电网无功补偿规划问题

曹红光李建合

曹红光李建合

国网山东郓城县供电公司山东郓城274700

摘要：根据电网的特点，为达到降损节能、提高电网电压质量的目的，对电网必须进行合理的无功补偿规划。本文首先说明了电网无功补偿规划的意义，然后分析了无功补偿的原理，最后详细阐述了电网无功补偿的规划要点。

关键词：电网；无功补偿；规划；设备；分散补偿

一、电网无功补偿规划的意义

在电力系统中先天性地存在着大量的无功负荷，这些无功负荷来自电力线路、电力变压器以及用户的用电设备。系统运行中大量的无功功率，将降低系统的功率因数，增大线路电压损失和电能损失，严重地影响着电力企业的经济效益。解决这些问题的一个有效方法就是进行无功补偿。同时，在现代电力企业中，功率因数是考核配电网运行的重要指标，为达到考核指标，必须结合本地区的具体情况，进行无功补偿的规划，其规划的目的是：

1、保证规划地区的无功平衡，维持电力系统的无功稳定；

2、提高地区电网电压的质量，使地区电网无功、电压优化运行；

3、提高功率因数，改善地区电网的电能质量和提高电力企业的经济效益；

4、合理地确定无功补偿方式、无功补偿容量、无功补偿的安装地点，使补偿效果最佳；

5、防止过补偿引起发电机自励磁。

二、无功补偿原理

电网中的变压器和电动机是根据电磁感应原理工作的。磁场所具有的磁场能量是由电源供给的。电动机和变压器在能量转换过程中建立交变磁场，在一周内吸收的功率和释放的功率相等，这种功率称为感性无功功率。接在交流电网中的

电容器，在一周内上半周的充电功率与下半周的放电功率相等，这种冲放电功率叫容性无功功率。

将电容器和电感并联接在同一电路中，电感吸收能量时，正好电容器在释放能量。能量就在它们之间交换，即感性负荷（电动机、变压器等）所吸收的无功功率，可由电容器输出的无功功率中得到补偿。

设电感性负荷需要从电源吸取的无功功率为Q，装设无功补偿装置后，补偿无功功率为QcQC。，使电源输送的无功功率减少为Q=Q－Qc，功率因数由cosφ提高到cosφ'，视在功率S减少到S'如图1所示。

图1无功功率补偿作用和原理示意图

功率的减小可相应减小供电线路的截面和变压器的容量，降低供用电设备的投资。并联电容器的无功补偿作用和原理，可以用图2加以说明。

图2并联电容器补偿电流向量图

图中的用电负荷总电流I可以分解为有功电流分量IP和无功电流分量IQ（电感性的）。当并联电容器投入运行时，流入电容器的容性电流IC与IQ方向相反，故可抵消一部分IQ，使电感性电流分量IQ降低为PQ=PQ－PC，总电流由I低为PQ功率因数由cosφ提高到cosφ'。若补偿的电容电流IC等于负荷电流的感性无功分量IQ，则cosφ=1.0。这时，负荷所需的无功功率全部由补偿电容供给，电网只需供有功功率。

三、电网无功补偿规划

（一）无功补偿设备的规划

在配电网中无功补偿设备通常有下列几种：

1、同步发电机。同步发电机是电力系统中惟一的有功电源，同时也是无功的基本源。

2、同步电动机。同步电动机功率因数可以超前运行，在工、农业的生产中，凡是不要求调速的生产机械，诸如鼓风机、水泵等，在经济条件合适的情况下，应该尽量选用同步电动机带动。

3、异步电动机同步化。异步电动机同步化是指线绕式异步电动机，在启动至额定转速后，将转子用直流励磁，使其作为同步电动机使用。在这种运行方式下，异步电动机如同电容器一样，从电网吸收容性无功功率。

4、电力电容器。在配电网中电力电容器是应用最为广泛的无功补偿设备，其原因是电力电容器是静止的无功补偿设备，因此其安装、运行、维护都比上述设备简单。

5、晶闸管动态补偿器。晶闸管动态补偿器是近年来才发展起来的无功补偿装置，它以晶闸管为主要工作部件，由于其具有开关速度快、连续调节无功功率等优点，在配电网中，尤其是在低压配电网中应用比较广泛。

（二）无功补偿的合理配置

1、总体平衡与局部平衡相结合，以局部为主

首先要满足整个地区电网的无功电力平衡，其次要满足变电所、10kV配电线路的无功电力平衡。如果无功电源的布局，补偿容量和补偿位置选择不合理，局部地区的无功电力不能就地平衡，就会造成不同分区之间无功电力的长途输送和交换，使电网的功率损耗和电能损耗增加。因此，在规划过程中，要在总平衡的基础上，研究各个局部的补偿方案，求得最优化的组合，才能达到最佳的补偿效果。

2、电力部门补偿与用户补偿相结合

在配电网络中，用户消耗的无功功率约占50%～60%，其余的无功功率消耗在配电网中，因此，为了减少无功功率在网络中的输送，要尽可能地实现就地补偿，就地平衡，所以必须由电力部门和用户共同进行补偿。

3、分散补偿与集中补偿相结合，以分散为主

集中补偿，是在变电所集中装设较大容量的补偿电容器。分散补偿，指在配电网络中分散的负荷区，如配电线路、配电变压器和用户的用电设备等进行的无功补偿。集中补偿，主要是补偿主变压器本身的无功损耗，以及减少变电所以上输电线路的无功电力，从而降低供电网络的无功损耗，但不能降低配电网络的无功损耗，因为用户需要的无功通过变电所以下的配电线路向负荷端输送，所以为了有效地降低线损，必须做到无功功率在哪里发生，就应在哪里补偿，所以，中、低压配电网应以分散补偿为主。

4、降损与调压相结合，以降损为主

利用并联电容器进行无功补偿，其主要目的是为了达到无功电力就地平衡，减小网络中的无功损耗，以降低线损，与此同时，也可以利用电容器的分组投切，对电压进行适当的调整，这是补偿的辅助目的，在一般情况下，以降损为主，调压为辅。

（三）无功补偿的方式规划

1、变电站高压补偿

变电站补偿是将电容器组连接在变电站的二次母线上，电容器组的安装容量大都在10000kvar以下，布置方式可专设电容器室或室外布置。变电站补偿对农网的降损作用很小，但在下级补偿不够完善的情况下，它是保证总受电端功率因数达到考核标准的不可缺少的一种补偿方式。高压补偿是无功平衡的一个重要组成部分，很多企业，尤其是大中型企业存在很多高压负载，比如高压电动机、变压器、电炉等。高压补偿的特点是电压高、补偿容量大，是低压的几到几十倍之多。据实际的现场调查，发现大部分高压补偿装置已经越来越不适应当今的用电生产要求了，由于分组数少，而且大多为手动方式，因人为因素多，而导致投切效果较差。

2、线路分布补偿

线路分布补偿属于高压补偿的一种，在配电线路上安装并联电容器，实现无功就地补偿，具有投资省、见效快、降损显著的优点，而且安装简单，维护工作量小，事故率低，特别适用于线路较长、负荷供电点多的配电线路上。因此，配电线路上装设并联电容器补偿在世界发达国家中得到广泛的应用。

3、变压器低压母线补偿

变压器低压母线补偿，也称为低压跟踪补偿，是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置，将低压电容器组补偿在大用户0.4kV母线上的补偿方式，多数属于动态补偿。这种补偿方式只能补偿线路无功负荷的基荷部分，如果补偿容量过大，在负荷低谷时无功将倒送i增加网损和使电压升高，影响电容器和其他设

备正常运行。因此，低压母线补偿不能代替下级补偿，在下级补偿完善的情况下，可取消线路补偿。

（四）补偿容量的配置

补偿容量的配置有以下几种：

1、变电所集中装设的补偿容量可以按照主变容量的20%～40%来选择；

2、配电线路上的分散补偿容量通常可以按照“三分之二”法则来选择。即在均匀分布负荷的配电线路上，安装电容器的最佳容量是该线路平均负荷的2/3；安装最佳地点是自送电端起的线路长度的2/3处。这一结论是在理想情况下推演出来的，因此在应用时，应根据具体情况具体分析，不能一概而论；

3、电动机就地补偿以不超过电动机空载时的无功消耗为原则，配变低压侧进行电容器补偿。

结语

综上，加强电网无功补偿的规划，合理配置无功补偿装置，对于保证电能质量，降低电网损耗，具有重要的作用和意义。

参考文献：

[1]刘翀，富钢.无功补偿及其意义[J].制造业自动化.2008（03）

[2]郭改珍.浅析电网系统无功补偿[J].山西科技.2008（02）