配电网无功补偿与节能

配电网无功补偿与节能

作者：刘淦鹏

来源：《华中电力》2013年第09期

摘要：为了有效解决配电网电压不稳、设备故障或者低压动力装置无法运行等问题，本文尝试在配电网中安装无功补偿装置，以此来提高配电网的电压质量及功率因数，从而使配电网达到经济运行的目的。在本文研究过程中首先探讨配电网的无功补偿原理及原则，总结分析配电网无功补偿的方式及节能功效实践应用分析 关键词：配电网；无功补偿；节能

随着我国城市化、工业化、信息化进程的不断加快，居民、商业和工业的用电负荷急速上升，电源大幅增加，不但改变了电力系统的网络结构，也改变了系统的电源分布，造成系统的无功分布不尽合理。若配电网中出现明显的感性负荷时，则会降低电网的功率因数，其原因在于感性负荷吸收了电网中的无功功率[1]。在配电网的经济指标中，功率因数作为一项重要的技术经济指标之一，如果能够通过安装无功补偿装置来提高电网的功率因数，则可能极大的改进电网的电能质量，降低配电网的线损值，最终起到节能效果。 一、配电网无功补偿的原理及原则 （一）配电网无功补偿的基本原理

配电网中的无功补偿中的无功功率主要应用于是电路的内电场与磁场之间的交换，并在电气设备中建立、维持稳定的磁场电功率。若电气设备中有电磁线圈，也就是存在感性负荷，由于在运行过程中需要建立一个磁场，这样便需要消耗一定的无功功率。在电气设备运行时电流经过电感元件时，电流一般会滞后电压90°，而当电流经过电容元件时则会超过电压90°。在同一电路中，电感电流与电容电流相差180°，如果在电磁元件电路中配置一定的电容元件，感性电流和容性电流相互抵消，从而减小电流与电压之间的相角差，使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小，提高功率因数，降低损耗。若能够将感性负荷与具有容性功率负荷装置并联于同一电路，这样便可让能量在这两种负荷之间进行自由交换，促使容性负荷输出的无功功率补偿可以完全满足感性负荷所需要的无功功率。 （二） 配电网无功补偿的基本原则

对于配电网的无功补偿基本原则主要有三点：①如果用户端为感性负荷用户，则可以在用户处安装无功补偿装置，这样便可实现对感性负荷和变压器绕组所产生的无功损耗进行一定的补偿，同时还能够根据配电网无功负荷变化情况自动投切电容器；②在处理配变励磁所产生的无功损耗问题时，无功补偿可采取固定方式，在具体工程实践中还需要处理好电容器自身性能、后期运行维护等问题，因此我们建议可以在每个配变处设置两个无功补偿点；③配电线路

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上由于无功功率而产生的有功损耗，我们在工程实践中主要采取就地补偿原则。从配电网长期经济运行角度来讲，只要在无功补偿时不出现过补偿，则功率因数补偿得越高，其经济效益越佳。

二、配电网无功补偿的方式

（一）变电站集中补偿方式。这种补偿方式的主要作用是平衡输电网的无功功率。在变电站的集中补偿过程中，我们需要将补偿装置直接与变电站主变变低侧母线相连接，其常用的补偿装置主要有并联电容器、同步调相机和静止补偿器等。这种补偿方式能有效改善整个输电网的功率因数，提升终端变电站的电压，补偿主变所产生的无功损耗，但是对于配电网的降损则不会起太大的作用。

（二）配变集中补偿方式。这通常采用的是用户侧微机控制的并联电容器柜，在配变低压侧进行集中补偿的一种方式。这种补偿方式可使配变的功率因数得到有效提高，以实现无功的就地平衡，对用户侧电压水平能起到一定的稳定作用，对配变与配电网的降损具有一定的作用。这种补偿方式虽然能使用户的电能质量得到一定的保障，但由于配电网系统情况决定着线路的电压水平，所以对系统无功情况的改善效果不是很大[2]。

（三）杆上补偿方式。该补偿方式主要是在架空线路的杆塔上直接安装户外并联电容器，这样可以有效提高配电网的功率因数并实现降损升压。杆上补偿一般采取长期固定补偿方式，但是这种方式的实践应用性较差，主要是要受到安装环境、空间等外部因素的影响。 （四）用户终端分散补偿方式。这是对用户末端直接进行无功补偿的一种方式，以达到维持电压水平和降低损耗的效果。这种方式的无功补偿的安装容量通常按配电变压器侧最大无功需求来确定，但在各配电变压器负荷波动不同的情况下，很容易导致大量电容器在较轻负载时处于闲置状态，从而使设备的利用率不高。 三、配电网无功补偿的实践应用分析 （一）有效改善配电网的电压质量

无功补偿设备若能够在配电网上合理配置，便可对整个电网的电压质量起到有效的改善作用，而配电网线路电压降 U1简化计算公式如下：

注： —线路额定电压（kV）， —输送有功功率（kW）， —输送无功功率（kvar）， —线路电阻（Ω）， —线路电抗（Ω）

从上述计算公式中我们可以看出：在配电网输送有功功率时，若输送的无功功率越大将导致网络电压的损失就会越大，而用户端电压则就会变得越低。 在安装补偿设备容量 之后，线路电压降将变成 ，计算公式如下：

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从公式中可以明显看出， ，也就是安装补偿电容后可显著降低电网的电压损失，通过上式可计算出接入无功补偿容量Qc后，其电压升高值可按以下公式计算：

由上式可以得出结论：无功补偿装置的安装位置越是靠近线路末端，其起到的补偿效果就越好。

（二）提高配电网功率因数并降低线损

在配电网线路 中安装无功补偿装置的目的是最大限度的降损节能。例如：当电网输送有功功率（P）为定值，在安装无功补偿装置之后其功率因素则由原来的 变为 ，引起这种变化主要是由于当 时， 与负荷电流 是成反比的，而 ，则电流 的平方与线路有功损失则成正比。因此， 出现升高时，负荷电流 则会降低，这样便降低了配电网线路的有功损耗。反之当负荷的功率因数从1降低到 时，电网中功率损耗增加的百分数为 ，计算公式如下： 。

通过上述公式可以计算出负荷功率因数从0.7提升至0.85时线损可下降30%左右，因此在用户侧采用无功补偿时，可避免在线路重传输大量的无功功率，达到降低线损以及提高功率因数的目的。

（三）增加配电网有功传输能力并提升电源设备的利用率

在设备容量不变情况下，若能够提升功率因数则可降低无功功率，增加有功功率，其中有功功率 计算公式为：

若需要有功功率不变则需要减少无功功率，其所需要的配变容量也会相对减少，因此 的计算方法如下所示：

如果安装合适的无功补偿设备，那么可使发电机增加有功功率；若系统使用无功补偿，则将显著降低无功负荷，从而提高发电机的有功功率。 （四）减少用户电费支出

通过在配电网实施无功补偿措施之后，不仅显著提升了功率因数，有效优化了电压质量，同时在节能降损方面也有明显效果，降低了线路的损耗，减少了用户的电费支出，从而给电力用户带来了良好的经济效益[3]。例如：按照一年时间结算，若通过无功补偿可以节能43054 kWh/年，以电价0.65元/kWh计算，一年可以为电力用户节约41054×0.65=26685.1元。 五、结论

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随着我国现代化建设进程的不断推进，居民、商业和工业的用电量越来越大，由于线路的负荷功率因数较低以及无功消耗较大，从而对整个配电网的供电质量与效益产生严重影响。因此，在配电网中采取无功补偿，可有效提升配电网系统运行的可靠性、安全性及经济性。 在设置配电网无功补偿时可以通过计算获取最佳方案，同时用户也可以自愿选择使用无功补偿装置，这样不仅有利于改善整个配电网及用户的电压质量，有效降低线路的损耗，减少配电网的运行成本，提高配电网的经济效益，还为广大用户节约了大量的经济支出[4]。 【参考文献】

[1]诸葛斌.配网结构对电压质量的影响及无功补偿对策[J].电力电容器，2007，10，28（5）：552.

[2]刘建强.配电网四种无功补偿技术方案的比较[J].电工技术，2003（12）：96-97. [3]梁晶晶.电力系统中无功补偿的方法、作用与效果分析[J].科技与生活，2010（4）：14. [4]苑舜，韩水.配电网无功优化及无功补偿装置[M].北京：中国电力出版社，2003（6）：84.