农村电网电压质量及无功补偿应用分析

农村电网电压质量及无功补偿应用分析

周伟全

（广东电网有限责任公司江门台山供电局529200）

摘要：近年农村电网负荷的迅速增长，同时农村电网负荷分散、地域性、季节性等特点尤为明显，如不能及时得到治理，将导致农村电网电压质量及其电网经济性能也随着逐年降低。随着，百姓对电压质量的要求越来越高，农村电网无功补偿工作仍存在不规范的现象，电力供需矛盾逐年加深，针对当前存在的问题，无功补偿在农村电网实际应用方面的研究凸现的尤为紧迫、重要。无功补偿装置在农村电网的合理应用，不但能提高线路的电压质量，提高农网功率因数，增强设备的出力水平，也给供电企业及电力用户带来了很高的经济效益。

关键词：农村电网；无功补偿；电压质量

一、农村电网无功补偿的标准

（1）总体平衡与局部平衡相结合，以局部为主。

首次要满足整个县公司电网的无功平衡，再要满足变电所10kV农村电网线路的无功平衡。如果无功装置的分布、容量和补偿位置设定不符合实际，局部范围内的无功不能做到就地得以平衡，就导致无功电力在不同分布之间的较长路径传送，使农网拥有较大功率的损耗。因此，在电网设计过程中，要以确保农网总平衡为目的，研究局部的相应补偿方案，求得最优化，达到最佳的无功补偿效果。

（2）供电公司补偿与用户补偿相结合。

在配电网络中，电力客户侧吸收的无功功率约占50%—60%，其余的无功功率被吸收在农村电网中。因此，为了减少无功功率在电网中的输送，要尽可能地实现就地补偿，所以应由供电公司和用户同时进行无功补偿。

（3）分散无功补偿与集中无功补偿结合，以分散补偿为主导。

集中无功补偿就是在农网出线的变电站装设较大容量的补偿电容装置。集中无功补偿，重点是补偿变电站主变压设备本身的无功损耗和减少变电站本身及以上容量进电线路的无功损耗，至此降低农村电网本身的无功电能损耗，但集中无功补偿并不是去降低配电传送过程中的无功电能损耗，因为农网用户需要的无功通过农网配电线路向电源侧反方向输送。分散无功补偿，指在农村电网的农网线路、配电变压器和电力用户设备等安装无功补偿装置。为了更好地降低线路损耗，必须做到哪里有无功功率的发生，就应在该位置进行补偿。所以，农村电网负荷比较分散，应以分散无功补偿为主。

（4）调压与降低损耗相结合，以降低损耗为主。

利用就地并联电容器进行无功补偿，其主要目的是为了达到无功补偿就地得以平衡，减少在配电网中的交换，以减少线路损失。同时，也可以使用分组投切的电容器组，适当的调整农村电网电压，这是补偿的辅助目的。在一般情况下，无功补偿以降损为主，调压为辅。

二、无功补偿的原理

农村电网中的主要电力负荷如异步电动机、中小型变压器等，大部分属于感性的负荷，在设备的运行中需向这些设备提供相应的无功功率。在农村电网中装设并联电容等无功补偿装置以后，可以为其提供感性负载消耗的无功功率，减少了农村电网电源侧向感性负荷提供，减少线路输送的无功功率的负担，由于降低了无功功率在农村电网中的传输，达到降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗的目的，这就是无功补偿。

图1无功补偿原理图、相量图

电网输出的功率包括两个部分：即有功功率和无功功率。电能的直接消耗，将电能转变为热能，机械能，化学能等，利用这些能做功，把这样的所做的功率叫做有功功率；电能不直接消耗；电能仅转换为另外种不同形式的能，但是电能将作为电气设备能够运行或者做功必备的条件，同时，这种能周期性的在电网中与电能进行相互变换，这样产生功率叫做无功功率，例如电磁性质的元件建立磁场所用到电能，电容器设备形成电场所应用的电能.电流在电感元件中做功时，电流被电压超前90°。同时电流在电容性质元件中做功时，电压将滞后电流90°。在一个电路系统中运行，电容的电流方向与电感的电流相逆，相差180°。利用这种原理，在电磁元件性质的电路中装设一定比例地电容性质元件，促使两者产生的电流互相抵消，使得电流矢量同电压的矢量之间的夹角达到缩小，这就表明并入电容性质元件后，电路相应的总功率因数得以提高，同样就降低了线路的损耗和电压的降落，改善了电压质量，增加了电网的经济效益。

（1）在感性负载两端并联电容器可以提高电路总的功率因数，但不会改变感性负载电路本身的电流和功率因数，将会使并联点所在位置之前的电流降低，从而线路总的功率因数是提高的。

（2）电容是负载而非电源。电容从电力系统网络吸收的无功功率，该无功功率是由超前的电流导致的；相反电感电路从电力系统中吸收的无功功率，该无功功率却是由滞后的电流导致的。这样超前的电流与滞后的电流起到互相补偿的作用，从并联电熔之前的电源（或电网）吸收的无功功率就相应得减少了，也就达到了容性负载的无功对感性负载无功功率起到补偿的目的。

（3）电容性负载的无功功率与电感性负载的无功功率是相互补偿的。也就是说，当感性负载的功率因数较低时，在负载两端并联电容可提高功率因数；如果负载是电容性的且功率因数较低时，在负载两端并联电感也可以提高功率因数。

三、无功补偿的应用方式

以前说到农网无功补偿方式主要特指集中补偿和分散补偿，随着无功补偿方式与实际应用的不断研究，现在可以细分为以下几种方式：

（1）变电站高压无功集中补偿，即在变电站10～35kV母线上集中接入多组高压电容器、电抗器等，属于集中补偿方式。

（2）低压集中补偿，在配电变压器0.4kV低压母线上装设一系列补偿，属于集中补偿。

（3）线路补偿，在配电线路杆上进行固定补偿，属于分散补偿。

（4）随机补偿，在客户终端用电设备上进行补偿，属于分散补偿，称随机补偿。

（3）随器补偿，在配电变压器低压侧并联电容器，主要指配电变压器单独设置一组补偿电容器为随器补偿，属于分散补偿性质。

现分别介绍如下：

（1）变电站高压集中补偿。变电站高压集中补偿是在变电站10kV/6kV母线上集中装设并联高压电容器组，用以补偿主变压器的空载无功损耗和线路漏补的无功功率。目前，在农网系统，除了大容量客户，县级电力网基本上采用这种补偿。

变电站内的集中补偿成套装置包括同步调相机、静态补偿装置、并联电容器组等，装设这些设备的主要目就是将电力系统的无功功率进行平衡，使电力系统的功率因数得以改善，使系统的终端变压器上的线路电压得以提高，进而使变电站主变压器以及高压输电线路的无功损耗得以补偿。一般将这些补偿设备集中装设在变电站10kV或35kV的母线上，从而设备管理起来比较简单、相应得维护起来比较简便等诸多优点，遗憾的是这种补偿方法对10kV农村配电网的降损作用不大。

（2）低压集中补偿。低压集中补偿即在配电变压器0.4kV低压母线进行集中补偿，也称跟踪补偿。该补偿方式以无功补偿投切装置作为控制保护装置，将低压电容组补偿在大客户0.4kV低压母线，安装的多组电容器常分为固定补偿容量和投切电容组，补偿电容器的固定补偿容量可起到随设备补偿的作用，补偿用户本身的无功基础负荷；补偿无功峰荷的部分就要用到投切并联电容组。

电容器组投切的方式分为自动投切和手动投切。一般，电力负荷具有一定的波动性，较好投切方式为自动投切的方式。现在厂家生产无功补偿自动投切装置可设定多种投切方式，比如无功复合、功率因数以及时间段等，能够跟踪无功负荷变化进行动作，运行方式简单灵活，基本上无运行维护工作量。

受到多种因素限制，比如电动机投运的时间比例和单台电动机容量补偿的限制，对于用电规模较大的电力用户，可采用跟踪补偿，相应比随机、随器补偿能达到更好的补偿效果，并不需要调整补偿额度，适当对各组电容器的投切运行时间段进行调整，使设备的使用寿命增加。但是，跟踪补偿所需的自动投切装置比随器、随机补偿的控制保护装置复杂、功能更完善，初投资也大一些。在低压线路主干线上装置具有自动投切功能的并联电容器组装置，其主要目的是补偿出线变压器本身及以上农村电网的无功功率的消耗，而并不能减少由配电线路上产生的电能损耗，所以，补偿容量应该适中，不便过大，农网变压器容易轻载或空载，在这种情况下运行时，将出现过补偿现象。

（3）线路补偿。农网线路拥有大量配电变压器，均要消耗大量的无功，因为无功补偿管理不到位，很多配电变压器，就算是公用变压器都按要求装设低压补偿装置，这样就会造成很多的无功功率缺额，这些缺额就需要变电站及上级线路分担，过多的无功在线路上传输，造成农村电网的损耗得不到解决，如果有这种情况，就应该考虑对农村电网进行无功补偿应用。

线路补偿即通过在需补偿线路杆塔上并联电容器，实现线路的无功补偿。但由于线路补偿装置安装一般远离出线变电站，所以配置保护不易，相应得设备控制成本高，需要投入大量的人力来确保维护工作，并且易受到安装环境的限制等。所以，线路补偿在线路设置的补偿点，不宜过多；对无功补偿设备的操控方式应该简便，一般分组投切控制不会被应用；相应的补偿容量也要适中，不能过大，反之容易出现过补偿的现象；当然保护装置也要尽可能简单，可仅采用熔断器和避雷器，作为无功补偿装置的过电压保护和过电流保护。

线路补偿主要为线路提供需要的无功，和公用配电变压器需要的无功，应用这种补偿方式的关键问题是选择合适的补偿地点以及合适的补偿容量。线路补偿在农村电网的应用较为光方，优点也比较明显，比如投资较小、回报较快、管理容易和维护简便等。线路补偿适用于线路长、负荷较重、功率因数低的线路。线路补偿以往一般采用固定补偿的成套，因此对电网变化的适应能力较差，轻载会产生过补，重载情况下补偿又会不足等。随着无功补偿设备的更新，自动补偿装置再现今的农网中开始普遍应用。

（4）随机补偿。及随电动机补偿，随机械负荷和用电设备补偿，将电容器直接并联在用电设备上，用以补偿用电设备的无功需求。据统计，现在农村电网中的电动机消耗了电网主要的无功功率，约占60%，因此，搞好电动机的无功补偿工作，使其就地无功得以平衡，不但能减少配电线路上的损耗，同时提高了电动机等用电设备的出力。

在10kV以下电网中，变压器无功消耗占总量的30%左右，其中的低压用电设备无功消耗占60%以上。显而易见，在农村电网的低压用电设备上实施无功补偿应用是有必要的。从理论计算和实践经验中得知，取得最佳的经济效果就是低压设备上应用无功补偿，有很高的综合性能，是值得在农村电网中进一步推广的节能减排手段。

消耗无功最多的低压用电设备就是感应电动机等，故对于辖区内重点的水泥制品、矿山企业、粉灰厂等拥有设备的较大容量电动机，应该指导、督促厂家就地实施无功补偿，也就是所说的随机补偿。与前几种补偿方式相比，随机补偿具有以下诸多优点：

a.线损可降低15-20%；

b.保证电压质量，减少电压损失，进一步改善了用电设备启动和运行的环境；

c.减少线路传输能量，提高电网设备供电力量及利用率。

随机补偿的初步投资对于企业来说较大，也需要专业人士进一步计算来确定补偿容量，且由于农网无功管理体制、企业内部重视不够等原因，目前农村电网随机补偿的应用及效果都不尽人意，达不到供电企业的要求。毕竟随机补偿由企业负担，所以以后供电企业要进一步加大对随机补偿的宣传力度，增强企业本身节能意识，解释力率调整电费的缴纳特点；同时各无功补偿装置厂家也应针对不同企业不同用电设备的特点和参数要求，有针对性地生产小体积、低造价、安装简便、低难度维护或者不用维护的智能型企业用电设备无功补偿成套装置。

（5）随器补偿。即配电变压器的低压侧的分散补偿方式，在需要补偿的配电变压器低压侧安装电容器，主要对该配电变压器的漏磁和空载无功功率进行补偿。

低压补偿是目前配电变压器应用最常见的补偿方法。由于农村用户的日负荷、月负荷变化较大，一般应用微机控制补偿方式，补偿装置跟踪负荷的波动性，按需要分组投切电容器用于补偿，总补偿容量根据需要范围不等。目的是实现专用变压器就地平衡无功，提高用户的功率因数，降低损耗，提高用电客户电压质量。

补偿后功率因数得以调整、降损节能效果明显是配电变压器低压无功补偿的优点。但因为配电变压器在农村电网安装地点分散并且数量很多，所以该无功改造的投资大，相应的运行维护所需的人力物力较大，所以要该设备生产厂家要尽可能的降低装置的造价，保证装置可靠运行，实现全周期性寿命。

结束语

通过本文的内容介绍，让我们更加认识到无功补偿在农村电网中的重要性，通过无功补偿装置的合理加装，不但能够提高线路的功率因数，降低损耗，增大设备利用，增大电网输送能力，减少设备二次投资；还能产生很好的经济效益，影响到供电企业和电力用户的共同利益，所以无功补偿的应用对于农村电网来说有着巨大的意义。

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