浅谈电网的无功补偿

为了作好降损节能的作用，改善电能的质量，提高输变电设备的有功出力，使电气设备在最佳经济状态下用运行，使有限的电力更好的为社会主义建设事业服务，做好无功补偿工作势在必行。笔者就有关无功补偿的问题发表了自己浅显的看法。
一、无功补偿的意义
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。据统计，在电网电动机为建立并维护三相旋转磁场所消耗的无功功率约占线路输送的全部无功功率的60%，变压器为建立并维持交变磁场所需消耗的无功功率约占30%，因此为使电力系统多发多送有功功率，少发少送无功功率，或在系统无功功率供给不足时，就需要在电感性负载点或附近加装无功设备。
1、低电网的功率损耗。由公式I=P/（√3U×COSφ）可知，负荷电流I与COSφ成反比。在输送的有功功率P为定植时，加装无功补偿设备后提高了功率因数。将使线路中的负荷电流降低，从而时线路上的功率损耗降低（ΔP=I2R）。当功率因数由0.6提高到0.8时，功率损耗将下降一半，降低电网中的功率损耗。是它安装无功补偿设备的主要目的。
2、提高设备的功电能力，挖掘现有设备的潜力。由公式P=S×COSφ可以看出，在设备的视在功率S不便的条件下。功率因数的提高可以多输送有功功率，以农村常有的50KVA配变为例。当功率因数从0.7提高到0.9后，其输送的有功功率由35KW提高到了45KW。增加了配电变压器的供电能力，其增供功率的计算如下式：
ΔP=S（COSφ＇-COSφ）
式中ΔP——变压器可增供的有功功率
S——变压器的额定容量
COSφ——补偿前设备的功率因数
COSφ＇——补偿后设备的功率因数
3、减少电网中的电压损失，提高电压质量，当电力负荷从线路上集中输出到末端负荷点时，线路电压损失ΔU的简化式为：
ΔU=（PR+QX）/U
式中ΔU—线路电压损失
P—线路输送的有功功率
Q—线路输送的无功功率
R—线路的电阻
X—线路的电抗
U—线路额定电压
由以上公式可知，加装无功补偿设备后，线路输送的无功功率Q就要减少，线路中的电压降随之降低，提高了电压质量。
4、减少设备容量，节省投资，由公式S = P /COSφ可知，在输送的有功功率P为定值时，功率因数提高后可以减少视在功率S，也就是可以减小供电设备的安装容量，不但可以节约购买设备的投资，还可以少支付电业部门按供电设备容量计算的贴费，可以减小的供电设备容量用下式计算：
ΔS =S（1- COSφ/COSφ＇）
减少用户电费开支，降低生产成本，无功补偿给电力用户带来的直观经济效益可以减少电费支出。第一，安装无功补偿设备，提高功率因数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，因而可以少支付相应的电费；第二，在国家现行的电价政策中，从合理利用电能出发，为鼓励用户安装无功补偿设备，提高功率因数的积极性，制定了功率因数调整电费政策。
二、无功补偿的原则：
无功补偿设备的配置，应按照全面规划、合理布局、分级补偿、就地平衡的原则，使电网的无功补偿取得最佳的综合效益。
1、降损与调压相结合，以降损为主，针对配电系统的线路长、支数多、负荷分配、功率因数低、线损大等特点，无功补偿的主要的作用和最大经济效益是降损，同时兼顾满足调整电压的要求，以保证电压质量。对于有些轻载运行的线路，其电压经济偏高，配电变压器的铁损占线损的70%以上，不宜再装电容器组，否则特别是后半夜往往使线路电压升得过高，会使配电变压器铁损进一步增加，反而使线损增高。
2、集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为主，既要在变电站进行大量的集中补偿，又要对配电线路、配电变压器和用电设备进行分散补偿，且以分散补偿为主，以实现就地补偿，提高无功补偿的最大经济效益。但必须考虑到两点：1）安装地点的无功补偿经济当量愈大，则本能效果愈好；2）要考虑补偿后要求达到的功率因数的合理性，并非愈高愈好。因此对分散补偿的配置应从实际出发，要求取得最佳的经济效益。
3、供电部门补偿与用户补偿相结合，以就地平衡为主，根据统计资料，无功功率大约有40%消耗在配电线路和配电变压器中，其余的消耗在用户的用电设备中。因此，只有供电部门与用户配合起来，共同搞好无功补偿的配置和管理，以取得最大的无功补偿效益。
三、无功补偿方案的确定
根据无功补偿原则确定其补偿方案
1、无功就地平衡即由下而上逐级补偿，首先从低压电动机开始补偿，补偿容量的选择即：
QDJ=√3UI0K×10-3
式中U—电动机的额定线电压
I0—电动机的空载运行电流值
K—惯性系数，如风机等惯性小的设备可取0.9，水泵等惯性大的电动机可取1.3—1.5。
2、在10KV配电变压器二侧母线上集中补偿，补偿容量为配电变压器的无功损耗及10KV配电变压器一次侧到电源点之间线路无功损耗和为提高功率因数所需要的无功容量的总合（家用电器日光灯等所需无功容量不好统计，只能用提高功率因数的方法来解决）。
3、在35KV变电所，10KV母线侧集中补偿，其选择的补偿容量为主变无功损耗和主变一侧到电源点之间的线路无功损耗总和，即：
Q2=QJC2+QLC2+QXL2
QJC2=I0Se/100
QLC2=UK%Seβ2/100
QXL2=3I2XL2L×10-3
则Q2=（I0%+UK%β2）Se /100+3I2XL2L×10-3
其中QJC2、QLC2、QXL2、I0%、UK%、Se、XL2、L、I分别为变压器的激磁、漏磁无功损耗，变压器空载电流百分数、短路电压百分数、额定容量、每公里线路的电抗值，线路长度和实际运行线路中的电流值。
4、在110KV变电所10KV母线集中补偿，补偿容量的选择为主变无功损耗和主变一次侧到电源点之间线路无功损耗的总和减去线路所产生的无功容量的二分之一。
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