV输电线路输送无功功率引起的有功损耗。
变电所主变的无功损耗为：
（5）
式中：Q0―变压器主励磁无功损耗，kVar；
Qd―变压器漏抗无功损耗，kVar；
―变压器的空载电流，A；
β―变压器负荷率；
―变压器额定容量，kVA。
变电所集中补偿容量为：
（6）
4.1.2 负荷分散的35kV变电所的无功补偿
此类型变电所因农村负荷分散，峰谷差较大，负载率较低，输电线路较长。因此所需无功除补偿主变的无功损耗外，还要考虑供电区的高峰无功负荷的需要。为此，此类型35kV变电所的无功集中补偿容量为：
（7）
变电所负荷小时，补偿容量大概为主变容量的5%～10%，待负荷上去后，再将补偿容量逐渐增到主变容量的20%～30%。集中补偿的电容量宜装设在变电所，控制调节方式灵活，运行维修方便。通过微机监测及自动投切，从而达到不过补偿、欠补偿，使平均功率应在0.90以上。
4.2 10kV线路的无功补偿
10kV线路补偿容量：10kV线路是采用高压分散补偿，补偿容量及位置应根据无功潮计算。从配电网线损理论计算可知，线路上配变空载损耗约占配电网总损耗的70%左右，这说明配变电网的无功损耗是配电网总损耗的重要组成部分。因此10kV线路无功补偿容量，可按线路上配变总励磁无功功率进行补偿。同时，为了避免配变空载时的过补偿，或在线路非全相运行时易产生铁磁谐振的情况。
10KV线路的补偿容量可由下式确定：
（8）
式中， ―取线路所有配变空载电流百分数的加权平均值；
―单台变电器额定容量，kVA。
10kV补偿电容器安装点：为了最大限度地减少10kV线路的电能损耗，使其补偿获得最佳效果，其电容器在线路上安装点尽量合理。同时，还应达到维修方便，便于巡视检查维修。经计算：当线路上只装一组时，宜安装在距线路首端2/ 3处；当装设两组电容器时，第一组装在线路的2 /5处，第二组装在4 /5处，各组电容量为补偿总容量的1/ 2；若10kV线路较长还可装设三组电容器，第一组在距线路首端2 /7处，第二组在4 /7处，第三组在6 /7处，各组电容量为补偿总容量的1 /3。分散补偿点多，补偿效果较好，但维修欠方便。反之，补偿点少，运行维修方便，但补偿效果较差。
4.3 100kVA及以上容量配变器的无功补偿
对110kV及以上容量的用户的无功补偿，常采用自动功率因数补偿装置及微机控制自动功率因数补偿器，它们能根据负荷端电压情况和设定的补偿指标自动进行电容投切，实现最佳补偿。并实行力率调整电费的执行方法，如不进行无功补偿的用户，应采取经济杠杆的手段，迫使其就地补偿，其补偿容量可按主变器容量的15%～20%来确定，以平衡无功。
4.4 0.4kV配电网及随机无功补偿
4.4.1 0.4kV配电网补偿
乡镇企业用电设备的无功补偿：其无功补偿可采取低压母线就地集中补偿的方式，补偿容量可按用电高峰有功功率的平均值，将负荷功率因数补偿到所需的数值，其补偿容量由下式确定：
（9）
式中：P―用电高峰有功功率的平均值；
、 ―补偿前后的功率因数角。
为避免 值发生较大波动，可将电容器分成2～3组分别并接到0.4kV母线上。最好配置自动投切装置，实现 的自动调整。
4.4.2 0.4kV电动机补偿
单台电动机的无功补偿对用户单台功率在7KW及以上电动机，年运行小时数超过800h应采取随机补偿。其无功补偿一般是将电动机的空载时功率因数补偿到1，因电机空载时的无功负荷最小，若满载时的功率因数补偿到1，在电机空载或轻载时就会使功率因数超前，这将导致过补偿，对电容器和电动机都是危险的。单台电动机随机补偿容量的确定，一般按下式计算：
（10）
式中 ―电动机的额定线电压，kV；
―电动机空载电流，A。
空载电流 可查表取得，但一般查找比较困难，建议采用瑞典电气公司推荐的计算公式估算：
（11）
式中 ―电动机额定电流，A；
―电动机的额定功率因数。
对惯性较小的电动机，其补偿容量为：
（12）
对惯性较大的电动机，其补偿容量为：
（13）
5 无功补偿方式的优劣比较及补偿方式的合理选择
5.1补偿方式的比较
线路分散补偿和随机随器补偿在电网运行中的经济分析和存在的优缺点比较如下：
5.1.1 观点1
采用随机随器补偿优缺点：
优点：（1）安装方便，配置灵活；（2）可自动投切，能够防止无功倒送；（3）相对投资较低，收回资金年限短。
缺点：（1）需用设备较复杂，投资大；（2）农村电工素质较差，维护管理不到位。
10kV线路分散补偿优缺点：
优点：（1）投资少，见效快，收回投资周期短；（2）体积小重量轻，安装方便。
缺点：（1）维护不方便，不便于操作；（2）不能自动投切，有时可能过补偿。
5.1.2 观点2
农网主要有以下3 种补偿方式：
（1）在配电变压器低压侧母线上集中安装电容器进行补偿；
（2）在低压线路中间点或负荷集中之处集中安装电容器进行补偿；
（3）对电动机就地补偿（随器补偿）。
分析农村用电规律可知，白天用电少，前半夜高峰，后半夜基本没有负荷。分析3种方式的技术可行性可知：
（1）在配变低压侧母线上进行补偿，可能后半夜过补偿；且该方式对低压降损作用极小。
（2）在低压线路上补偿，存在诸多难题，一是安装在杆上既不方便又不美观，其通断控制用闸刀使用不方便，用小型接触器要耗电；二是电容器放电问题难解决，可能危及线路工作人员安全。
（3）对电动机就地补偿，简单易行，无功就地平衡，有最佳的降损效果，不会过补偿；对动力户有好处，用户有积极性；对低压降损作用大，电工有积极性。
因此应考虑随器补偿形式。
5.1.3 观点3
（1）配变容量在560kVA～320kVA的用户，供电半径在500m左右，宜采用集中+分散+个别的综合补偿方案。
集中补偿。将所需补偿总容量的50%～60%的电容器装设在低压配电室内，并按功率因数进行自动投切。分散成组补偿。将剩余部分电容分散到各车间，成组接在车间动力配电箱母线上，由车间电工投切控制，使无功负荷就地平衡，减少低压线路无功负荷穿越损耗。个别补偿。对单台容量较大的电动机，宜采用个别补偿方式，电容器与电动机引出线并联，这样可省去控制设备，减少投资，又可提高电动机启动电压，缩短启动时间。对原有控制设备的容量应进行核算。
（2）配变容量在320kVA～180kVA的低压用户，宜采用集中补偿为主，车间成组补偿为辅方案。
（3）配变容量在180kVA～100kVA的低压用户，可补偿配变无功空损，小于50%负载率以下的轻载电动机可将角接改为星接。对于纯属照明配变，只在配变低压侧进行无功补偿。