配電網無功補償方案與探究

馮雋，馮靜，屈炫

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配電網無功補償方案與探究

馮雋1，馮靜2，屈炫1

（1.陜西省地方電力（集團）有限公司延安供電分公司，陜西 延安 716000； 2.陜西省地方電力（集團）有限公司寶雞供電分公司，陜西 寶雞 721000）

可靠的供電質量已成為社會經濟發展的重要條件，當前解決配電網損耗和線路電壓降問題最有效的方法是進行無功補償，結合本地區配電網無功補償方案對這方面的內容進行了探討。

配電網；無功補償；功率因數；補償方案

配電網是連接電力用戶的關鍵環節，主要任務是為用戶提供安全、可靠、穩定的電力資源[1]。但無功功率在配電網內流動，不僅會引起功率損失，還會帶來電壓損耗，進而影響供電質量和電網運行安全，所以需要對配電網進行無功補償，以達到穩定電壓、降低網損的目的[2-3]。對此，筆者結合本地區電網無功補償配置及其應用對配電網無功補償方案進行了研究。

1 配電網無功補償的原理及方式

1.1 無功補償原理

在配電網中，電流在感性元件與容性元件中做功，兩者電流方向互差180°——在感性元件中滯后90°，而在容性元件中超前90°，所以在電網中按比例配置容性元件與感性元件，使感性電流與容性電流相互抵消，能量在容性負載與感性負載之間相互交換，以此達到無功功率補償的目的[4]。容性負荷裝置與感性負荷裝置是通過串聯或并聯的方式連接到系統中的，容性負載產生的無功由感性補償裝置提供，而感性負載產生的無功由容性補償裝置提供。由于配電網中大部分負載是感性元件，無功補償一般以容性元件為主。雖然電力系統中的同步發電機可輸出無功功率，但同步發電機的無功輸出能力畢竟有限，況且需長距離傳輸，極不經濟，因而配電網中的無功缺額應在配電網內補償[5]。

1.2 無功補償方式

配電網無功補償主要采用變電站集中補償、低壓集中補償、桿上線路補償和用戶終端分散補償等方式[6]。變電站集中補償是在變電站10 kV母線上配置無功補償裝置，這些裝置包括并聯電容器、同步調相機、靜止補償器等，優點是集中補償、維護管理方便，但主要補償主變及上級輸配線路的無功損耗，不能彌補下級配電網的缺損。低壓集中補償是在配變低壓側進行集中補償，這種裝置能根據用戶負荷的波動進行跟蹤補償，優點是可以減小配變與配電網損耗，保證供電質量，但補償量往往不夠準確，存在過補或欠補問題。桿上線路補償是在架空線路桿塔上配置無功補償裝置，優點是易于維護，補償效果明顯，但受安裝環境限制，補償裝置較為簡單，一般不設分組投切裝置，可能出現輕載過補償現象。用戶終端分散補償是在負荷設備就近配置補償裝置，一般在電動機旁設置電容器或電容器組，這種方式的優點是適合中小型設備，但補償點分散，維護管理不方便，且受到負荷波動影響，補償裝置利用率較低。

2 配電網無功補償配置方案

2.1 無功補償配置原則

為了避免無功功率遠距離傳輸，減少電能損耗和改善供電質量，一般應遵循“分級分區補償，就地平衡”的總原則，并按照全網無功平衡與分區無功平衡相結合、電力部門補償與用戶補償相結合、集中補償與分散補償相結合、降損與調壓相結合的原則選擇補償方式、配置補償點與確定補償容量。 補償方式的選擇以最大限度地降低配電網無功功率流動范圍為原則，在采用多種方式結合的基礎上，應以分散補償為主，最好就地補償，但也應考慮到無功功率分布的廣泛性和補償裝置的差異性而采取集中補償方式。

對于負荷分布均勻的線路來說，最佳補償點是在從送電端起配電線路長度的2/3處，然后根據配電網拓撲結構特點選出中樞點，以中樞點為基準控制其余點的電壓。再根據無功就地平衡原則將無功負荷最大的節點作為無功補償節點。同時考慮到系統運行的經濟性，對無功進行分級補償，避免不同電壓等級的無功相互流動。

2.2 本地區無功補償方案

本地區電網節點數量較多，現以部分110 kV變電站無功補償方案為例介紹其配置方法，具體如表1所示。由表1可見，本地區電網采用變電站集中補償方式，配置了并聯電容器，每個變電站都采用兩個廠家的設備，這樣可以避免同一廠家設備因存在同類缺陷而發生問題，提高無功補償設備運行的可靠性。

2.3 無功補償設備運行情況

表2為部分110 kV變電站節點無功補償前后參數的變化情況，圖1、圖2、圖3分別為無功補償前后電壓、無功功率、功率因數3個參數的變化結果。

由圖1可見，無功補償后的電壓均高于補償前的電壓，表明本地區電網采用的無功補償方式可以改善電壓質量，抵消過多的感性電流。

表1 部分變電站無功補償設備配置

變電站電容器型號容量/kvar數量/組生產廠家 110 kV油*變BAMH1 11/√3-4800-3W4 8001錦州電力電容器有限責任公司 BAMH11/3-24001 2002西安西電電力電容器有限責任公司 110 kV薛*變BAMH11/3-4200-3WT24 2001河南省中原電力電容器有限公司 BAMH11-4200-3WT24 2001錦州電力電容器有限責任公司 110 kV新*變BAMH-42004 8001西安西電電力電容器有限責任公司 BAMH-48004 8001上海永銘電子有限公司

表2 部分節點無功補償前后參數變化

節點有功功率/kW補償容量/kvar補償前補償后 電壓/kV無功/kvar功率因數電壓/kV無功/kvar功率因數 118 6394 20010.234 5280.9610.616800.99 219 3394 80010.149 5520.8910.455 7610.96 319 4684 2009.994 3500.9910.401 0451.00 415 4374 2009.873 7380.9910.161 9291.00 527 0564 80010.2711 7350.9310.597 3060.98 615 8464 20010.601 9000.9510.74﹣2 2580.98 730 7064 20010.365 8090.9410.662 5860.99 824 6454 20036.296 2800.9536.583 0910.98 925 0994 20036.108 1230.9537.013 2920.99

圖1 無功補償前后電壓變化

圖2 無功補償前后無功功率變化

由圖2可見，補償后無功功率減小了，由于電網中無功功率的流動減小了，相應地損耗也降低了。由圖3可見，補償后功率因數明顯提高了，說明供電質量得到改善，網損也會降低，企業效益將得到提高。圖4為不同時段無功補償裝置啟動頻次。由圖4可見，無功補償主要發生在07：00— 12：00，13：00—21：00，其他時間相對較少，甚至沒有發生，表明電網中無功功率增多的時間與人們用電時間相吻合。通過本地區無功補償方案實施效果可見，補償方案配置合理，應用效果突出，發揮出了降損節能、改善供電質量的作用。

圖4 不同時間段無功補償發生頻次

3 結語

無功補償是改善供電質量和降損節能的重要措施。本地區無功補償配置方案的實施表明，無功補償對于改善電壓質量和提高功率因數效果顯著，而網損率也從補償前的2.19%降至補償后1.80%，說明無功補償確實能產生顯著的經濟效益，因此，有條件的地區應做好無功補償方案的配置和優化。

［1］黃曉彤，陳文煒，林舜江，等.低壓配電網無功補償分散配置優化方法［J］.南方電網技術，2015，9（2）：44-49.

［2］彭思華，張勇軍，黃媚.配電網無功配置基態分析規劃法［J］.電網技術，2013，37（9）：2646-2652.

［3］游建章，盧慶平，高偉，等.基于10 kV線路補償的配網無功優化系統的研究與應用［J］.電氣技術，2015，16（7）：63-67.

［4］黨盼盼.主動中壓配電線路無功補償配置優化研究［D］.西安：西安石油大學，2016.

［5］崔艷.配電網無功補償技術的研究和應用［D］.北京：華北電力大學，2014.

［6］彭思華.廣東電網低壓無功配置研究［D］.廣州：華南理工大學，2013.

2095－6835（2018）23－0090－03

TM714.3

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.23.090

〔編輯：王霞〕