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【摘 要】配电系统功率因数的高低，也直接影响整个电网的供电质量和发电系统的电能利用率。目前电网无功补偿主要集中在配电网，配电系统功率因数的高低，已经成為电力系统的一项重要经济指标。因此，采取无功功率补偿措施来提高配电系统的功率因数对于电力系统的经济运行具有现实的意义。
【关键词】配电系统；无功补偿；功率因数
引言
随着国家经济的高速发展，电力系统的用户负荷日益增加，这就使得无功功率在电力系统中越来越突出其的重要性。作为直接联系用户的配电系统，其无功功率在电能分配过程中会造成能量损耗及线路端电压下降，使电能的利用率下降的同时也严重影响了电能质量。
配电系统功率因数的高低， 也直接影响整个电网的供电质量和发电系统的电能利用率。目前电网无功补偿主要集中在配电网，配电系统功率因数的高低，已经成为电力系统的一项重要经济指标。因此，采取无功功率补偿措施来提高配电系统的功率因数对于电力系统的经济运行具有现实的意义。
1.无功补偿的主要作用
配电系统无功补偿是电力系统安全经济运行的一个重要组成部分。合理的选择无功补偿点，对电力系统无功电源合理配置，能够有效地维持电压水平并提高电力系统的运行的稳定性，还可以避免无功的远距离传输，从而降低线损，信息系统能够安全、经济合理地运行。具体地说，无功补偿的作用主要有以下几点：
（1）提高系统的功率因数，提高设备利用率，降低设备所需要容量，减少线路及设备损耗，节约电能。
（2）提高并稳定受电端及电网的电压，提高电能质量。在长距离线路中安装合适的装置，可以改变输电线路的稳定性，提高输电能力。
（3）三相负载不平衡的场所，通过适当的无功功率补偿，可以对三相负载起到平衡作用。
（4）增加变压器、发电机、供电线路等的备用量。
（5）减少配电变压器的安装容量、减少基本电费、节约电费。
对电力系统进行无功补偿就是要电网达到无功平衡，即使电网的无功电源发出的无功功率与系统的无功负荷及网络中的无功损耗相平衡。事实上，系统中无功功率不足时的无功功率平衡是由系统电压水平下降、无功功率负荷、本身的具有电压调节效应是全系统的无功功率需求有所下降而达到的。如果系统的无功电源比较充足，能满足较高电压水平下和无功平衡的需求，系统就有较高的运行电压水平；反之，无功不足就反映为运行电压水平偏低。因此，应力求实现在额定电压下的系统无功功率的平衡，并根据这个要求装设必要的无功补偿装置。电力系统中的无功功率电源除了电机之外，还有静电电容器及静止补偿装置，又称无功补偿装置。
2.无功补偿的重要性
无功补偿的重要性主要体现在改善电能运行环境，提高功率因数、减少网络损耗是一件十分重要的工作。在电力负荷中有很大一部分属于感性负载，这些负载投入运行之后除了消耗大量的有用功率以外还有吸收大量的无用功。根据有关资料分析，电网中的无用功约是有用功的1.3倍。大量的无用功全都由发电厂提供，就会使用户的功率因数降低，其结果就是使线路的有功损耗加大，用户电压降低，电力设备得不到很好地利用。整个系统无功缺失严重时，还会使电力系统崩溃。我们知道无功功率增加使视在功率增加，从而使电力系统流过的电流增加这将对电力系统产生如下影响：
（1）总电流增加就会使电力系统元件的容量增大，因而投资费用增大；
（2）在传输同样有功的情况下，总电流会使线路设备的损耗增大；
（3）线路及变压器的电压损失增大；
（4）对电力系统的发电设备来说，无功电流的增大，对电机转子的去磁效应增大电压降低，如过度增加励磁电流则使转子温度超过允许温升。
3.配电系统无功补偿方式
3.1集中补偿方式
目前，国内较普遍采用的一种无功补偿方式，是在配电变压器380 V侧进行集中补偿，它是目前普遍采用的一种方式。在这种方式下，补偿装置通常采用微机控制的低压并联电容器柜，容量在几十至几百千伏不等，它是根据用户负荷水平的波动，投入相应数量的电容器进行跟踪补偿。主要目的是提高专用变压器用户的功率因数，实现无功功率的就地平衡，对配电网和配电变压器的降损有一定作用，也保证该用户的电压水平。
这种补偿方式的投资及维护均由专用变压器用户承担。目前国内各厂家生产的自动补偿装置通常是根据功率因数来进行电容器的自动投切，也有为了保证用户电压水平而以电压为判据进行控制。这种补偿方式虽然利于保证用户的电能质量，但对电力系统并不可取。因为线路电压的波动主要由无功量变化引起，而线路的电压水平由系统情况决定。当线路电压基准偏高或偏低时，无功功率的投切量可能与实际需求相差甚远，可能出现无功功率补偿过多或补偿不足的情况。
3.2用户终端分散补偿方式
直接对用户末端进行无功补偿，即在用户负荷所在的位置就地补偿，将最恰当地降低电网的损耗和维持网络的电压水平。与低压集中补偿方式相比，优点是能减少线损，减小电压损失，改善电压质量，提高线路供电能力。缺点是低压无功补偿通常按配电变压器低压侧最大无功功率需求来确定安装容量，而各配电变压器负荷波动的不同时性造成了大量电容器在轻载时的闲置，设备利用率不高。GB50052—1995《供电系统设计规范》指出， 容量较大、负荷平稳且经常使用的用电设备，无功负荷宜单独就地补偿。这样，对于企业和厂矿中的电动机，应该进行就地无功补偿，即随机补偿。针对小区用户终端，由于用户负荷小，波动大，地点分散，无人管理，应该开发一种新型低压终端无功补偿装置，并能满足智能型控制、免维护、体积小、易安装、功能完善、造价较低等的要求。
3.3杆上无功补偿方式
由于配电网中大量存在的公用变压器没有进行低压补偿，补偿度受到限制。由此造成很大的无功功率缺口需要由变电站或发电厂来填，大量的无功功率沿线传输，配电网网损居高难下。因此可以把10kV户外并联电容器安装在架空线路的杆塔上的方法来进行无功补偿，以提高配电网功率因数，达到降损升压的目的。由于杆上安装的并联电容器远离变电站，容易出现保护不易配置，控制成本高，维护工作量大，受安装环境和空间等客观条件限制等工程问题。因此，杆上无功功率优化补偿必须结合以下实际工程要求来进行：
（1）补偿点宜少。一条配电线路上宜采用单点补偿，不宜采用多点补偿。
（2）控制方式从简。杆上补偿不设分组投切。
（3）补偿容量不宜过大。补偿容量太大，将会导致配电线路在轻载时过电压和过补偿现象。杆上空间有限，太多的电容器同杆架设，既不安全，也不利于电容器散热。
（4）接线宜简单。最好是每相只配置一台电容器装置，以降低整套补偿设备的故障率。
（5）保护方式也要简化。分别用熔丝和氧化锌避雷器分别作为过流保护和过电压保护。
（6）防止电容器安装后产生谐振现象。
3.4配电线路无功补偿方式
当380 V低压配电线路较长且负荷较重，而且以上只对大容量负荷就地补偿时，线路中仍有大量的无功功率在流动，使低压配电网线损及电压损失较大。为了减小线损及电压损失，可采取在低压线路上进行无功补偿。但由于低压配电网的线路布线较混乱，节点多，支路多，所似必须采用一定的优化模式来配置补偿电容器，以达到最优的补偿效果。
4.结束语
本文集中探讨了配电系统无功补偿的作用和方式以及无功补偿技术对配电网的影响。由于配电系统，尤其是低压配电网的线路布线较混乱，对于复杂低压电网，要简化低压配电线路的接线可能很困难，提出的简化方法并不能完全适应实际情况。但是掌握了配电系统无功补偿的方式因地制宜，效率与效益结合，正确选择相应的无功补偿方式，确保补偿技术经济、合理、安全可靠，以达到节约电能的目的。
作者简介：
闫炜铭：（1983.6-）男，陕西商州人，本科，助理工程师，研究方向：电力系统配网运行与检修。
【关键词】配电系统；无功补偿；功率因数
引言
随着国家经济的高速发展，电力系统的用户负荷日益增加，这就使得无功功率在电力系统中越来越突出其的重要性。作为直接联系用户的配电系统，其无功功率在电能分配过程中会造成能量损耗及线路端电压下降，使电能的利用率下降的同时也严重影响了电能质量。
配电系统功率因数的高低， 也直接影响整个电网的供电质量和发电系统的电能利用率。目前电网无功补偿主要集中在配电网，配电系统功率因数的高低，已经成为电力系统的一项重要经济指标。因此，采取无功功率补偿措施来提高配电系统的功率因数对于电力系统的经济运行具有现实的意义。
1.无功补偿的主要作用
配电系统无功补偿是电力系统安全经济运行的一个重要组成部分。合理的选择无功补偿点，对电力系统无功电源合理配置，能够有效地维持电压水平并提高电力系统的运行的稳定性，还可以避免无功的远距离传输，从而降低线损，信息系统能够安全、经济合理地运行。具体地说，无功补偿的作用主要有以下几点：
（1）提高系统的功率因数，提高设备利用率，降低设备所需要容量，减少线路及设备损耗，节约电能。
（2）提高并稳定受电端及电网的电压，提高电能质量。在长距离线路中安装合适的装置，可以改变输电线路的稳定性，提高输电能力。
（3）三相负载不平衡的场所，通过适当的无功功率补偿，可以对三相负载起到平衡作用。
（4）增加变压器、发电机、供电线路等的备用量。
（5）减少配电变压器的安装容量、减少基本电费、节约电费。
对电力系统进行无功补偿就是要电网达到无功平衡，即使电网的无功电源发出的无功功率与系统的无功负荷及网络中的无功损耗相平衡。事实上，系统中无功功率不足时的无功功率平衡是由系统电压水平下降、无功功率负荷、本身的具有电压调节效应是全系统的无功功率需求有所下降而达到的。如果系统的无功电源比较充足，能满足较高电压水平下和无功平衡的需求，系统就有较高的运行电压水平；反之，无功不足就反映为运行电压水平偏低。因此，应力求实现在额定电压下的系统无功功率的平衡，并根据这个要求装设必要的无功补偿装置。电力系统中的无功功率电源除了电机之外，还有静电电容器及静止补偿装置，又称无功补偿装置。
2.无功补偿的重要性
无功补偿的重要性主要体现在改善电能运行环境，提高功率因数、减少网络损耗是一件十分重要的工作。在电力负荷中有很大一部分属于感性负载，这些负载投入运行之后除了消耗大量的有用功率以外还有吸收大量的无用功。根据有关资料分析，电网中的无用功约是有用功的1.3倍。大量的无用功全都由发电厂提供，就会使用户的功率因数降低，其结果就是使线路的有功损耗加大，用户电压降低，电力设备得不到很好地利用。整个系统无功缺失严重时，还会使电力系统崩溃。我们知道无功功率增加使视在功率增加，从而使电力系统流过的电流增加这将对电力系统产生如下影响：
（1）总电流增加就会使电力系统元件的容量增大，因而投资费用增大；
（2）在传输同样有功的情况下，总电流会使线路设备的损耗增大；
（3）线路及变压器的电压损失增大；
（4）对电力系统的发电设备来说，无功电流的增大，对电机转子的去磁效应增大电压降低，如过度增加励磁电流则使转子温度超过允许温升。
3.配电系统无功补偿方式
3.1集中补偿方式
目前，国内较普遍采用的一种无功补偿方式，是在配电变压器380 V侧进行集中补偿，它是目前普遍采用的一种方式。在这种方式下，补偿装置通常采用微机控制的低压并联电容器柜，容量在几十至几百千伏不等，它是根据用户负荷水平的波动，投入相应数量的电容器进行跟踪补偿。主要目的是提高专用变压器用户的功率因数，实现无功功率的就地平衡，对配电网和配电变压器的降损有一定作用，也保证该用户的电压水平。
这种补偿方式的投资及维护均由专用变压器用户承担。目前国内各厂家生产的自动补偿装置通常是根据功率因数来进行电容器的自动投切，也有为了保证用户电压水平而以电压为判据进行控制。这种补偿方式虽然利于保证用户的电能质量，但对电力系统并不可取。因为线路电压的波动主要由无功量变化引起，而线路的电压水平由系统情况决定。当线路电压基准偏高或偏低时，无功功率的投切量可能与实际需求相差甚远，可能出现无功功率补偿过多或补偿不足的情况。
3.2用户终端分散补偿方式
直接对用户末端进行无功补偿，即在用户负荷所在的位置就地补偿，将最恰当地降低电网的损耗和维持网络的电压水平。与低压集中补偿方式相比，优点是能减少线损，减小电压损失，改善电压质量，提高线路供电能力。缺点是低压无功补偿通常按配电变压器低压侧最大无功功率需求来确定安装容量，而各配电变压器负荷波动的不同时性造成了大量电容器在轻载时的闲置，设备利用率不高。GB50052—1995《供电系统设计规范》指出， 容量较大、负荷平稳且经常使用的用电设备，无功负荷宜单独就地补偿。这样，对于企业和厂矿中的电动机，应该进行就地无功补偿，即随机补偿。针对小区用户终端，由于用户负荷小，波动大，地点分散，无人管理，应该开发一种新型低压终端无功补偿装置，并能满足智能型控制、免维护、体积小、易安装、功能完善、造价较低等的要求。
3.3杆上无功补偿方式
由于配电网中大量存在的公用变压器没有进行低压补偿，补偿度受到限制。由此造成很大的无功功率缺口需要由变电站或发电厂来填，大量的无功功率沿线传输，配电网网损居高难下。因此可以把10kV户外并联电容器安装在架空线路的杆塔上的方法来进行无功补偿，以提高配电网功率因数，达到降损升压的目的。由于杆上安装的并联电容器远离变电站，容易出现保护不易配置，控制成本高，维护工作量大，受安装环境和空间等客观条件限制等工程问题。因此，杆上无功功率优化补偿必须结合以下实际工程要求来进行：
（1）补偿点宜少。一条配电线路上宜采用单点补偿，不宜采用多点补偿。
（2）控制方式从简。杆上补偿不设分组投切。
（3）补偿容量不宜过大。补偿容量太大，将会导致配电线路在轻载时过电压和过补偿现象。杆上空间有限，太多的电容器同杆架设，既不安全，也不利于电容器散热。
（4）接线宜简单。最好是每相只配置一台电容器装置，以降低整套补偿设备的故障率。
（5）保护方式也要简化。分别用熔丝和氧化锌避雷器分别作为过流保护和过电压保护。
（6）防止电容器安装后产生谐振现象。
3.4配电线路无功补偿方式
当380 V低压配电线路较长且负荷较重，而且以上只对大容量负荷就地补偿时，线路中仍有大量的无功功率在流动，使低压配电网线损及电压损失较大。为了减小线损及电压损失，可采取在低压线路上进行无功补偿。但由于低压配电网的线路布线较混乱，节点多，支路多，所似必须采用一定的优化模式来配置补偿电容器，以达到最优的补偿效果。
4.结束语
本文集中探讨了配电系统无功补偿的作用和方式以及无功补偿技术对配电网的影响。由于配电系统，尤其是低压配电网的线路布线较混乱，对于复杂低压电网，要简化低压配电线路的接线可能很困难，提出的简化方法并不能完全适应实际情况。但是掌握了配电系统无功补偿的方式因地制宜，效率与效益结合，正确选择相应的无功补偿方式，确保补偿技术经济、合理、安全可靠，以达到节约电能的目的。
作者简介：
闫炜铭：（1983.6-）男，陕西商州人，本科，助理工程师，研究方向：电力系统配网运行与检修。