农村电网无功补偿方法及效益分析

近几年，特别是国家实施农村电网改造工程以来，大量输变电设备在农村电网中广泛投入运行，对提高农村电网的供电能力、电能质量和降低网损等方面发挥了重要作用。但在实际运行中，也暴露出一些问题，特别是无功补偿问题比较严重，没有达到对农村电网无功合理补偿的目的，下面结合无功补偿的现状，着重对无功补偿的重要性、补偿容量的确定、提高功率因数的几种方法及效益进行分析阐述。
　　一、农村电网中无功功率现状
　　在农村电网中，大多数电力负荷是感性负载，异步电动机、感应电炉、交流电焊机等设备是无功功率的主要消耗者。另外，感应电动机和中小容量配电变压器，它们各占农村电力负荷的60%和20%以上。同时，由于其分散，季节性强，配电线路供电半径大，分支线多及用电设备的配套和使用管理不够合理，“大马拉小车”、轻载和空载运行情况比较严重，因此占用无功比例较大，加之无功规划长期未能引起足够的重视，无功电源与无功占用不平衡，造成农村电网功率因数偏低和电压质量低劣，并引起功率损耗和电能损耗增加。岳阳农村在负荷高峰时有个别10千伏线路功率因数不足0.8。因此，对农村电网无功负荷优化补偿应引起足够的重视。
　　二、无功补偿的原则
　　根据农村电网的特点，无功补偿应遵循“统一规划、合理布局、分级补偿、就地平衡”的原则，坚持降损与调压相结合，以降损为主；集中与分散相结合，以分散为主；电力部门补偿与客户补偿相结合，以客户端补偿为主；高压与低压补偿相结合，以低压为主；全区平衡与分县、分站平衡无功电力相结合的原则。以期取得最大的综合补偿效益。
　　无功补偿应尽量分层(按电压等级)和分区(按地区)补偿，就地平衡，避免无功电力长途输送与越级传输。
　　三、农村电网常用的无功补偿方式
　　1、35千伏变电站集中补偿
　　35千伏变电站所需无功应就地平衡，在35千伏变电站10千伏母线上进行集中无功补偿，以补偿35千伏主变消耗的无功功率(包括励磁无功损耗和漏磁无功损耗)以及35千伏输电线路上的无功功率损耗，从而减少35千伏输电线路输送无功功率引起的有功损耗，并减少35千伏主变的可变有功功率损耗。
　　2、随器补偿
　　随器补偿是指将低压电容器通过低压熔断器接在配电变压器二次侧，以补偿配电变压器空载无功的补偿方式。
　　农村配电变压器，尤其是综合用户配电变压器，普遍存在负荷轻时的“大马拉小车”现象，在负荷低时接近空载。配电变压器在轻载和空载时的无功负荷主要是变压器的空载励磁无功，配变空载无功是农网无功负荷的主要部分。对于轻负荷配变而言，这部分损耗占供电量比例较大。这种方式有效的补偿配变空载无功，实现就地平衡，是目前补偿配变无功的经济有效的手段之一。
　　随器补偿只能补偿配变的空载无功，对于小容量变压器，将随机补偿和随器补偿配合使用，是补偿方式的最优选择。
　　3、电动机随机补偿
　　随机补偿是将低压电容器组与电动机并接，通过控制、保护装置与电机同时投切。这种补偿方法不需频繁调整补偿容量，且配置方便。为防止电机退出运行时产生自激过电压，补偿度一般不应大于电机的空载无功。
　　4、10千伏线路上集中补偿
　　这种补偿方式通常是在配电线路的主干线某处，集中装设10千伏电容器。当配电变压器容量较小，低压侧无法进行无功补偿时，可采用线路上集中补偿方式，补偿若干台配变所需的无功，安装最佳位置在该条线路长度的2/3处。
　　四、无功补偿的作用及效益分析
　　1、合理加装无功补偿设备，可以降低线损。
　　我们知道有功功率损耗的计算公式为:
　　△P=3I2R×10-3(kW)
　　而3I2=(P2+Q2)/U2=S2/U2=P2/U2.SCOS2F
　　因此，△P=(P2.R/U2.COS2F)×10-3(kW)
　　式中：P——有功功率，kW；
　　U——额定电压，千伏；
　　R——线路总电阻，W。
　　由上述公式可知，有功功率损耗与功率因数的平方成反比，当功率因数COSF提高以后，线路中功率损耗大大下降。
　　提高负荷的功率因数与线损降低率关系可以用下列简单关系式表示：
　　△P%=[1-(COS2F1/COS2F2)]×100%
　　COS2F1——补偿前功率因数
　　COS2F2——补偿后功率因数
　　由此可算出当负荷的功率因数由0.7提高到0.85时，线损可降低32%。
　　2、合理加装无功补偿设备，可以改善电能质量
　　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_U简化计算如下：
　　 △U=3(PR+QX)/U(1)
　　 式中:U-线路额定电压，千伏
　　 P-输送的有功功率，千瓦
　　 Q-输送的无功功率，千乏
　　 R-线路电阻，W
　　 X-线路电抗，W
　　由上式可知，当电力网输送的有功功率一定时，输送的无功功率愈大，网络的电压损失愈大，到用户的端电压就愈低。
　　安装补偿设备容量Qc后，线路电压降为△U1，计算如下：
　　 △U1=3[PR＋(Q－Qc)X]/U(2)
　　很明显，△U1＜△U，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：
　　 △U-△U1=3QcX/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。
　　3、合理加装无功补偿设备，可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△P计算如下：
　　 △P=P1-P=S(cosF1-cosF)(4)
　　(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△S计算如下：
　　 △S＝S-S1＝P(1/cosF-1/cosF1)(5)
　　　(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。
　　4、合理加装无功补偿设备，可以提高输配电线路的供电能力。
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