无功补偿对电网的效益及低压无功补偿经验浅析

无功补偿对电网的效益及低压无功补偿经验浅析

吴海华

吴海华

（中国机械设备工程股份有限公司）

摘要：电网中的电力负荷如电动机、变压器等，大部分属于感性负荷，在运行过程中需向这些设备提供相应的无功功率。在电网中安装并联电容器等无功补偿设备以后，可以提供感性电抗所消耗的无功功率，减少了电网电源向感性负荷提供、由线路输送的无功功率，由于减少了无功功率在电网中的流动，因此可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗，这就是无功补偿。无功补偿可以提高功率因数，是一项投资少，收效快的降损节能措施。

关键词：电网电源，无功补偿，感性负荷

1、无功补偿的方式和作用

电网中常用的无功补偿方式包括：①在变电所母线集中安装并联电容器组；②在高低压配电线路中分散安装并联电容器组；③在配电变压器低压侧和用户车间配电屏安装并联裣电容器；④在单台电动机处安装并联电容器等。

装无功补偿设备，不仅可使功率消耗减小，功率因数提高，还可以充分挖掘设备输送功率的潜力。

确定无功补偿容量时，应注意以下两点：①在轻负荷时要避免过补偿，倒送无功造成功率损耗增加，也是不经济的。②功率因数越高，每千乏补偿容量减少损耗的作用将变小，通常情况下，将功率因数提高到0.95就是合理补偿。

2、无功补偿改善电能质量

电网中无功补偿设备的合理配置，与电网的供电电压质量关系十分密切。合理安装补偿设备可以改善电压质量。

负荷（P+JQ）电压损失△U简化计算如下：

△U=（PR+QX）/U（1）

式中：U-线路额定电压，KV

P-输送的有功功率，kw

Q-输送的无功功率，kvar

R-线路电阻，Ω

X-线路电抗，Ω

安装补偿设备容量Qc后，线路电压降为△U1，计算如下：

△U1＝[PR+(Q-Qc)X]/U（2）

很明显，△U1＜△U，即安装补偿电容后电压损失减小了。由式（1）、（2）可得出接入无功补偿容量Qc后电压升高计算如下：

△U-△U1＝QcX/U(3)

由于越靠近线路末端，线路的电抗X越大，因此从（3）式可以看出，越靠近线路末端装设无功补偿装置效果越好。

3、无功补偿降低电能损耗

安装无功补偿主要是为了降损节能，如输送的有功P为定值，加装无功补偿设备后功率因数由cosφ提高到cosφ1，因为P＝U1cosφ，负荷电流I与cosφ成反比，又由于P＝I2R，线路的有功损失与电流I的平方成正比。当cosφ升高，负荷电流I降低，即电流I降低，线路有功损耗就成倍降低。反之当负荷的功率因数从I降低到cosφ时，电网元件中功率损耗将增加的百分数为△PL%，计算如下：

△PL%=(1/cos2φ-1)?100%（4）

功率因数降低与功率损耗增加的百分数之间的关系如表1

4、无功补偿挖掘发供电设备潜力

（1）在设备容量不变的条件下，由于提高了功率因数可以少送无功功率，因此可以多送有功功率。可多送的有功功率△P计算如下：

△P=P1-P=S（cosφ1-cosφ）（5）

（2）如需要的有功不变，由由于需要的无功减少，因此所需要的配变容量也相应地减少△P计算如下：

△S=S-S1=P(1/cosφ-1/cosφ1)(6)

可以减少供电设备容量占原容量的百分比为△S/S计算如下：

△S/S=（cosφ1-cosφ）/cosφ1=(1-cosφ/cosφ1)(7)

(3)安装无功补偿设备，可使发电机多发有功功率。系统采取无功补偿后，使无功负荷降低，发电机就可少发无功，多发有功，充分达到铭牌出力。

5、无功补偿减少用户电费支出

（1）可以避免因功率因数低于规定值而受罚。

（2）可以减少用户内部因传输和分配无功率造成的有功功率损耗，因而相应可以减少电费的支出。

综上所述，采用无功补偿可以提高功率因数，是一项投资少，收效快的节能措施。并联补偿电容器原理简单、使用方便、运行经济、投资省、可以分组投切保证电压合格率和合理的功率因数。我国各地区配网和农网很多地方平均功率因数偏低，有降低线损的潜力。通过计算，采用补偿电容器进行合理的补偿一定能取得显著的经济效益。

黄梅县供电公司供电区域有13乡镇100多万人口的农村电网，配电变压器3000多台，70%是农村负荷，该农村电网中，由于负荷的不确定性，在春、秋收耕季节和浇地用电时段，负荷很重，而平时0-8时和白天基本无负荷，供电质量极不正常，用户端电压很不稳定，甚至使一些低压动力用户无法工作。因此，提高供电质量，提高用户端的电压和功率因数cosφ，是一个要解决的重要问题，进行低压无功补偿是很重要的工作。

一、低压无功补偿的概念

低压无功补偿是指在配电变压器低压400（380）伏网络中安装补偿装置，包括随机补偿、随器补偿、跟踪补偿几种方式。

随机补偿：随机补偿就是将低压电容器经过熔断器与电动机并接，通过控制，保护装置与电动机同时投切。

随器补偿：随器补偿是将低压电容器经过熔断器固定接在配电变压器低压侧，以补偿变压器的励磁及漏磁无功损耗。

跟踪补偿：跟踪补偿是指以无功补偿投、切装置作为控制保护装置，将低压电容器组并接在大用户400伏母线上。这种补偿方式，相当于随器补偿的作用。另选几组低压电容器作为手动或自动投切，随时补偿400伏网络中变动的无功负荷。

二、农网无功负荷浅析

在我们现有10千伏送电系统中，往往是一条线路接有几台或十几台甚至二、三十台容量大小不等的配电变压器。由于用户分散，变压器容量很小，100-125千伏安及以下的变压器占70%以上，而且多数变压器每天有近15个小时接近空载运行，少数在额定容量的20%-40%之间运行，每逢栽插或收割季节，会出现无功不平衡。

在上述网络状态下，原有农网用户中，10千伏线路送出端或配电，变压器用户均没有配置补偿设置，致使10千伏送出端工率因数cosφ值很低。其主要原因是众多的小容量配电变压器时常在低负荷下运行，众多配变的空载及漏磁损耗、家用电器的无功耗用迭加起来占据了10千伏线路送出的大量无功功率，致使cosφ值达不到规定要求，线损也大大增加。

三、对功率因率cosφ值的要求

根据水电部《电力系统电压和无功电力技术导则》的规定和农网改造的技术要求，电力用户的功率因数应达到下列规定：

1、高压供电的工业用户和高压供电装有带负荷调整电压装置的电力用户功率因数为0.90以上；

2、其他100千伏安（千瓦）及以上电力用户和大、中型电力排灌站，功率因数为0.85以上。

3、趸售和农业用电，功率因数为0.80以上。

经过努力达不到以上规定者应装设必要的补偿装置。

原水电部《供用电规则》规定：高压供电的用户必须保证功率因数在0.9以上，其他用户应保持在0.85以上。

四、几种无功补偿方式的优劣比较

对于10千伏供电系统，在变电站10千伏母线上装设集中补偿方式的并联电容器组，只能增大变压器与10千伏母线之间及上一级电压等级线路的功率因数，对10千伏母线上首端的功率因数cosφ值不能改变，线路上各配电变压器所提供的无功功率仍需从这里送出，各送出线路上的线损不能降低。所以，对于10千伏供电系统的无功补偿，最好选择随线路上配电变压器装设低压无功补偿装置，进行分散补偿方式。这种方式易于根据无功负荷需要选择补偿容量，具有“哪

里缺在哪里补，缺多少补多少”，都能把10千伏及其上一级电压等级的线路线损降低一部分的特点，且补偿效果好，经济效益高。

在农网10千伏线路上，“T”接变压器一般较多，且变压器“大马拉小车”的现象极为普遍，多数时段接近于空载运行，10千伏线路首端的功率因数cosφ值一般只有0.5-0.75。配电变压器的供电范围多以自然村为单位，一个村有一、二个动力加工作坊和电排灌站，在上述情况下宜采用随器和随机补偿方式，即在变压器低压侧按空载电流计算选择并联电容器补偿，在加工作坊按电动机容量计算选择并联电容器补偿。补偿电容器采用手动投切方式，可大大降低投资（每千乏约30多元）。只有大范围的无功分散补偿，才能降低农网线路的线损，降低农村电价。

对于农村排灌站的用电特点，一是“季节性强”，每年用电累计时间为1-2个月。二是“电动机单机容量大”，一般为30-80千伏安。三是由于用电时间短，不重视无功需量，都没有装设补偿装置。另外农村众多的排灌站同时投运，造成系统无功电量不平衡。这些排灌站应根据电机容量计算选择并联电容器随机补偿，促进无功就地平衡。

五、补偿装置的接线

装置测量点的接线，主要是补偿装置的电容器组和电流的引入点，特别是电流的引入点，在实际接线中往往被忽视。电容器组的引入点，是指电容器组的总进线在被补偿系统中的“T”接点；电流的引入点，是指补偿装置使用的电流互感器在被补偿系统中的安装点。正确的方法是：以负荷的供电电源为参考点，电流互感器的安装点必须在电容器组的总进线“T”接点电源之间，即电流互感器测量的电流必须包含流过电容器的电流。否则，在电容器分组投、切状态中，无功补偿装置测量显示的有功、无功功率和cosφ值都不会变化，造成无功补偿装置投、切效果无法判断。

六、无功补偿的效益评价

接国电公司有关规定，功率因数cosφ值达不到标准的应督促装设补偿装置，以降低线损。装设补偿装置，要从长远利益出发，安装低压无功补偿装置，获益最大的是用户，其次是供电系统。

吴海华，1978.5.26，男，汉族，天津市，工程师，中国机械设备工程股份有限公司。