王衛(wèi)衛(wèi)

（長江工程職業(yè)技術學院，武漢 430212）

1 引 言

電壓是衡量電能質量的主要指標之一，對電網的穩(wěn)定運行有著重大的影響，而無功的平衡是保證電壓質量的重要條件。系統(tǒng)中無功電源要滿足系統(tǒng)中所有無功負荷和網絡損耗的需求才能使電壓在允許的范圍內波動。

我國電力工業(yè)在1997年之前由于多年“重發(fā)電，輕供電”，造成電網建設落后，結構不合理，導致城市和農村配電網無功補償不足，電能質量不高。經電力部門調查，農村電網和城市網的功率因數(shù)大都在0.65～0.8左右，企業(yè)內部的配電網的功率因數(shù)在0.65～0.7左右。因此，進行無功功率補償已成為目前配電網提高供電水平、降低無功損耗急需解決的問題。電容器由于其容量可大可小，可分散補償也可集中補償，在配電網中得到廣泛的應用。本文介紹電容器在配電線路上進行無功補償?shù)膽眉坝嬎恪?/p>

2 配電線路上進行無功補償?shù)谋匾?/h2>

由于配電線路的電阻較大，使得無功潮流在線路上流通時引起的功率和電壓損耗也較大。此外，配電變壓器運行也需要消耗無功功率。大多數(shù)公用變壓器因沒安裝低壓補償裝置，故大量的無功功率沿著輸電線路傳輸，從而使得配電網的網損較大。因此，考慮配電線路無功補償，提高功率因素是必要的。

3 配電線路上進行無功補償?shù)膬?yōu)缺點

配電線路上進行無功補償?shù)膬?yōu)點是：

（1）在配電線路上進行無功補償可以使配電網內部根據(jù)線路進行分區(qū)，使得無功在不同區(qū)域進行控制、平衡，符合“分散補償，就地平衡”的無功補償原則，達到減少有功損耗和電壓損耗的目的。

（2）在線路上特別是在配電分支線上進行無功補償可以增大設備的承載能力，改善線路的運行特性，提高供電質量，降低損耗。

（3）對于分車間考核用電指標的用戶，配電線路的補償能提高各車間的功率因數(shù)，從而降低單個產品消耗及生產成本，提高經濟效益。并且該補償方式靈活，電容器投切時沖擊電流較小。

其缺點有：

（1）在配電線路上裝設電容器只能減少所在的10kV配電線路和變壓器上的無功負荷，對用戶0.4 kV側的無功損耗起不到作用。

（2）在配電線路上裝設電容器進行無功補償是分散安裝的，維護和管理困難，實際的利用率比集中補償要低。

（3）若實際安裝的電容器容量固定而不能進行分組投切時，將會無法調節(jié)補償容量，導致過補償現(xiàn)象的出現(xiàn)。

4 城市配電線路無功補償案例分析

由于城市配電網中的配變日負荷變化很大，在低谷負荷時變壓器接近于空載運行，根據(jù)無功補償容量選擇的原則，10kV線路補償應以補償配變固有的空載勵磁損耗為主，不補償由負荷引起的無功消耗。不采用線路補償來補償隨用戶負荷變化而變化的無功損耗的原因主要是在用電低谷期電容補償過多，會導致過補償，引起電壓過大，無功倒送。

配電線路上的負荷分布情況，大致可分為負荷集中于線路末端（電力用戶）、負荷沿線路均勻分布（或近似均勻分布）和負荷沿線路非均勻分布的三種類型。無功均勻分布法、動態(tài)規(guī)劃法和相對分析法是10kV線路無功補償?shù)膸追N常用計算方法。從實用性和適用性兩個角度考慮，都有各自的優(yōu)缺點，其中最簡單實用的是無功均勻分布法。

4.1 無功均勻分布法（單點補償）

圖1（b）、（c）中所示的是單點補償?shù)臒o功潮流分布圖。為了方便，設線路的全長為L＝L0＝1，單位長度的負荷密度為Q0＝1，那么總的無功負荷為Q＝Q0＝1。

設在線路L1處補償一容量為Q1的電容，補償后的潮流如圖1（c）所示。

經過分析計算可以得出，對單點補償，無功負荷沿線均勻分布時，為了使降低線損最大，補償?shù)攸c應裝設在距離首端為線路全長的2／3處，補償?shù)娜萘繎獮槿€所需無功容量的2／3。

圖1 均布無功負荷單點補償前、后潮流分布圖

4.2 實用計算

江夏大橋新區(qū)是最近幾年開發(fā)速度非常快的地區(qū)，由于文化路的開通，周圍在很短的時間內新建了很多小區(qū)，本例就以其為背景，介紹其中一條10kV的線路上有關電容器補償?shù)牡攸c的設置和容量的計算。圖2是該區(qū)10kV紅花路的配網圖，圖中標出了線路上各節(jié)點的變壓器容量。我們就以它為例來說明電容器補償容量及補償?shù)攸c的計算方法。

圖2 紅花路配網圖

城市配電網中10kV變壓器的無功損耗主要由空載勵磁損耗和漏磁無功損耗組成。實際中為了計算方便，我們認為空載勵磁損耗的百分值就等于空載電流百分比I0%，約為0.6%～2%；而漏磁無功損耗在變壓器滿載時就等于短路電壓百分比Uk%，約為4%～5%。

具體的計算過程如下：

（1）城市配電網一般都是環(huán)網供電，但開環(huán)運行，所以計算時僅計算主干線路。

（2）干線上的每一分支線路都按一個節(jié)點來計算，進行編號，為O、A、B、C、D、E、F。其無功負荷為分支線上所有配電變壓器空載無功損耗（空載電流百分值乘以額定容量）之和。

利用10 kV S11系列低損耗節(jié)能變壓器技術參數(shù)中空載電流百分比來進行計算。

（3）計算出每一節(jié)點到原點（電源點）的距離，線路長度均轉化為線路總長度的相對值。

LOA＝0.425 km，LAB＝0.505 km，LBC＝0.455 km，LCD＝0.365 km，LDE＝0.275 km，LEF＝0.115 km

B點相對值＝0.434579

C點相對值＝0.647196

D點相對值＝0.817757

E點相對值＝0.946262

（4）無功負荷轉化為總無功負荷的相對值。

A點相對值1

B點相對值0.722830

C點相對值0.520403

D點相對值0.377279

E點相對值0.243800

F點相對值0.0875273

（5）計算結果見表1。

表1 各個節(jié)點的計算數(shù)據(jù)

（6）根據(jù)無功補償均勻分布法，確定該線路補償點為D點，對應的長度為0.817757×2.14＝1.75 km，應補償?shù)臒o功容量為（1＋0.377279）／2＝0.6886395，即實際容量為0.6886395×54.84＝37.76kvar。因線路補償電容器為標準化系列，查電容器產品表，選擇最小容量為50kvar的電容器。

本例所采用的線路是一條長度較短、配電變壓器較少、負荷容量不是很大的線路。最后所算得的電容量補償容量不是很大，在線路上進行實際補償后，線路的功率因數(shù)得到了明顯的改善。同時，線路的損耗也明顯降低。

［1］鄧軍紅.城市配電網無功補償實用計算［J］.湖北電力，1995.

［2］王 杰.淺談電力電容器無功補償及其安全應用［J］.中國集體經濟，2011，（18）.