談談低壓電網的無功補償

李少偉

（廣西合浦供電公司，廣西 合浦536100）

無功補償是借助于無功補償設備提供必要的無功功率，以提高系統的功率因數，降低電能的損耗，改善電網電壓質量。從電網無功功率消耗的基本狀況可以看出，各級網絡和輸配電設備都要消耗一定數量的無功功率，尤其是以低壓配電網所占比重最大。為了最大限度的減少無功功率的傳輸損耗，提高輸配電設備的效率，無功補償設備的配置，應按照"分級補償，就地平衡"的原則，合理布局。

1 無功補償的基本原理

無論是工業負荷還是民用負荷，大多數均為感性。所有電感負載均需要補償大量的無功功率，提供這些無功功率有兩條途徑：一是輸電系統提供；二是補償電容器提供。如果由輸電系統提供，則設計輸電系統時，既要考慮有功功率，也要考慮無功功率。由輸電系統傳輸無功功率，將造成輸電線路及變壓器損耗的增加，降低系統的經濟效益。而由補償電容器就地提供無功功率，就可以避免由輸電系統傳輸無功功率，從而降低無功損耗，提高系統的傳輸功率。

2 低壓無功補償的概念

低壓無功補償是指在配電變壓器低壓400(380)伏網絡中安裝補償裝置，包括隨機補償、隨器補償、跟蹤補償幾種方式。

隨機補償：隨機補償就是將低壓電容器經過熔斷器與電動機并接，通過控制，保護裝置與電動機同時投切。

隨器補償：隨器補償是將低壓電容器經過熔斷器固定接在配電變壓器低壓側，以補償變壓器的勵磁及漏磁無功損耗。

跟蹤補償：跟蹤補償是指以無功補償投、切裝置作為控制保護裝置，將低壓電容器組并接在大用戶400伏母線上。這種補償方式，相當于隨器補償的作用。另選幾組低壓電容器作為手動或自動投切，隨時補償400伏網絡中變動的無功負荷。

3 補償裝置的接線

裝置測量點的接線，主要是補償裝置的電容器組和電流的引入點，特別是電流的引入點，在實際接線中往往被忽視。電容器組的引入點，是指電容器組的總進線在被補償系統中的"T"接點；電流的引入點，是指補償裝置使用的電流互感器在被補償系統中的安裝點。正確的方法是：以負荷的供電電源為參考點，電流互感器的安裝點必須在電容器組的總進線"T"接點電源之間，即電流互感器測量的電流必須包含流過電容器組的電流。否則，在電容器分組投、切狀態中，無功補償裝置測量顯示的有功、無功功率和COSφ值都不會變化，造成無功補償裝置投、切效果無法判斷。

4 無功補償方式

理論上而言，無功補償最好的方式是在哪里需要的無功，就在哪里補償，整個系統將沒有無功電流的流動。但在實際電網當中這是不可能做到的。因為無論是變壓器、輸電線路還是各種負載，均會需要無功。所以實際電網當中就補償裝置的安裝位置而言有如下幾種補償方式：變電所集中補償；配電線路分散補償；負荷側集中補償；用戶負荷的就地補償。

對于低壓配網無功補償，通常采用負荷側集中補償方式，即在低壓系統(如變壓器的低壓側)利用自動功率因數調整裝置，隨著負荷的變化，自動地投入或切除電容器的部分或全部容量。

4.1 補償容量的確定

考慮到動力類負荷，估計配變的功率因數在0.75左右，設計在滿負荷狀態下功率因數提高到0.90。

假設配變容量為S，補償前有功功率、無功功率和功率因數角分別為P1、Q1、和φ1，補償后有功功率、無功功率和功率因數角分別為P2、Q2和φ2，Qb為需補償的容量。

由此可得出應補償的容量為：Qb=Q1-Q2

=S×sinφ1-S×sinφ2

=S×(0.661-0.436)

=0.225S

補償百分比為：η%=Qb/S×100%=22.5%

根據電網的運行經驗可以得出，補償容量一般為變壓器額定容量的20%～30%。

4.2 補償方式的選擇

補償方式分為三相共補、分相補償和混合補償(即共補加分補)，一般而言當需要補償的容量超過60kvar時，采用混合補償是比較合適的，即可照顧到三相之間的不平衡，與分相補償的效果完全相同，又可以降低成本。

4.3 補償級數的選擇

補償級數(即補償電容器的分組數量)越多，補償的精度越高，但隨著補償級數的增加，裝置的成本會大幅度提高，而且箱殼的體積也會增大。綜合考慮補償精度、成本、箱體體積等因素，我們建議采用11級非常容量補償，前9級為等容量以滿足基本補償，后2級為小容量以提高補償精度。以1臺180kvar的補償裝置為例：前9 級為每級 18kvar，9×18=162kvar；后 2 級為每級 9kvar；9×2=18kvar，合計 180kvar。

4.4 投切控制方式的選擇

為了盡可能地減小裝置的體積，簡化結構，提高裝置的可靠性，即將電容器按一定容量比進行分組，通過控制器的軟件對這些電容器組進行排列組合投切。

4.5 控制目標的選擇

通常的控制目標為：功率因數、無功功率、無功電流、電壓。根據具體情況，以挖掘配變的容量為主要目的，所以電壓不應該成為控制目標。以功率因數為檢測量，缺點是輕載時容易產生投切振蕩，重載時補償不充分；以無功功率為檢測量，則檢測量和控制目標量相同，檢測精度低。所以應采用無功電流為檢測量，無功功率為控制目標。

5 幾種無功補償方式的優劣比較

對于10千伏供電系統，在變電站10千伏母線上裝設集中補償方式的并聯電容器組，只能增大變壓器與10千伏母線之間及上一級電壓等級線路的功率因數，對10千伏母線上首端的功率因數COSφ值不能改變，線路上各配電變壓器所提供的無功功率仍需從這里送出，各送出線路上的線損不能降低。所以，對于10千伏供電系統的無功補償，最好選擇隨線路上配電變壓器裝設低壓無功補償裝置，進行分散補償方式。這種方式易于根據無功負荷需要選擇補償容量，具有"哪里缺在哪里補，缺多少補多少"，都能把10千伏及其上一級電壓等級的線路線損降低一部分的特點，且補償效果好，經濟效益高。

在農網10千伏線路上，"T"接變壓器一般較多，且變壓器"大馬拉小車"的現象極為普遍，多數時段接近于空載運行，10千伏線路首端的功率因數COSφ值一般只有0.5～0.75。配電變壓器的供電范圍多以自然村為單位，一個村有一、二個動力加工作坊和電灌站，在上述情況下宜采用隨器和隨機補償方式，即在變壓器低壓側按空載電流計算選擇并聯電容器補償，在加工作坊按電動機容量計算選擇并聯電容器補償。補償電容器采用手動投切方式，可大大降低投資(每千乏約30多元)。只有大范圍的無功分散補償，才能降低農網線路的線損，降低農村電價。

6 無功補償裝置的安裝

對于箱式變在設計時應考慮無功裝置及其安裝位置，而對于公共桿變，可選用柜(箱)式低壓無功補償裝置地面式安裝，裝置的底部加升高座，以便于進線。

[1]戴曉亮.無功補償技術在配電網中的應用.電網技術，1999.23(6).

[2]曹光祖.應系統的重視分散和終端無功補償.電壓電器，1999.(5).