浅谈配网低压无功补偿

1　无功补偿的基本原理  
　　无论是工业负荷还是民用负荷，大多数均为感性。所有电感负载均需要补偿大量的无功功率，提供这些无功功率有两条途径：一是输电系统提供；二是补偿电容器提供。如果由输电系统提供，则设计输电系统时，既要考虑有功功率，也要考虑无功功率。由输电系统传输无功功率，将造成输电线路及变压器损耗的增加，降低系统的经济效益。而由补偿电容器就地提供无功功率，就可以避免由输电系统传输无功功率，从而降低无功损耗，提高系统的传输功率。  图1  
无功功率补偿原理图 S1为功率因数改善前的视在功率 S2为功率因数改善后的视在功率  
2　无功的经济补偿  
　　对于电力系统而言，在高压侧或低压侧均可进行补偿。但是，如果在低压侧进行补偿，既可减少变压器、输电线路等的损耗，又可提高变压器、输电线路的利用率及提高负载端的端电压，所以补偿电容器的安装越靠近负载端，对用户而言越可获取较大的经济效益。由图1可见，装设补偿电容器后，改善了负荷侧的功率因数，用电负荷所需的无功功率，由电容器直接提供，可以降低电网的总电流  式中
    　I--视在电流 　
　　Ip--有功电流 　
　　Ic--电容电流 　
　因为在低压侧装设了电容器补偿无功电流，即无功电流由电容器提供，所以在进行电网设计时，只考虑有功电流即可，大大节省变压器及输电线路的投资。对于已有的电网，也能够提高电网的出力。 　　
2.1　减少输电线路及变压器的损耗 Pn=3I2.R =3I2p.R+3I2q.R 式中　Pn--有功功率损失 　　　R--每项输电线路的电阻(含输电线路及变压器) 输电线路电阻R=KL/A 式中　K--电阻系数 　
　　A--导线截面积 　
　　L--导线长度，m 变压器电阻R=YkU2/Sn 式中　Yk--变压器短路阻抗，Ω 　
　　U--系统电压，V 　
　　Sn--变压器额定容量，kVA
2.2　增加变压器及输电线路的利用率 所增加的利用率为： (P2-P1)/P1=［(cos1-cos2)-1］×100% 式中　cosφ1--改善前的功率因数 　
　　cosφ2--改善后的功率因数 　　
2.3　提高系统的端电压减少系统的电压降 du(%)=Qc/Sn×Xk(%) 式中　du(%)--电压提高百分比 　
　　Qc--补偿电容器的容量，kvar 　
　　Sn--变压器容量，kVA  
　　Xk(%)--变压器阻抗百分比  
3　无功补偿方式  
　　理论上而言，无功补偿最好的方式是在哪里需要的无功，就在哪里补偿，整个系统将没有无功电流的流动。但在实际电网当中这是不可能做到的。因为无论是变压器、输电线路还是各种负载，均会需要无功。所以实际电网当中就补偿装置的安装位置而言有如下几种补偿方式：①变电所集中补偿；②配电线路分散补偿；③负荷侧集中补偿；④用户负荷的就地补偿。
　　对于低压配网无功补偿，通常采用负荷侧集中补偿方式，即在低压系统(如变压器的低压侧)利用自动功率因数调整装置，随着负荷的变化，自动地投入或切除电容器的部分或全部容量。 　　
3.1　补偿容量的确定  
　　考虑到动力类负荷，估计配变的功率因数在0.75左右，设计在满负荷状态下功率因数提高到0.90。  
　　假设配变容量为S，补偿前有功功率、无功功率和功率因数角分别为P1、Q1、和φ1，补偿后有功功率、无功功率和功率因数角分别为P2、Q2和φ2，Qb为需补偿的容量。  
　　由此可得出应补偿的容量为： Qb=Q1-Q2 =S×sinφ1-S×sinφ2 =S×(0.661-0.436) =0.225S 补偿百分比为：η%=Qb/S×100%=22.5% 　　根据电网的运行经验可以得出，补偿容量一般为变压器额定容量的20%～30%。 　　
3.2　补偿方式的选择  
　　补偿方式分为三相共补、分相补偿和混合补偿(即共补加分补)，一般而言当需要补偿的容量超过60kvar时，采用混合补偿是比较合适的，即可照顾到三相之间的不平衡，与分相补偿的效果完全相同，又可以降低成本。 　　
3.3　补偿级数的选择  
　　补偿级数(即补偿电容器的分组数量)越多，补偿的精度越高，但随着补偿级数的增加，装置的成本会大幅度提高，而且箱壳的体积也会增大。综合考虑补偿精度、成本、箱体体积等因素，我们建议采用11级非常容量补偿，前9级为等容量以满足基本补偿，后2级为小容量以提高补偿精度。以1台180kvar的补偿装置为例：①前9级为每级18kvar，9×18=162kvar；②后2级为每级9kvar；9×2=18kvar，合计180kvar。 　
3.4　投切控制方式的选择 　
　为了尽可能地减小装置的体积，简化结构，提高装置的可靠性，即将电容器按一定容量比进行分组，通过控制器的软件对这些电容器组进行排列组合投切。 　　
3.5　控制目标的选择  
　　通常的控制目标为：功率因数、无功功率、无功电流、电压。根据具体情况，以挖掘配变的容量为主要目的，所以电压不应该成为控制目标。以功率因数为检测量，缺点是轻载时容易产生投切振荡，重载时补偿不充分；以无功功率为检测量，则检测量和控制目标量相同，检测精度低。所以应采用无功电流为检测量，无功功率为控制目标。
4　无功补偿装置的安装  
　　对于箱式变在设计时应考虑无功装置及其安装位置，而对于公共杆变，可选用柜(箱)式低压无功补偿装置地面式安装，装置的底部加升高座，以便于进线。

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