无功补偿的优化选择

摘要：近年来,随着电网的进一步完善，工农业生产用电规模不断扩大，用电量的日益增长和用电结构的变化，使得电力供需矛盾越来越突出。电力的供不应求迫使人们在降损节能上多做文章，因此，人们根据电力网的运行特点，从无功传输过程消耗有功的角度，推行了无功补偿。

关键词：无功补偿 优化选择

　　近年来,随着农村电网的进一步完善，工农业生产用电规模不断扩大，用电量的日益增长和用电结构的变化，使得电力供需矛盾越来越突出。电力的供不应求迫使人们在降损节能上多做文章，因此，人们根据电力网的运行特点，从无功传输过程消耗有功的角度，推行了无功补偿。

　　众所周知，电力网在运行时，电源供给的无功功率是电能转换为其他形式能的前提，它为电能的输送、转换创造了条件。没有它，变压器就不能变压与输送电能，没有它，电动机的旋转磁场就建立不起来，电动机就无法转动。但是，长距离输送无功电力，又会造成有功功率的损耗和电压质量的降低，这不仅影响电力网的安全运行，而且也影响产品的质量。因此，如何减少无功电力的长距离输送，已成为电力部门和用电必不可少的研究课题。为此，我们根据用电设备消耗无功的多少，在负荷较集中、无功消耗较多的地点增设了无功电源点，使无功的需求量就地得到解决，这样不但减少了无功传输过程中造成的能量损耗和电压降落，而且提高了供用电双方和社会的经济效益，可谓一举两得。不过，虽然无功补偿能给企业和社会带来一定的效益，但补偿过程中还需要考虑很多问题，也就是说怎样进行补偿，才能收到最佳的效益呢？这就要求我们在补偿过程中必须遵守一定的原则、方法，做到合理的补偿，才能收到事半功倍的效果。

　　1 无功补偿的原则

　　全面规划，合理布局，分级补偿，就地平衡，具体内容如下。

　　总体平衡与局部平衡相结合，既要满足全网的总无功平衡，又要满足分线、分站的无功平衡。

　　集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为主，这就要求在负荷集中的地方进行补偿，既要在变电站进行大容量集中补偿，又要在配电线路、配电变压器和用电设备处进行分散补偿，目的是做到无功就地平衡，减少其长距离输送。

　　高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主，这和分散补偿相辅相成。

　　降损与调压相结合，以降损为主，兼顾调压。这是针对线路长，分支多，负荷分散，功率因数低的线路，这种线路最显著的特点是：负荷率低，线路损失大，若对此线路补偿，可明显提高线路的供电能力。

　　供电部门的无功补偿与用户补偿相结合，因为无功消耗大约60%在配电变压器中，其余的消耗在用户的用电设备中，若两者不能很好地配合，可能造成轻载或空载时过补偿，满负荷时欠补偿，使补偿失去了它的实际意义，得不到理想的效果。

　　2 根据补偿原则，确定无功补偿容量

　　按照上述的基本原则，根据无功在电力系统中的去向，确定几种主要的补偿方式及其容量。

　　变电站高压集中补偿：这种补偿是在变电站10（6）kV母线上集中装设高压并联电容器组，用以补偿主变的空载无功损耗和线路漏补的无功功率。目前，在农网上，除了大宗用户外，县局基本上采用这种补偿。比如：涉县各变电站在未进行人工补偿以前cosφ= 0.85，根据功率因数（0.85）调整电费标准，每月罚款为月总电费的2.5%，经过各站装设了电容器补偿后，平均cosφ=0.9，每月电费减少0.5%，一年下来，功率因数奖电费约为60万元，为企业增加了效益。

　　随线补偿：将电容器分散安装在高压配电线路上，主要补偿线路上的无功消耗，还可以提高线路末端电压，改善电压质量。其补偿容量一般遵循"三分之二"原则，即补偿容量为无功负荷的三分之二，而电压降为DU = （PR + QX）/U_e。

　　例1：一条10kV线路，长为5km，导线型号LGJ-70，其中g = 0.46W/km，X₀ = 0.411Ω/km，所带负荷200 + j150，在线路末端补偿Q_C= 100kvar，求线路损耗和电压降。

　　①求线路上的损耗

　　补偿前：△P₁ = 3×I²R = 3×（200² + 150²）/10²×5×0.46 = 4313W。

　　补偿后：△P₂ = 3×I²R = 3×[200² +（150 - 100）²]/10²×5×0.46 = 2933W。

　　则一年少损失电量：△A = (△P₁ - △P₂)T×10-3 = （4313 - 2933）×365×24×10^-3 = 12089kWh。

　　②求电压降

　　补偿前：△U = （PR + QX）/U = （200×0.46×5 + 150×0.411×5）/10 = 77V。

　　补偿后：△U = （PR + QX）/U = [200×0.46×5 + （150 - 100）×0.411×5] /10 = 56V。

　　所以补偿后电压由9.92kV提高到9.94kV，改善了电压质量。

　　3 随器补偿

　　将电容器安装在配电变压器低压侧，主要补偿配电变压器的空载无功功率和漏磁无功功率。一般情况下，农网配变负载率较低，轻载或空载时，无功负荷主要是变压器的空载励磁无功，因此配变无功补偿容量不易超过其空载无功，否则，在配变接近空载时可能造成过补偿，所以应按式Q_b ≤ I₀%S_e/100(其中：I₀%是空载电流百分数，从手册中可查出，S_e是变压器的额定容量)，但对于用户的变压器补偿，因其负荷率高，补偿时应从提高变压器出力的角度考虑。

　　例2：涉县良种场有一台变压器S_e = 80kVA，cosφ= 0.8，带一抽水用电动机P_e = 75kW，P = S_e×cosφ = 80×0.8 = 64kW < 75kW，可见变压器处于超载运行，若提高cosφ的方法提高变压器出力，设拟增cosφ = 0.95，则P = 0.95×80 = 76kW > 75kW，由公式Q_b = P×tgφ可知，应补偿无功Q_b = 25kvar。

　　将电容器直接并联在电动机上，用以补偿电动机的无功消耗。据运行统计，县级农网中约有60%的无功功率消耗在电动机上，因此，搞好电动机的无功补偿，使其无功就地平衡，既能减少配电线路的损耗，同时还可以提高电动机的出力。一般对7.5kW以上电动机进行补偿时，确定容量应按Q_C ≤ 3U_eI₀。另外，对于排灌所带机械负荷较大的电动机，补偿容量可适当加大，大于电动机的空载无功，但要小于额定无功负荷，即Q₀ ≤ Q_C ≤ Q_e。

　　例3：涉县自来水公司，一条线路长1km，导线型号LGJ-70，其中g = 0.46W/km，X₀=0.411Ω/km，带一抽水用电动机P_e = 95kW，实用负荷为100 + j60，由于长期超载，在电动机上补偿无功Q_C = 30kvar，求补偿前后线路的损耗和电动机的出力。

　　视在功率S=（100²+60²）1/2= 116.26kVA

　　①求线路上的损耗

　　补偿前：△P₁ = 3×I²R = （100² + 60²）/0.382×1×0.46 = 43.32kW。

　　补偿后：△P₁ = 3×I²R = [100² + （60 - 30）²]/0.382×1×0.46 = 34.72kW。

　　△P₁ - △P₂ = 43.32 - 34.72 = 8.6 kW，则一年少损失电量8.6×24×365 = 75.33MWh。

　　②求电动机出力

　　补偿前：P_N = 95kW < 100kW，电动机处于超载运行。

　　补偿后：P_N = 112kW > 95kW，电动机运行正常，提高了电动机的出力。

　　5 低压集中补偿

　　在低压母线上装设自动投切的并联电容器成套装置主要补偿变压器本身及以上输电线路的无功功率损耗，而在配电线路上产生的损耗并未减少，因此，补偿不宜过大，否则变压器轻载或空载运行时，将造成过补偿，补偿容量应以变压器额定容量的30%~40%确定，即：Q_b = （0.3 - 0.4）S_N，或从提高功率因数的角度考虑Q_b = P（tgφ₁ - tgφ₂），其中tgφ₁ 、tgφ₂是补偿前后功率因数角的正切值。

　　6 补偿位置的确定

　　上述介绍了不同目的的补偿方法各不相同，但补偿位置在哪最合理呢？一般我们考虑把并联电容器安置在负荷较集中的地方或无功消耗严重的设备周围。

　　7 补偿后带来的效益

　　从提高功率因数上，还是以涉县电力局为例，功率因数由0.8提高到0.9左右，月电费罚3.7万元，到奖2.5万元，赢利7.2万元，给带来经济效益。

　　从电压质量上来说，如例1，末端电压由9.92kV提高到9.94kV，保证了产品质量，给用户带来了直接经济效益。

　　从降损节能上来说，降低了电能损耗，减少了电费的支出，同样给用户带来经济效益。如例3，年节能7.533万kWh，按电价0.5857元/kWh，年节约电费7.533×0.5857=4.4万元。

　　从提高变压器的处理上来说，由于减少了无功电流，所以提高了变压器的出力。如例2，良种场若不是进行无功补偿，变压器长期处于超载运行，会因长期过热而烧坏变压器，而新安装一台变压器（100kVA），需投资1.3万元，但经过补偿，只需要投资近1000元就解决了变压器超载运行的问题，给良种场增创了1.2万元的经济效益。

　　总之，无功补偿不仅能改善农网功率因数和电压质量，而且可以使无功负荷就地平衡，提高农网的经济运行水平，同时降低电费支出，减轻工农业生产的负担，所以进行无功补偿是利国利民的好事，我们应下决心去抓，真正让用户得到实惠。