配網無功補償及補償效益分析

顧荔嵐

摘要：電網中的電力負荷如電動機、變壓器等，大部分屬于感性負荷，在運行過程中需向這些設備提供相應的無功功率。在電網中安裝并聯電容器等無功補償設備以后，可以提供感性電抗所消耗的無功功率，減少了電網電源向感性負荷提供、由線路輸送的無功功率，由于減少了無功功率在電網中的流動，因此可以降低線路和變壓器因輸送無功功率造成的電能損耗，這就是無功補償。無功補償可以提高功率因數，是一項投資少，收效快的降損節能措施。

關鍵詞：無功補償；線損；效益

一、無功補償原理

當電網電壓的波形為正弦波，且電壓與電流同相位時，電阻性電氣設備如白熾燈、電熱器等從電網上獲得的功率P等于電壓U和電流I的乘積，即：P=U×I。

當感性電氣設備如電動機和變壓器等由于在運行時需要建立磁場，此時所消耗的能量不能轉化為有功功率，故被稱為無功功率Q。此時電流滯后電壓一個角度φ。在選擇變配電設備時所根據的是視在功率S，即有功功率和無功功率的矢量和：

S=（P2+Q2）1/2

無功功率為：

Q=（S2_P2）1/2

有功功率與視在功率的比值為功率因數：

cosf=P/S

無功功率的傳輸加重了電網負荷，使電網損耗增加，系統電壓下降。故需對其進行就近和就地補償。并聯電容器可以補償或平衡電氣設備的感性無功功率。當容性無功功率Q。等于感性無功功率QL時，電網只傳輸有功功率P。根據國家有關規定，高壓用戶的功率因數因達到0.9以上，低壓用戶的功率因數應達到0.85以上。

二、配網中無功補償方式

（一）在配電線路中分散安裝并聯電容器組

變電站內對主變所需的無功進行了補償，而對站外10kV線路及線路上的大量配變的10kV無功沒有作用，對于這一部分巨大的線路損耗必須采取就地無功補償加以解決才能真正的降低線損。但配網線路出線較長，負荷分布不均勻，如果照搬變電站的無功補償模式，勢必投資過大，且安裝維護不方便。如果采用固定地點裝固定量的電容器方法，雖然投資減少，但由于未有任何保護，經常發生電容器燒毀事故，給電網的運行造成安全隱患。且由于是固定投入，隨著線路負荷的改變，極易造成過補，從而產生倒送無功，不但不能降低功率因數，降低線損，還造成區域內電壓增高，燒毀運行中的設備，因此配網中所需的線路無功補償裝置必須能自動投切，保護可靠，造價低廉，安裝方便。例如：某10KV供電支路，經過詳細的技術設計，我局決定采用總容量為400KVR（兩組電容器，一動一靜，第一組為150KVAR，第二為250KVAR的高壓無功補償裝置進行補償）（見表1）

線路等值阻抗：Z=15+J6.8

線路電壓：11KV

補償裝置安裝前的電網功率損耗：

線損降低值：

131.517-93.263=38.254KW

一年節省損失電量：

38.254KW×8640=330514.56kwh

一年節省損失電費：

0.7×3305

14.56=23.14萬元

因這種補償方式具有投資小、回收快、補償效率較高、便于管理和維護等優點，適合于功率因數較低且負荷較重的長距離配電線路，但是因負荷經常波動，而該補償方式又是長期固定補償，適應能力較差，主要是補償了無功基荷，在線路重載情況下，補償度一般是不能達到0.95。

（二）在單臺電動機安裝并聯電容器。

隨著工農業，水利和城建事業的發展，大型高壓異步電動機的應用越來越廣泛，它們的功率因數一般在0.8到0.85之間，有的甚至在0.7左右，使輸配電系統送電能力下降，線路損耗增大，浪費電能.通過高壓電機無功補償裝置與高壓異步電機并聯連接，向高壓電動機提供勵磁所用的無功電流，以改善功率因數，減輕配電變壓器的負荷，降低線路和變壓器的損耗，提高配電設備的效能，補償后平均功率因數達0.95以上，有明顯的節能、改善電機起動I、運行性能的功效。例如：本地某選礦廠，裝有6KV、630KW、8極異步電動機4臺，每臺裝設400KVAR的就地補償電容器裝置，裝設后功率因數由0.8上升到0.946，電流值由48A下降為40.7A，每小時可節電58.8KW.H，每年節電5.08×105KW.H，節約電費約14萬元。缺點是低壓無功補償通常按配電變壓器低壓側最大無功功率需求來確定安裝容量，而各配電變壓器低壓負荷波動的不同時性造成大量電容器在較輕載時閑置，設備利用率不高。

三、對配電網進行無功補償遇到的問題

無功功率倒送是電力系統所不允許的現象，因為它會增加線路和變壓器的損耗，加重線路的負擔。補償往往只選擇一相做采樣及無功功率分析。于是在三相負荷不平衡的時候，就有可能造成無功功率倒送。至于采用固定電容器補償方式的用戶，則可能在負荷低谷時造成無功功率倒送。

四、結束語

綜上所述，10kV配網的無功補償提高了電網及負載的功率因數及負載的功率因數，降低設備所需容量，減少不必要的損耗，穩定電網電壓，提高電網質量。10

kV配網的無功補償工作應更多地考慮系統的特點，不應因電壓等級低、補償容量小而忽視補償設備對系統側的影響（包括網損）。如果需降損的線路能基于一個完善的補償方案進行改造，則電力系統的收益將比分散的純用戶行為的補償方式要大得多。

參考文獻：

[1]陳小貴.電力用戶無功補償原理及效益分析[J].廣西電業，2012，12：94～97.