無功補償在農村電網的應用

摘要：本文論述了農村電網中應用無功補償，使無功就地平衡，減少無功功率，提高功率因數，有效地減少配電系統配電線路和配電變壓器的電能損耗，具有重要的現實意義。

關鍵詞：無功補償作用;補償方式;補償容量確定

引言

在供用電系統中有許多運用電磁感應原理工作的電氣設備，如變壓器、電動機等，這些電器設備在運行中不僅消耗有功功率，而且需要一定數量的無功功率來用于電路內電場與磁場的交換，無功電源和有功電源一樣，是保證系統正常運行和供電安全所不可缺少的。農村電網的負荷大多數是電感性負荷。這些電感性設備吸收的無功功率如果不采取其他措施予以補償，這些無功功率將由電力系統中發電廠的發電機供給，無功的輸出勢必造成電能損耗和電壓損失，而且限制了輸供電設備的送電能力。尤其是對電源不足的電力系統還會因為有功不足造成頻率降低，影響供電質量。所以，必須要解決電網無功電源容量不足的問題，切實提高功率因數。

2無功補償的作用

2.1提高電壓質量

供配電線路的電壓損失公式為：

ΔU =（PR + QX）/ Ue（1）

無功功率Q 減少，電壓損失也相應減少。式（1）中P，Q 分別為有功、無功功率;R，X 分別為線路的電阻、電抗;Ue為額定電壓。

2.2 減少功率損耗

無功功率既影響配電系統的電壓質量，也限制了線路、配變的供電容量，更是增加了配電系統的供電線損。

在配電網中，線路或變壓器的功率損耗

ΔP = I2 R = RS2/ U2 = RP2/（UcosΦ）2（2）

式（2）中R 為網絡等效電阻;P 為有功功率;S 為視在功率;U 為運行電壓;cosΦ為功率因數。

假定功率因數從cosΦ1 提高到cosΦ2，則功率損耗可降低，降低幅度為ΔP = 1 -（cosΦ1/ cosΦ2）2。設功率因數為1 時，銅損即功率損耗為ΔP，那么對應于同一有功功率，各種功率因數下的銅損與功率因數為1 時的銅損的百分比。

2.3 提高輸變電設備的供電能力：補償諧波電流，降低諧波電流對電網的污染;補償不受電網頻率影響，不易與電網阻抗發生諧振，過載能力強。

2.4 提高發電機的有功功率輸出

2.5 減少用戶的電費支出《功率因數調整電費辦法》明確規定：對功率因數達不到《供用電規則》所要求的功率因數值的用戶，按規定扣罰電費，反之，獎勵電費。對于容量大的用戶通過無功補償提高功率因數，便可減少功率因數電費，減少電費支出。

3無功補償的方式

3.1 高壓電容無功補償

對提高總回路功率因數的效果最為顯著。根據C = P（tgΦ1 - tgΦ2）/（ωU2），在功率P、頻率ω相同的條件下，電壓U 較高時，就可以用較小的電容量C，較大幅度的提高電網的功率因數，但對企業節電效果不如低壓供網和用電設備的直接補償。

3.2 低壓集中電容無功補償

集中補償分為固定容量補償和自動補償，均可最大限度的挖掘變壓器的容量潛力，增大負載能力。根據P = S·cosΦ當功率因數cosΦ= 1 時，有功功率P 等于變壓器的視在功率S，而一般自然功率因數在0.6～0.7之間，如不進行補償，供電變壓器的效率就很難提高，例：1 000 kVA的變壓器僅能帶600kW～700kW的有效功率。特別是自動補償，功率因數可控制到0.95～0.98，其增容效果更為顯著，電容器的充、放電功能，可以有效的穩定電壓，提高供電質量。

3.3 無功功率就地補償

在低壓網絡，電容器直接連接到電動機等感性負載用電設備上，電容器隨電動機同時投入或同時退出，使得電動機消耗的無功功率得到徹底補償，從而使得裝設點以上的配電線路的無功功率減少，從而相應減少了線路和變壓器的有功損耗，所以電容就地補償，節電效果最好，投資也小。特別是能夠有效抑制設備瞬間出現的電流波動沖擊電網。

3.4 低壓分散無功補償

在變壓器低壓側的輸電線路中，分散進行電容器固定容量的補償，克服了集中固定補償中容量較大時的涌流過大等問題，并能有效的增大配電線網的供電能力，節電效果較好。其優點是在低負荷時，可以相應停運數組，以防過補。投資較為經濟，其缺點是需要人工頻繁投、切。在投、切不及時或投、切容量不合適時，也易造成過補或欠補現象。

4無功補償在農村電網中的應用

在配電系統中，用電類別可分為由專用變壓器供電的客戶與由0.4 kV 線路供電的客戶，為達到最佳的降低損耗的效果，其無功補償的選擇應按照“全面規劃、合理布局、分級補償、就地平衡”的原則。采取集中補償與分散補償相結合，以分散補償為主;由低壓到高壓、高低壓相結合、以低壓補償為主;調壓與降損相結合，以降損為主。

4.1低壓補償

就1臺變壓器供電為一個單位來考慮，在農網系統0.4kV 線路上供電的情況的差別很大，低壓無功補償裝置的安裝位置要視實際情況而定。對于負荷分布比較均勻、線路長度相對不是很長的，或者負荷分布不均勻、線路長度相對較長、但負荷主要集中在靠邊變壓器處的，宜以各臺配變容量、負荷率和功率因數的情況確定補償容量，在配變的低壓側安裝全自動的無功補償裝置，以補償低壓用電和配變本身所消耗的無功功率;對于負荷分布不均勻、線路較長、負荷大量集中在線路末端的，在靠邊各主要負荷較近處，通過對實際情況的分析后，確定補償容量，在該處安裝全自動的無功補償裝置，以補償主要負荷所消耗的無功功率。

4.2高壓補償

在0.4 kV 低壓配電網基本實現無功平衡的基礎上，要根據10kV專用配變供電用戶自身無功補償的情況和線路本身的需要補償的情況，綜合分析考慮補償。如果專用配變的無功功率損耗占整體情況比例不大，可考慮在距線路首端2/ 3處安裝補償裝置，補償容量取最大無功功率的5 %～10 %，在實際中，若線路較短，則可以不設補償。若有些專用配變的無功功率較大，占整體情況的比例很大，可考慮在靠近配變附近裝設單獨的補償，剩余的無功功率，再根據以上方法考慮相應的補償。

5、無功補償容量的確定

補償容量的大小取決于電力負荷的大小和功率因數的高低，確定補償容量的方法主要有兩種：一種是計算法，一種是查表法。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。

5.1 按公式計算

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PQ 1、和φ1，補償后有功功率、無功功率和功率因數角分別為 P2、Q 2和φ2，Qb為需補償的容量。

由此可得出應補償的容量為：

Q b =Q1 -Q 2

=S × sin φ 1 -S × sin φ 2

=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%。

5.2 就地補償容量可按電機空載電流計算

Q ≤3UIOvar 電機空載電流IO 可以按電機型號在電工手冊中查到，也可以在額定電壓U 下實測得到。

5.3 根據有功、無功電量計算

單個電網回路所需補償量可按正常生產情況下，供電部門收費單上的有功電量A、無功電量B、每月運行時間h 和補償后要達到的功率因數cosΦ2，可按式（4）計算：Q =[B - A·tgΦ2]/ h.（4）

5.4估算

先進行估算預補，再根據實際情況進行調整，使其達到所需要的功率因數。低壓側集中自動補償，一般按變壓器容量的二分之一配置。低壓側集中固定補償，一般按配電變壓器容量的十分之一左右配置。就地補償，按電機容量的三分之一左右配置。有些設備按其要求進行配置。

5.5 容量配置注意事項

在供電線路中，電阻、電感、電容三個參數相互影響，如果電容器的容量配置不當，不但起不到節電的目的，反而影響設備的安全運行，所以要注意防止過補或出現純電阻電器。

6結束語

綜上述：無功分散補償，實現無功就地平衡，對于降低供電線損、提高配網的供電能力、改善電壓質量、提高發電機的有功功率輸出、提高發電設備的效率、降低發電成本等均有著重要的意義。所以，在配電建設與改造中，應大力應用無功補償技術。

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