論供電企業(yè)配電網(wǎng)無功補(bǔ)償技術(shù)分析

摘要：配電網(wǎng)是電力網(wǎng)的重要組成部分，它所占電能損耗的比例很大，所以為了作好降損節(jié)能、改善電能的質(zhì)量，提高電氣設(shè)備的有功出力，使電氣設(shè)備在最佳經(jīng)濟(jì)狀態(tài)下使用運(yùn)行，把有限的電力更好的為社會(huì)服務(wù)，做好配網(wǎng)無功補(bǔ)償工作勢(shì)在必行。因此，本文作者結(jié)合工作實(shí)踐對(duì)供電企業(yè)配電網(wǎng)無功補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行分析和闡述，可供同行技術(shù)人員借鑒參考。

關(guān)鍵詞：供電企業(yè);配電網(wǎng);無功補(bǔ)償;技術(shù)分析

1.供電企業(yè)面臨配電網(wǎng)的現(xiàn)狀

目前，在我國(guó)絕大多數(shù)地區(qū)配電網(wǎng)還存在著供電設(shè)施陳舊老化，供電線路半徑過長(zhǎng)，高耗的配電變壓器極多，導(dǎo)線過細(xì)，電壓嚴(yán)重不足，電能質(zhì)量十分差，造成電能損耗極高;嚴(yán)重阻礙了我國(guó)欠發(fā)達(dá)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

2.供電企業(yè)配電網(wǎng)無功補(bǔ)償作用

人們對(duì)有功功率的理解非常容易，而認(rèn)識(shí)無功功率卻不是輕而易舉。無功功率對(duì)供電系統(tǒng)和負(fù)荷的運(yùn)行是十分重要的，因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)網(wǎng)絡(luò)元件的阻抗主要是電感性的，大多數(shù)的網(wǎng)絡(luò)元件消耗無功功率，大多數(shù)的負(fù)載也消耗無功功率。如果這些無功功率都要由發(fā)電機(jī)組并經(jīng)過長(zhǎng)距離的傳送顯然是不合理也不經(jīng)濟(jì)的;合理的方法應(yīng)該是在需要消耗無功功率的地方產(chǎn)生。

無功功率既影響了配電系統(tǒng)的電壓質(zhì)量，也限制了線路、配變的供電容量，更是增加了配電系統(tǒng)的供電線損。無功功率增大，即功率因數(shù)降低，其影響更大。無功補(bǔ)償，是改善電壓質(zhì)量，提高供電能力，尤其是節(jié)能降損的技術(shù)手段和措施。為此，必須要在配電系統(tǒng)中安裝補(bǔ)償裝置，通過補(bǔ)償裝置與系統(tǒng)中線路、配電變壓器、用電設(shè)備等互相抵消無功功率，達(dá)到從整體上平衡或減少無功功率，使功率因數(shù)提高。因此，無功補(bǔ)償對(duì)于降低供電線損具有非常重要的作用。

3.無功補(bǔ)償?shù)姆桨讣霸瓌t

目前，農(nóng)業(yè)及工業(yè)用電大部分地區(qū)還采用10kV供電，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展以及工農(nóng)業(yè)的興起，大多數(shù)地區(qū)用電量日益增加，線損加大，同時(shí)供電質(zhì)量，達(dá)不到國(guó)家規(guī)定的用電標(biāo)準(zhǔn)。因此，10kV供電線路的無功補(bǔ)償已變得刻不容緩。

為了最大限度發(fā)揮無功補(bǔ)償裝置的經(jīng)濟(jì)效益，必須按照“全面規(guī)劃、合理布局、分級(jí)補(bǔ)償、就地平衡”的原則。在配電網(wǎng)中，線路或變壓器的功率損耗△P為△P=RSS2/U2= RSP2/（Ucosφ）2假如將功率因數(shù)由COSφ1提高到COSφ2，則線路或變壓器的功率損耗可降低，降損幅度δp為δp=1-（cosφ1/cosφ2）2。如果功率因 在原來的0.7提高到0.9，則損耗就全減少22%。由此可見，進(jìn)行無功補(bǔ)償能收到非常有效的降低供電線損的效果，從而也可提高供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

配電網(wǎng)的無功補(bǔ)償：（1）在線路上取一點(diǎn)的補(bǔ)償情況，只要補(bǔ)償點(diǎn)不在線路的首端，補(bǔ)償點(diǎn)之前各段無功電流就會(huì)發(fā)生變化，從面電能耗損也會(huì)發(fā)生變化，變化的大小和范圍與補(bǔ)償量有關(guān)。最佳補(bǔ)償點(diǎn)從首端起線路總長(zhǎng)的2/3處，補(bǔ)償容量取全補(bǔ)償?shù)?/3，就時(shí)節(jié)電效率最高達(dá)88%。在一般情況下，取補(bǔ)償點(diǎn)在線路的1/2—4/5處，補(bǔ)償容量為全補(bǔ)償?shù)?/2—4/5，這時(shí)的節(jié)電率可達(dá)80%。（2）在線路 上取多點(diǎn)補(bǔ)償?shù)那闆r。如果線路分支較多或線路較長(zhǎng)，負(fù)載自然功率因數(shù)就低，可采用分支線分段補(bǔ)償方式可取得較高的節(jié)電效率。

配電變壓器的無功補(bǔ)償：變壓器是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要供電設(shè)備。變壓器的激磁功率是與負(fù)荷無關(guān)的無功功率。以10KVS8型容量為30KVA變壓器為例，空載電流約占變壓器額定電流的2.1%，而空載無功功率的消耗

（△Q0=I0%·SN/100）

式中：Q0------變壓器空載勵(lì)磁無功功率，kvar

I0%-----空載電流百分?jǐn)?shù)

SN-------變壓器額定容量，KVA

與變壓器空載電流的大小成正比關(guān)系;而額定負(fù)荷下的無功功率消耗

（△QT=3I2·XT·10-3）

式中：I-----負(fù)荷電流

XT------變壓器電抗

又與變壓器的阻抗電壓百分?jǐn)?shù)或負(fù)荷電流的平方、變壓器的電抗成正比;當(dāng)負(fù)荷一定時(shí)的無功功率消耗又與變壓器的負(fù)荷系數(shù)有關(guān)。由于欠發(fā)達(dá)地區(qū)變壓器的量多、面廣，因此變壓器的無功功率消耗約占電力系統(tǒng)全部無功功率的10%左右。而欠發(fā)達(dá)地區(qū)排灌用的配電變壓器容量，約占電網(wǎng)配電變壓器容量的30%左右，其運(yùn)行的特點(diǎn)是：季節(jié)性強(qiáng)，設(shè)備利用率低，晝夜用電不平衡，功率因數(shù)一般在0.6～0.7左右。所以隨器補(bǔ)償是配電變壓器空載無功的有效補(bǔ)償方式。能有效地補(bǔ)償配電變壓器的空載無功，使該部分無功就地平衡，從而提高配電變壓器的利用率降低無功網(wǎng)損。

三相異步電動(dòng)機(jī)的無功補(bǔ)償：電動(dòng)機(jī)的無功補(bǔ)償又叫隨機(jī)補(bǔ)償，就是把低壓電容器組與電動(dòng)機(jī)并接，通過控制、保護(hù)裝置與電動(dòng)機(jī)同時(shí)投切。異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)和效率在70%以上負(fù)荷率時(shí)最高，在額定功率時(shí)COS約為0.85～0.89。而在空載或輕載運(yùn)行時(shí)功率因數(shù)和效率都很低，COS約為0.2～0.3。

4.進(jìn)行無功補(bǔ)償時(shí)應(yīng)注意的問題

（1）在確定補(bǔ)償容量時(shí)，不宜一味強(qiáng)求高功率因數(shù)。實(shí)踐證明，把功率因數(shù)從0.9提高到1.0所需的補(bǔ)償容量與從0.8提高到0.9的補(bǔ)償容量差不多，但前者的降損幅度卻差不多是后者降損幅度的一半。所以，不能強(qiáng)求高補(bǔ)償度，應(yīng)與投資效益綜合考慮。一般情況下，可確定補(bǔ)償后的功率因數(shù)在0.9～0.95之間

（2）要嚴(yán)防過補(bǔ)償，向系統(tǒng)倒送無功。因?yàn)槎嘤嗟臒o功功率會(huì)抬高運(yùn)行電壓，威脅到設(shè)備的安全運(yùn)行，同時(shí)，會(huì)加大網(wǎng)絡(luò)損耗，降低節(jié)能效果，所以必須采取措施防止向系統(tǒng)倒送無功功率。

5.保護(hù)功能

并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置的故障、電容器本身的制造質(zhì)量及其控制與保護(hù)裝置的配置，電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)等直接關(guān)系到設(shè)備的可靠性和使用壽命，影響到電力企業(yè)及社會(huì)的經(jīng)濟(jì)效益。為此，無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置中設(shè)置了完善的保護(hù)功能，以控制各種故障的發(fā)展，更好地提高功率、降低電能損失、減少設(shè)備損壞，提高電網(wǎng)的可靠性。

5.1自恢復(fù)功能

控制器出現(xiàn)控制程序混亂時(shí)1s內(nèi)程序自動(dòng)恢復(fù)正常。在此期間不會(huì)有誤輸出。

5.2動(dòng)態(tài)自檢功能

控制器內(nèi)部控制參數(shù)出錯(cuò)以及非嚴(yán)重性故障均可閉鎖。

5.3欠壓保護(hù)

如果電壓為零或出現(xiàn)不正常的低值（如0.8倍電容器額定電壓）低于欠壓設(shè)定值并達(dá)到欠壓保護(hù)設(shè)定時(shí)間，切除電容器并閉鎖，當(dāng)電壓恢復(fù)正常水平后，自動(dòng)進(jìn)入正?？刂?。這是因?yàn)橹匦沦x能時(shí)，電力變電器的勵(lì)磁涌流中包含大量的諧波，而電容器可能在其中的某次諧波下與網(wǎng)絡(luò)諧振。

5.4過壓保護(hù)

對(duì)于現(xiàn)代電力電容器，決定性的因素往往上耐受電壓，而不是熱的極限，電容器使用年限與電壓的7—8次方成反比。如電壓提高15%。則使用年限就要降低2/3，這樣電容器就要損壞。故國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）規(guī)定：電壓升高1.10倍，允許長(zhǎng)期運(yùn)行，電壓升高1.15倍，允許運(yùn)行30min，J電壓升高1.20倍，允許運(yùn)行5min，電壓升高130倍，允許運(yùn)行1min。當(dāng)電壓高于過壓設(shè)定值并達(dá)到設(shè)定時(shí)間，必須切除電容器，并閉鎖電容器控制，電壓恢復(fù)正常時(shí)裝置恢復(fù)正常控制，過壓設(shè)定值一般為1.15—1.3倍電容器額定電壓。過壓保護(hù)設(shè)定時(shí)間要遠(yuǎn)小于電容器投切延時(shí)時(shí)間。

5.5過電流保護(hù)

由于系統(tǒng)電壓波動(dòng)、諧波和短路故障可能會(huì)引起過大的電容器電流。為保護(hù)電容器，當(dāng)電容器電流高于過電流設(shè)定值并達(dá)到設(shè)定時(shí)間后，切除電容器。當(dāng)電容器電流高于速斷電流設(shè)定值并過到速斷保護(hù)設(shè)定時(shí)間后，即切除電容器。

6.結(jié)束語

本文根據(jù)上述情況可知：無功補(bǔ)償是日常運(yùn)行電網(wǎng)最常用、最有效的節(jié)能降損技術(shù)措施 無功分散補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)無功就地平衡，對(duì)于降低供電線損、提高配網(wǎng)的供電能力、改善電壓質(zhì)量更具重要意義。所以，在農(nóng)網(wǎng)建設(shè)與改造中，應(yīng)大力推動(dòng)應(yīng)用無功補(bǔ)償技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

【1】陳坤永.試論"10KV 配電網(wǎng)的無功補(bǔ)償方法J.中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2012.