無功電源在農網改造升級工程中的應用探討

王富勇，黃 朵

（福建電力職業技術學院，福建 泉州 362000）

2018年4月29日，國網公司正式實施新一輪農網改造升級工程。無論是小城鎮（中心村）電網改造升級，還是村村通動力電工程，以及提高東中部地區農村電網發展水平、推進西部及貧困地區農網供電服務均等化等，其目的都是為了提高供電質量，使電力公司供電能力和服務水平再上新臺階，更好地服務農村經濟社會發展，實現至2020年有穩定可靠的供電服務全覆蓋，農網供電可靠率達99.88%、綜合電壓合格率達98.45%。

而在農網改造升級工程中，結合用戶用電實際情況，選擇布置合理的無功電源以平衡無功，不僅可以大大降低供電網絡電能損耗，提高供電質量，還可以減少用戶用電成本和增強企業用電能效。

1 新一輪農網改造升級工程中無功電源的合理使用

1.1 優化新一輪農網改造升級工程無功電源投入

1.1.1 選擇適當的無功電源補償無功以穩定電壓

電壓作為電能質量指標之一，其穩定性與無功的平衡密切相關。無功平衡不僅反映了電網不同特性負載（感性、容性）設備的電能消耗，也反映了系統結構和運行調節有待改進的方向，并有助于構建和諧的供用電生態環境。因此，采用一定的無功電源進行合理的無功補償對電網無功平衡、改善電壓質量尤為重要。

在新農網改造升級工程中，應選擇一定的無功電源，優先無功功率就地平衡，降低損耗，穩定電能質量。因為就地平衡補償相對于集中、固定補償方式］具有線損率低（可減少20%）、改善用電設備啟動運行條件好、線路供電能力強等優點。

1.1.2 農網改造升級工程要結合用戶用電特征配置無功電源

（1）對居民生活集中臺區，宜采用在配電變旁安裝電容器集中補償，但對負載率高、長線路可在中間架設電容器分散補償。

（2）對工農業生產集中臺區，憑據其申報容量及其用電性質加強功率因數考核，尤其對單臺5kW及以上設備要求采用分散、就地補償方式。為防止大功率設備（10kW以上）啟動電流對線路、設備及電容器補償裝置產生的負荷沖擊和電壓波動，建議采用降壓啟動裝置。

（3）農網改造時加強對公用變配備電容器柜的同步設置與功率因數考核，提高無功補償設備的利用率，也為從管理上強化無功平衡和電壓穩定。

1.1.3 農網應根據“分級補償、就地平衡”的原則，優先考慮隨機就地補償

在低壓動力用電設備附近直接安裝補償用電力電容器，電容器與電動機供電回路并聯，如圖1所示，通過電壓傳感器控制而就地進行對電容器的自動投切，就地供給電機所需無功，使電能交換距離達到最短有效值。因在線路相同條件下，線路損耗與電流平方成正比，所以可最大限度地降低線路電流。

圖1 電容器與電動機直接并聯

1.1.4 無功電源中電容器的選擇與使用

“井井通電”“村村通動力電”的同時，采用電力電容器隨機就地補償，不僅節能效果最好，用電無功失衡問題也得到有效解決，尤其在農村抽水用電高峰等感性負荷較重時節，合理、準確地投入電力電容器補償，無功平衡效果更為明顯，并可直接提高末端電壓。

（1）并聯電容器容量以配電變容量為原則。在0.4kV低壓配電臺區廣泛采用并聯電容器，其容量配置原則：一般按照配電變容量的20%～40%左右進行，通常200kVA及以下的配電變按15%配置實用效果明顯，例如容量為100kVA的配電變，若按15%比例配置電容器的容量為15kvar。

（2）并聯電容器容量優先采用自動投切補償。按照配電變的負荷情況，區分直接與自動補償形式來增加或減少電容器容量，防止過補償與欠補償的發生。實踐表明，自動投切方式不僅及時快速，而且可達到最佳的功率因數提高效果。

（3）優化補償電容器組的組數和投切時間。補償電容器組數，應以正常投運時，電容器的利用率高、補償效果好為前提，做到既安全又經濟。一般，自動投切延時以每組電容器30s左右運行時間為參考、功率因數設置在0.85～0.95之間。

1.2 重視農網改造升級“兩通”工程中三相負荷平衡

（1）為促進農村創新創業、持續推進“雙創”全面發展，新一輪農網改造升級工程中，“兩通”工程已在農網全面展開。“兩通”即“井井通電”“村村通動力電”。考慮到“井井勞力化”和“村村單相電”模式遍布于農村，“村村通動力電”后出現的首要問題就是三相不平衡，由此會造成無功失衡、低電壓和農網損耗增加。

（2）“村村通動力電”可大力推進農村電商、家庭生產貿易等三相用電設備的使用，但較多三相用電設備的投入，再加上農網中存在有大量的感性負荷，如電動機、電冰箱、空調等，這些感性負荷會消耗大量的無功功率，引起線路電壓損失增大和嚴重的無功失衡現象，特別是電弧爐、電焊機、車床等沖擊性無功負荷，還會產生電壓劇烈波動，無功失衡和波動低電壓時有發生。

（3）農網改造升級過程中，應充分加強三相負荷平衡分析。改造升級時要充分考慮臺區用戶分布、季節性用電、峰谷用電等特征，通過電網監控系統和排查三相不平衡臺區線路，并對用戶負荷種類、大小進行分析，加強臺區三相電流測量及負荷調整，投入無功電源，強化無功補償，確保臺區用戶電壓合格水平和電能質量穩定。

三相平衡實例分析如下：

假設三相供電線路負荷不平衡分配：A相：P+jQ；B相：0.6P+j0.6QC相：1.4P+j1.4Q

電網電壓降落△U和有功損耗△P的計算式分別如下：

則由式（1）（2）可計算得 A、B、C 三相電壓降落和有功損耗分別為：

即A、B、C三相電壓降落比和功率損耗比分別為1∶0.6∶1.4和1∶0.36∶1.96，可見重載線路C相電壓降落大、功率損耗大，輕載線路B相電壓降落小、功率損耗小。由此可見，三相不平衡將造成線路電能質量嚴重下降，直接影響運行安全。

2 改造升級工程中無功電源使用應注重信息化和新型智能化

2.1 強化無功電源與電能信息采集系統的融合

農網改造升級時，應強化用電信息采集系統的覆蓋，合理布置投入無功電源，充分利用采集系統在線監測功能，進行無功、電壓監測分析，并對臺區用戶隸屬關系核查，分析線損異常和竊電發生臺區。

農網改造升級后，應開展臺區無功平衡分析和線損日采集工作，提高臺區日線損合格率；成立供電所采集運維組，通過采集系統統計每周臺區無功補償率和日線損合格率等完成情況，及時對已全覆蓋、全采集但營銷系統與采集系統表計數不一致臺區進行整治。

農網改造升級后，充分利用采集平臺，對采集成功率較高但無功失衡嚴重、日線損高損或波動的臺區，通過采集平臺日電量明細，電能量進行分析、對電量異常用戶，作為現場普查依據。對負損臺區核查是否終端表故障、接線錯誤或接觸不良等。

2.2 強化新型智能無功電源的使用

新型數字低壓無功補償裝置在不新增配電變壓器、不改造低壓線路的情況下，可有效的解決農村配變臺區低壓線路中末端無功失衡問題。在農網改造升級工程中可將低電壓無功補償裝置直接串聯在高峰時期電壓最低的位置，有效解決無功失衡問題，并通過高頻斬波的原理對農網無功進行實時反饋和信息優化。

2.3 強化無功電源布置與新能源工程的對接

農網改造升級過程中，應同步加強對新能源工程的投入與接網管理。如工廠企業及家庭光伏并網問題，盡可能優化新能源發電點的分布，減少因容量小、分布廣、可調節性差等造成的對農網改造及未來調控的影響。關注光伏接網用戶并網點周圍電壓水平的管理，布置電壓監測點，根據需要配置一定的無功電源，以平衡補償無功，改善電壓質量。

3 結語

至2020年，國網公司將全面建成“一強三優”現代公司，建成具有卓越競爭力的世界一流能源互聯網取得重大進展。因此，在農網中分析無功失衡問題，采用無功電源進行合理的無功補償，將有利于生態型節能型農網建設，構建良好的供電用電和諧關系，并大幅提高電能在農村家庭能源消費中的比重。