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摘要：配电网无功补偿对电网的安全可靠、优质、经济运行具有重要作用。配电网合理的无功补偿，能够有效地维持系统的电压水平，降低有功网损，提高网络输送容量和設备利用率。现今建设电网行业中10kV配电网的无功损耗占整个电力系统无功损耗的比重很大。在10kV配电网使用柱上无功补偿方式，依照负荷变化自动调整补偿容量，有效地提升配电网功率因数，改善电压质量，降低线路电能损耗，提高供电能力。
关键词：电力系统；无功补偿；降损；经济；电能损耗
0前言
随着电力系统的建设发展和电力用户自动化水平的提高，电气设备对电源电压质量的要求越来越高。波动性负荷造成的局部电网电压不稳和功率因数恶化严重威胁着高自动化水平设备的电气寿命，制约着企业生产效率的提高。电力系统无功功率的调节影响到系统的功率因数、电压水平和负荷平衡，因而是电力系统运行中的一个重要问题。补偿电力系统无功，稳定系统电压，改善系统功率因数，已成为广大用户的迫切要求和电力系统自动化领域的研究方向之一。
1 无功补偿的方式
1.1负荷的无功功率补偿
当无功补偿系统处于独立工作状态时，补偿点的选取直接影响到补偿效果。尤其在距离较长的线路上进行集中补偿，如农电网线路，补偿点的影响更加明显。一些距离很长或带有特殊负荷的线路(如电气化铁路的机车牵引电力线)为保证补偿效果，往往在一条线路上安装多台补偿设备。安装点的选取与线路上负荷的分布情况直接相关。对于低压配电网而言，其负荷一般是沿线路均匀分布的，为使补偿前、后的降损效果最大，必须确定补偿容量和位置，分三种情况。
1.1.1 单点补偿
在无功负荷沿线均匀分布的条件下，对单点补偿而言，补偿地点应装设在距线路首端为线路全长的2/3处，补偿容量为全线所需无功容量的2/3时，线损下降值将为最大。在此情况下，线损下降率为
1.1.2两点补偿
可求出极值为Q1=Q2=2/5，L1=2/5，L2=4/5。因此Q1应装设在距首端2/5L处，Q2应装设在距首端4/5L处，Q1、Q2的值为线路所需无功的2/5倍。线损下降率为
1.1.3 n个补偿点
具有n个补偿电容时，第i个补偿电容器的安装位置为补偿后的线损值为
补偿后的线损值为
线损下降率为
1.2线路及配电变压器中无功损耗的补偿
当线路输送功率时，线路感抗上所消耗的无功功率为
式中，XL为线路全长的感抗，单位Ω；If为流过线路的负荷电流，单位A；P1, Q1和P2,Q2为线路首端和末端的线电压，单位：kV。对于10 kV线路来说感抗值是均匀分布的，因此由线路感抗所造成的无功潮流是均匀递增的变压器励磁无功损耗主要消耗在励磁电抗上，表达式为
2无功自动补偿的控制策略
按电压无功综合控制，采取的控制策略如附图所示：
运行点在0区，即电压合格，无功也合格，不动作。
②运行点在1区，即电压越上限，控制策略为切电容。
③运行点在2区，即电压合格但接近于上限，与电压上限的距离小于UC，无功越上限，此时控制策略为不动作。
④运行点在3区，即电压合格且远离电压上限，无功越上限，此时应进一步考虑功率因数的值，如果功率因数小于功率因数下限(无功越大，则功率因数越小)，则投电容，否则，不动作，这样做主要是为了防止负荷较大时投切频繁，类似于按无功和功率因数综合控制。
⑤运行点在4区，即电压越下限，控制策略为投电容。
⑥运行点在5区，即电压合格但接近于下限，与电压下限的距离小于UC，无功越下限，此时控制策略为不动作。
⑦运行点在6区，即电压合格且远离下限，无功越下限，控制策略为切电容。
3保护功能
并联电容器补偿装置的故障、电容器本身的制造质量及其控制与保护装置的配置、电网运行参数和运行状态等直接关系到设备的可靠性和使用寿命，影响到电力企业及社会的经济效益。为此，10kV柱上无功自动补偿装置中设置了完善的保护功能，以控制各种故障的发展，更好地提高功率因数、降低电能损失、减少设备损坏，提高电网的可靠性。
3.1 动态自检功能
控制器内部控制参数出错以及非严重性故障均可闭锁。
3.2 自恢复功能
控制器出现控制程序混乱时，一秒内程序自动恢复正常，在此期间不会有误输出。
3.3 过压保护
对于现代电力电容器，决定性的因素往往是耐受电压，而不是热的极限，电容器的使用年限与电压的7～8次方成反比。如电压提高l5％，则使用年限就要降低2/3，这样电容器就要损坏。国际电工委员会(IEC)规定：电压升高1.1O倍，允许长期运行，电压升高1.15倍，允许运行30min;电压升高1.20倍，允许运行5min；电压升高l3O倍，允许运行1min。当电压高于过压设定值并达到设定时间，必须切除电容器，并闭锁电容器控制，电压恢复正常时装置恢复正常控制；过压设定值一般为1.15～1.3倍电容器额定电压。过压保护设定时间要远小于电容器投切延时时间。
3.4 欠压保护
如果电压为零或出现不正常的低值(如0.8倍电容器额定电压)，低于欠压设定值并达到欠压保护设定时间后，切除电容器并闭锁，当电压恢复正常水平后，自动进入正常控制。这是因为重新赋能时，电力变压器的励磁涌流中包含大量的谐波，而电容器可能在其中的某次谐波下与网络谐振。
3.5 过电流保护
由于系统电压波动、谐波和短路故障可能会引起过大的电容器电流。为保护电容器，当电容器电流高于过电流设定值并达到设定时间后，切除电容器。当电容器电流高于速断电流设定值并达到速断保护设定时间后，即切除电容器。
3.6 10min保护
电容器内部设有放电电阻，电容器从电网断开后能自行放电，一般情况下，10min后即可降至75V以下。如不放完剩余电荷就投入电容器，很可能会造成过电压及冲击电流，损坏电容器，因此延时10min再进入控制。
3.7 缺相保护
电容器在合闸位置，电容器回路三相电流中任一相为零时，电容器退出运行。
4结语
配电网无功补偿是降损节能和改善电能计量质量的一种重要途径之一，10kV配电网采用柱上无功补偿方式，根据负荷变化自动调整补偿容量。有效地提高配电网功率因数，减少线路电能损耗，改善电压质量，提高供电能力。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：电力系统；无功补偿；降损；经济；电能损耗
0前言
随着电力系统的建设发展和电力用户自动化水平的提高，电气设备对电源电压质量的要求越来越高。波动性负荷造成的局部电网电压不稳和功率因数恶化严重威胁着高自动化水平设备的电气寿命，制约着企业生产效率的提高。电力系统无功功率的调节影响到系统的功率因数、电压水平和负荷平衡，因而是电力系统运行中的一个重要问题。补偿电力系统无功，稳定系统电压，改善系统功率因数，已成为广大用户的迫切要求和电力系统自动化领域的研究方向之一。
1 无功补偿的方式
1.1负荷的无功功率补偿
当无功补偿系统处于独立工作状态时，补偿点的选取直接影响到补偿效果。尤其在距离较长的线路上进行集中补偿，如农电网线路，补偿点的影响更加明显。一些距离很长或带有特殊负荷的线路(如电气化铁路的机车牵引电力线)为保证补偿效果，往往在一条线路上安装多台补偿设备。安装点的选取与线路上负荷的分布情况直接相关。对于低压配电网而言，其负荷一般是沿线路均匀分布的，为使补偿前、后的降损效果最大，必须确定补偿容量和位置，分三种情况。
1.1.1 单点补偿
在无功负荷沿线均匀分布的条件下，对单点补偿而言，补偿地点应装设在距线路首端为线路全长的2/3处，补偿容量为全线所需无功容量的2/3时，线损下降值将为最大。在此情况下，线损下降率为
1.1.2两点补偿
可求出极值为Q1=Q2=2/5，L1=2/5，L2=4/5。因此Q1应装设在距首端2/5L处，Q2应装设在距首端4/5L处，Q1、Q2的值为线路所需无功的2/5倍。线损下降率为
1.1.3 n个补偿点
具有n个补偿电容时，第i个补偿电容器的安装位置为补偿后的线损值为
补偿后的线损值为
线损下降率为
1.2线路及配电变压器中无功损耗的补偿
当线路输送功率时，线路感抗上所消耗的无功功率为
式中，XL为线路全长的感抗，单位Ω；If为流过线路的负荷电流，单位A；P1, Q1和P2,Q2为线路首端和末端的线电压，单位：kV。对于10 kV线路来说感抗值是均匀分布的，因此由线路感抗所造成的无功潮流是均匀递增的变压器励磁无功损耗主要消耗在励磁电抗上，表达式为
2无功自动补偿的控制策略
按电压无功综合控制，采取的控制策略如附图所示：
运行点在0区，即电压合格，无功也合格，不动作。
②运行点在1区，即电压越上限，控制策略为切电容。
③运行点在2区，即电压合格但接近于上限，与电压上限的距离小于UC，无功越上限，此时控制策略为不动作。
④运行点在3区，即电压合格且远离电压上限，无功越上限，此时应进一步考虑功率因数的值，如果功率因数小于功率因数下限(无功越大，则功率因数越小)，则投电容，否则，不动作，这样做主要是为了防止负荷较大时投切频繁，类似于按无功和功率因数综合控制。
⑤运行点在4区，即电压越下限，控制策略为投电容。
⑥运行点在5区，即电压合格但接近于下限，与电压下限的距离小于UC，无功越下限，此时控制策略为不动作。
⑦运行点在6区，即电压合格且远离下限，无功越下限，控制策略为切电容。
3保护功能
并联电容器补偿装置的故障、电容器本身的制造质量及其控制与保护装置的配置、电网运行参数和运行状态等直接关系到设备的可靠性和使用寿命，影响到电力企业及社会的经济效益。为此，10kV柱上无功自动补偿装置中设置了完善的保护功能，以控制各种故障的发展，更好地提高功率因数、降低电能损失、减少设备损坏，提高电网的可靠性。
3.1 动态自检功能
控制器内部控制参数出错以及非严重性故障均可闭锁。
3.2 自恢复功能
控制器出现控制程序混乱时，一秒内程序自动恢复正常，在此期间不会有误输出。
3.3 过压保护
对于现代电力电容器，决定性的因素往往是耐受电压，而不是热的极限，电容器的使用年限与电压的7～8次方成反比。如电压提高l5％，则使用年限就要降低2/3，这样电容器就要损坏。国际电工委员会(IEC)规定：电压升高1.1O倍，允许长期运行，电压升高1.15倍，允许运行30min;电压升高1.20倍，允许运行5min；电压升高l3O倍，允许运行1min。当电压高于过压设定值并达到设定时间，必须切除电容器，并闭锁电容器控制，电压恢复正常时装置恢复正常控制；过压设定值一般为1.15～1.3倍电容器额定电压。过压保护设定时间要远小于电容器投切延时时间。
3.4 欠压保护
如果电压为零或出现不正常的低值(如0.8倍电容器额定电压)，低于欠压设定值并达到欠压保护设定时间后，切除电容器并闭锁，当电压恢复正常水平后，自动进入正常控制。这是因为重新赋能时，电力变压器的励磁涌流中包含大量的谐波，而电容器可能在其中的某次谐波下与网络谐振。
3.5 过电流保护
由于系统电压波动、谐波和短路故障可能会引起过大的电容器电流。为保护电容器，当电容器电流高于过电流设定值并达到设定时间后，切除电容器。当电容器电流高于速断电流设定值并达到速断保护设定时间后，即切除电容器。
3.6 10min保护
电容器内部设有放电电阻，电容器从电网断开后能自行放电，一般情况下，10min后即可降至75V以下。如不放完剩余电荷就投入电容器，很可能会造成过电压及冲击电流，损坏电容器，因此延时10min再进入控制。
3.7 缺相保护
电容器在合闸位置，电容器回路三相电流中任一相为零时，电容器退出运行。
4结语
配电网无功补偿是降损节能和改善电能计量质量的一种重要途径之一，10kV配电网采用柱上无功补偿方式，根据负荷变化自动调整补偿容量。有效地提高配电网功率因数，减少线路电能损耗，改善电压质量，提高供电能力。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。