論10kV配電線路無功補償

趙志剛

（四川青神供電有限責任公司，四川 眉山 620460）

前言。隨著電力系統的發展和電力用戶自動化水平的提高，電氣設備對電源電壓質量的要求越來越高。波動性負荷造成的局部電網電壓不穩和功率因數惡化嚴重威脅著高自動化水平設備的電氣壽命，制約著企業生產效率的提高。電力系統無功功率的調節影響到系統的功率因數、電壓水平和負荷平衡，因而是電力系統運行中的一個重要問題。補償電力系統無功，穩定系統電壓，改善系統功率因數，已成為廣大用戶的迫切要求和電力系統自動化領域的研究方向之一。

1.無功功率

凡有電磁線圈的電氣設備，就要消除因電磁場引起的無功功率。在10kV配電網中所需的無功功率，主要包括配電變壓器的勵磁所損耗的無功功率△QO、配電變壓器繞組電抗所損耗的無功功率△QT、線路電抗所損耗的無功功率△QL及感性用電設備損耗的無功功率△QF。

即Q＝△QO+△QT+△QL+△QF。

所產生的無功功率，對供電和用電產生了諸多不良影響，如：

1）由于輸送無功功率將引起有功功率損耗，當用電客戶需要有功功率P為一定時，無功功率Q越大則網絡中的功率損耗就越大；

2）無功功率將造成電壓損失增大；

3）降低了輸變電設備的供電能力；

4）降低發電機有功功率的輸出；

5）造成低功率因數運行，使電氣設備不能充分發揮。從以上影響看出，不論是從節約電能，提高供電質量，還是從提高供電設備的供電能力而言，都必須對供用電電網和設備進行無功補償，以便改善功率因數，提高系統的供電能力，使供用電系統在經濟合理狀態下運行。

2.無功功率補償原理及原則

在交流電路中，純電阻元件中負載電流與電壓同相位，純電感負載中電流滯后電壓90度，純電容負載中電流超前電壓90度，也就是說純電容中電流與純電感中的電流相位差為180度，可以相互抵消，即當電源向外供電時，感性負載向外釋放的能量在兩種負荷間相互交換，感性負荷所需要的無功功率就可由容性負荷輸出的無功功率中得到補償，實現了無功功率就地解決，達到補償的目的。無功功率補償原則有：1）為減少無功功率在線路上流動造成的有功損耗，無功功率補償應就近就地進行。2）對于配變勵磁無功損耗宜采用固定方式補償，但考慮到運行維護及電容器本身的性能等因素，沿線各配變的無功補償點不應超過三處，以二處為宜。對線路感抗所消耗的無功功率，應在配變無功補償時統籌考慮。3）對感性負荷用戶，應在用戶處進行無功補償，以補償感性負荷及變壓器繞組的無功損耗，并隨無功負荷的變化而自動投切電容器組。從電網長期經濟運行的角度出發，只要不出現過補償，功率因素補償得愈高愈好。

3.無功功率補償技術要求

1）為提高10kV配電線路的供電可靠性和供電可靠率，使電力系統運行穩定、安全、經濟。通過城、農網的建設與改造工作，對10kV配電線路加裝無功補償裝置系統，能使配電網供電能力和客戶端電壓質量明顯改善、供電可靠性顯著提高。

2）國家電網公司下發關于電力行業創一流的文件中，要求10kV功率因數不小于0.9，線損不大于5%，及電壓質量和無功補償的運行管理等內容，其主要解決的問題關鍵之一，是在10kV線路中投入一定的電容器，采用固定或自動相結合的投入方式實現無功補償。如果在一條供電線路中投入固定的電容器組，一般是按線路低負荷進行計算，而自動補償量是在線路滿負荷時計算出來的值，一條線路有固定和自動補償兩種方式相互配合，即可達到理想的效果。

3）無功補償的原則是就地平衡，根據農網配電線路的實際情況比較復雜，不可能是統一模式，所以要采用分散和集中、固定和自動相結合的方法，分三步進行：一是變電所內按主變壓器容量的15%左右安裝固定補償電容器組。二是在線路負荷中心或某處按低負荷時的無功需求量安裝固定補償電容器組。三是在線路負荷中心的上側安裝自動補償電容器組。

4）對于農網主要使用的10kV配網系統，完整的無功補償應該包括變電站集中補償、10kV線路補償和用戶端低壓補償，再加上隨機補償，即“3級補償+隨機補償”。

5）考慮到兼顧降低線損、提高力率與電壓的效果，線路補償原則是通過在線路電桿上安裝電容器實行單點或多點電容器補償，單點補償地點選在離線路首端2/3處，補償的容量應為無功負荷的2/3；兩點補償分別裝設在距首端2/5和4/5處；若線路較長，負荷較大，實施固定補償與自動補償相結合、在線路上三點進行分散補償：第一組裝設在該線路2/7處為固定補償；第二組為自動補償，裝設在該線路的4/7處，也是負荷較為集中地段；第三組為固定補償，裝設在該線路的6/7處；多點補償是采用分支線分段補償方式，對分支較大或線路較長負載自然功率因數低的線路進行補償。根據農村實際狀況，農網線路補償的補償點不宜過多；控制方式應從簡；保護方式可采用熔斷器和避雷器作為過電流和過電壓簡單保護。

6）確定某一條配電線路的補償容量，應根據該線路的平均無功負荷和最小無功負荷計算，當線路的最小無功負荷小于平均無功負荷的2/3時，考慮到無功不應倒送，可安裝固定的補償裝置，但應按最小無功負荷確定補償容量。當線路中有較大無功負荷點時，除應考慮與線路始端的距離外，也應考慮大的無功負荷點。實際裝設補償裝置每組以100～200kvar為宜。

4.無功補償方式

4.1.負荷的無功功率補償

當無功補償系統處于獨立工作狀態時，補償點的選取直接影響到補償效果。尤其在距離較長的線路上進行集中補償，如農電網線路，補償點的影響更加明顯。一些距離很長或帶有特殊負荷的線路 (如電氣化鐵路的機車牽引電力線)為保證補償效果，往往在一條線路上安裝多臺補償設備。安裝點的選取與線路上負荷的分布情況直接相關。對于低壓配電網而言，其負荷一般是沿線路均勻分布的，為使補償前、后的降損效果最大，必須確定補償容量和位置，分三種情況。

1）單點補償。在無功負荷沿線均勻分布的條件下，對單點補償而言，補償地點應裝設在距線路首端為線路全長的2/3處，補償容量為全線所需無功容量的2/3時，線損下降值將為最大。在此情況下，線損下降率為=88.9%

2）兩點補償。可求出極值為Q1=Q2=2/5，L1=2/5，L2=4/5。因此Q1應裝設在距首端2/5L處，Q2應裝設在距首端 4/5L處，Q1、Q2的值為線路所需無功的2/5倍。線損下降率為=96%

4.2.配變無功功率補償

配變的無功損耗由△QO和△QT兩部分組成。△QO場是用來建立磁場的勵磁無功損耗，與負荷電流無關，△QT場是與負荷電流的平方成正比的漏磁無功損耗，已在負荷處進行補償。配變固定無功損耗的補償，應該根據配變的固定無功損耗和線路無功損耗來研究補償容量和補償位置。

5.結束語

目前，在配電網特別是工農業配電網中，用電負荷自然功率因數低，無功消耗大，對電網的供電質量和供電效益影響較大，因此搞好配網無功補償，有益于改善系統電壓和用戶電壓質量、降低線路損耗、減少運行費用、提高經濟效益，同時也能提高社會效益。

[1]羅安，漆銘鈞.智能型無功最優補償及裝置[J].電力系統自動化，1999.