配网无功补偿及补偿效益分析

李康民

李康民

（郴州郴能电力有限公司）

1、无功补偿概述

电网中的电力负荷如电动机、变压器等，大部分属于感性负荷，在运行过程中需向这些设备提供相应的无功功率。在电网中安装并联电容器等无功补偿设备以后，可以提供感性电抗所消耗的无功功率，减少了电网电源向感性负荷提供、由线路输送的无功功率，由于减少了无功功率在电网中的流动，因此可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗，这就是无功补偿。无功补偿可以提高功率因数，是一项投资少，收效快的降损节能措施。

电网中常用的无功补偿方式包括：

①在变电所母线集中安装并联电容器组；

②在高低压配电线路中分散安装并联电容器组；

③在配电变压器低压侧和用户车间配电屏安装并联补偿电容器；

④在单台电动机处安装并联电容器等。

装无功补偿设备，不仅可使功率消耗减小，功率因数提高，还可以充分挖掘设备输送功率的潜力。

确定无功补偿容量时，应注意以下两点：①在轻负荷时要避免过补偿，倒送无功造成功率损耗增加，也是不经济的。②功率因数越高，每千乏补偿容量减少损耗的作用将变小，通常情况下，将功率因数提高到0.95就是合理补偿。

2、无功补偿改善电能质量

电网中无功补偿设备的合理配置，与电网的供电电压质量关系十分密切。合理安装补偿设备可以改善电压质量。

负荷(P+JQ)电压损失ΔU简化计算如下：

ΔU=(PR+QX)/U(1)

式中:U-线路额定电压，kV

P-输送的有功功率，kW

Q-输送的无功功率，kvar

R-线路电阻，Ω

X-线路电抗，Ω

安装补偿设备容量Qc后，线路电压降为ΔU1，计算如下：

ΔU1=[PR＋(Q－Qc)X]/U(2)

很明显，ΔU1＜ΔU，即安装补偿电容后电压损失减小了。由式(1)、(2)可得出接入无功补偿容量Qc后电压升高计算如下：

ΔU-ΔU1=QcX/U(3)

由于越靠近线路末端，线路的电抗X越大，因此从(3)式可以看出，越靠近线路末端装设无功补偿装置效果越好[1]。

3、无功补偿降低电能损耗

安装无功补偿主要是为了降损节能，如输送的有功P为定值，加装无功补偿设备后功率因数由cosφ提高到cosφ1，因为P＝UIcosφ，负荷电流I与cosφ成反比，又由于P＝I2R，线路的有功损失与电流I的平方成正比。当cosφ升高，负荷电流I降低，即电流I降低，线路有功损耗就成倍降低[2]。反之当负荷的功率因数从1降低到cosφ时，电网元件中功率损耗将增加的百分数为ΔPL%，计算如下：

ΔPL%＝(1/cos2φ-1)?100%(4)

功率因数降低与功率损耗增加的百分数之间的关系如表1。

表1：

4、无功补偿挖掘发供电设备潜力

(1)在设备容量不变的条件下，由于提高了功率因数可以少送无功功率，因此可以多送有功功率。可多送的有功功率ΔP计算如下：

ΔP=P1-P=S(cosφ1-cosφ)(5)

(2)如需要的有功不变，则由于需要的无功减少，因此所需要的配变容量也相应地减少ΔS计算如下：

ΔS＝S-S1＝P(1/cosφ-1/cosφ1)(6)

可以减少供电设备容量占原容量的百分比为ΔS/S计算如下：

ΔS/S=(cosφ1-cosφ)/cosφ1=(1-cosφ/cosφ1)(7)

(3)安装无功补偿设备，可使发电机多发有功功率。系统采取无功补偿后，使无功负荷降低，发电机就可少发无功，多发有功，充分达到铭牌出力[3]。

5、无功补偿减少用户电费支出

(1)可以避免因功率因数低于规定值而受罚。

(2)可以减少用户内部因传输和分配无功功率造成的有功功率损耗，因而相应可以减少电费的支出。

6无功补偿当中需要注意的问题

低压侧无功补偿技术随着无功补偿技术的不断发展开始迅速的应用在配电系统当中，在对其进行具体运用的时候必须要关注以下几方面的问题。

6.1补偿优化

现在很多部门还是将用户侧作为进行无功补偿的出发点，也就是只关注对用户功率因数的进行补偿，而并没有关注如何促进电网损耗的降低。比如要想促进某一负荷功率因数的有效提升，就必须要对1台补偿箱进行增设，这样虽然能够促进损耗的降低，然而效果并不是十分的明显，必须要对其中的无功潮流进行科学的计算，最终将各点的补偿方式以及最优的补偿量确定，这样才能够使有限的资金能够将最大化的效益发挥出来。

6.2谐波问题

通常电容器自身都具备抗谐波能力，然而电容器自身的寿命也会因为过大的抗谐波量而受到影响，在严重的情况下，还会过早的破坏电容器。除此之外，谐波还会在电容器的作用下被放大，因此会使系统产生更为严重的谐波干扰。与此同时，谐波很容易干扰到动态无功补偿的控制环节，最终导致出现控制失灵。所以在需要对补偿无功进行考虑以及谐波干扰较大的情况下，需要对滤波装置的添加进行充分的考虑。

6.3无功倒送的问题

在电力系统当中是不允许无功倒送的，这是因为无功倒送会促进线路以及变压器损耗的增加，最终导致线路负担变得越来越严重。三相同调是接触器控制的补偿柜补偿量的特点，三相的补偿量在晶闸管控制的补偿柜是可以分调的。在不对称的三相负荷的情况下，就会导致无功倒送现象的出现。如果早负荷低谷的情况下，用户采用固定电容补偿方式就会导致出现无功倒送的现象。

综上所述，采用无功补偿可以提高功率因数，是一项投资少，收效快的节能措施。并联补偿电容器原理简单、使用方便、运行经济、投资省、可以分组投切保证电压合格率和合理的功率因数。我国各地区配网和农网很多地方平均功率因数偏低，有降低线损的潜力。通过计算，采用补偿电容器进行合理的补偿一定能取得显著的经济效益。

参考文献

[1]陈浩.城市中低压配电网无功配置原则的研究[J].中国科技信息.2011(17)

[2]曾爱玉.分段补偿技术在低压配电线路上的应用与效果[J].机电工程技术.2012(04)

[3]许晓峰,曾林锁,刘莉,马仕海.油田配电网无功优化补偿的研究[J].沈阳工程学院学报(自然科学版).2012(01)