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【摘 要】本文针对配电网无功补偿遇到的问题进行分析,并提出对策。如何采用最佳方案在进行配电网无功补偿、提高功率因数和搞好无功平衡,是一项建设性的降损技术措施。
【关键词】配电网；无功补偿；问题；对策
低压配电网无功补偿技术在配电系统中也开始普及和发展起来,从静态补偿到动态补偿,从有触点补偿到无触点补偿,都取得了丰富的经验。但是在实践中也遇到一些问题,必须引起重视。
1.无功补偿方案实施中遇到的问题
1.1 无功补偿装置安装地点
通过计算全网的无功潮流,确定配电网的补偿方式、选择最优补偿容量和补偿装置安装地点,才能使其发挥最大的经济效益。要使补偿后的运行费用以及相应的安装成本同时达到最小化,需要大量的数据累计和各部门的紧密配合,同时计算过程相当复杂。
1.2 无功功率因数补偿度问题
一般资料中都比较笼统地提出将功率因数补偿到0.95以上或最低，目标是达到规定的功率因数，然后是越高越好，尽量使其接近1，这是一种片面追求高功率因数的做法。
1.3 谐波的问题
电容器本身除了具备一定的抗谐波能力,但同时也有放大谐波的副作用。谐波含量过大时会对电容器的寿命产生影响,甚至造成电容器的过早损坏。并且由于电容器对谐波的放大作用,将使系统的谐波干扰更严重。因而做无功补偿时必须考虑谐波治理,在有较大谐波干扰,又需要补偿无功的地点,应考虑增加滤波装置。
1.4 无功倒送的问题
无功倒送会增加配电网的损耗,加重配电线路的负担,是电力系统所不允许的。尤其是采用固定电容器补偿方式的用户,则可能在负荷低谷时造成无功倒送,这引起充分考虑。
1.5 产品选型及工程应注意的问题
(1)要注意运行及产品可靠性问题。与配电变压器相比,低压补偿装置的维护量无疑要高很多;控制系统越复杂、功能越多,维护工作量越大。低压补偿装置的可靠性在开关和电容器,电容器寿命与工作条件有关,因此装置的投切开关是关键。大量工程实践表明,户外配变无功补偿因工作条件差,晶闸管或接触器补偿装置难满足可靠性要求,机电一体开关是最佳选择。(2)要注意产品类型和功能选择。对配电台变的补偿控制,有多种类型和不同功能的产品可供选择。城网台变多以无功补偿为主,很多要求有综合监测功能。
2.无功补偿方案实施的对策
2.1 无功补偿装置地点的选择
怎样选择装设地点和容量才能实现效益最大化？通过公式，已知电容器容量，取在不同安装容量时最佳安装地点。
式中，K为线路无功补偿度；n为电容器组数；Qc为电容器容量（kvar）；Q为线路无功功率（kvar）。
在10kV配电中装置并联电容器最佳补偿问题，经过数学模型进行计算的结果如表1所示。
表1电容器的安装组数、容量与无功线损下降率
电容器安装组数 离线路末端安装距离 电容器安装容量 无功线损下降率
第一组 第二组 第三组
1 1/3L 2/3Q 88.9
2 1/5L 3/5L 4/5Q 96.0
3 1/7L 3/7L 5/7L 6/7Q 98.0
注：L为线路全长。
一般对于均匀分布负荷的配电线路，以安装一组电容器为宜，最多两组就足够了，实际配电除有干线外，还有许多分支线，配电线上无功补偿装置可按以下原则进行配置：
（1）在负荷较大的分支线上，各配置一组电容器，安装地点在距支线T接点2/3处，补偿容量为支线载功负荷平均值的2/3。
（2）在干线距首端2/3处配置一组电容器，容量为经支线补偿后全线剩下无功负荷的2/3。
（3）电容器组安装应尽量靠近配电变压器，停电后电容器组可以通过变压器绕组放电，遇有线路停电检修，还应断开电容器组。
2.2 无功功率因数的计算
用户的功率因数偏低就会从系统中吸收无功。补偿无功功率后，让无功功率基本就地平衡，线损可以大为降低，这是降低网损的主要措施之一。用户提高功率因数不外乎2种方法：（1）提高自然功率因数，让设备运行于最佳状态；（2）自然功率因数达不到要求时采取无功补偿的方法，但将功率因数提高到多大才算较合理呢？首先分析一下无功功率因数提高到多少才合理。
在负荷的有功功率P保持不变的条件下，提高负荷的功率因数，就意味着减小负荷的无功功率Q，因而可以减少无功功率通过线路及变压器的无功功率，所以也将减少线路和变压器中的有功功率损耗的电能损耗。
设电网的元件电阻为R。功率因数为cosφ，则元件电阻上的功率损耗△P=P2R/U2cos2φ，所以△P与功率因数的平方成反比。提高功率因数cosφ就意味着减少功率损耗△P。同时提高负荷功率因数与降低线损百分数的关系可以用下面简单的近似关系式表示：
△P(%)=[(1-cos2φ1)/cos2φ2]×100%
式中，cosφ1为负荷原来的均方根功率因数；cosφ2为提高后的均方根功率因数。
按上述公式可得出提高功率因数对降低负载损耗的影响，计算结果如表2所示。
表2 负荷功率因数与降低线损的关系表
负荷原有功率因数值 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9
降低线损百分数/% 60 53 46 38 29 20 10
提高负荷的功率因数，使无功功率基本就地平衡，线损就可以大为降低，而且还可以改善电压质量和提高变压器的输送能力。电力用户的功率因数应提高到以下规定值：
（1）一般工业用户的功率因数要求从0.85提高到0.9；（2）对大量用电的工业用户的功率因数要求从0.90提高到0.95；（3）对普通居民用户功率因数要求达到0.85以上。
2.3 无功补偿装置运行中的几点建议
(1)无触点静态无功补偿裝置采用优质可控硅模块作电子投切开关，使用寿命长，采用电压过零投切时能限制涌流在规定范围内自动投切，动态响应技术，投切时间≤20ms，同时采用电抗器电容器组，真正做到电容器投切时无涌流、无震荡、无谐波、无电压冲击噪声运行，同时相应地延长了电容器的使用寿命。
(2)无功补偿容量根据配变容量、负荷情况进行综合选择，厂家进行成套设备的安装与检测。无触点静态无功补偿装置功能齐全，性能优越，具有负荷综测、电压综测功能，能对电压、电流、功率因数等数据进行采集与分析，根据功率因数限制进行无功投切设定，功率因数达到设定值时，不投电容器，功率因数超过设定值时，切开电容器，当系统停电时，自动退出电容器，当系统恢复供电时，自动恢复运行。
(3)虽然线路电压的波动主要是由无功量变化引起的，但线路的电压水平却是由系统情况而决定的，当线路电压基准偏高或偏低时，无触点静态无功补偿装置能根据电压限制进行电容投切设定，108%额定值≤电压＜过电压。欠补不投，过补切。
3.结语
配电网建设直接关系到城市的经济建设与发展，是城市现代化建设的重要基础设施之一。城市配电网的建设和改造必须综合考虑城市发展规划、现有电网及其技术水平、资金投入、施工和运行管理等几个方面，以利于最终电网的安全、优质、经济、可靠运行。
参考文献
[1]王爱华.浅谈10kV配电无功补偿技术与经济分析[J].科技促进发展(应用版).2010(08)
【关键词】配电网；无功补偿；问题；对策
低压配电网无功补偿技术在配电系统中也开始普及和发展起来,从静态补偿到动态补偿,从有触点补偿到无触点补偿,都取得了丰富的经验。但是在实践中也遇到一些问题,必须引起重视。
1.无功补偿方案实施中遇到的问题
1.1 无功补偿装置安装地点
通过计算全网的无功潮流,确定配电网的补偿方式、选择最优补偿容量和补偿装置安装地点,才能使其发挥最大的经济效益。要使补偿后的运行费用以及相应的安装成本同时达到最小化,需要大量的数据累计和各部门的紧密配合,同时计算过程相当复杂。
1.2 无功功率因数补偿度问题
一般资料中都比较笼统地提出将功率因数补偿到0.95以上或最低，目标是达到规定的功率因数，然后是越高越好，尽量使其接近1，这是一种片面追求高功率因数的做法。
1.3 谐波的问题
电容器本身除了具备一定的抗谐波能力,但同时也有放大谐波的副作用。谐波含量过大时会对电容器的寿命产生影响,甚至造成电容器的过早损坏。并且由于电容器对谐波的放大作用,将使系统的谐波干扰更严重。因而做无功补偿时必须考虑谐波治理,在有较大谐波干扰,又需要补偿无功的地点,应考虑增加滤波装置。
1.4 无功倒送的问题
无功倒送会增加配电网的损耗,加重配电线路的负担,是电力系统所不允许的。尤其是采用固定电容器补偿方式的用户,则可能在负荷低谷时造成无功倒送,这引起充分考虑。
1.5 产品选型及工程应注意的问题
(1)要注意运行及产品可靠性问题。与配电变压器相比,低压补偿装置的维护量无疑要高很多;控制系统越复杂、功能越多,维护工作量越大。低压补偿装置的可靠性在开关和电容器,电容器寿命与工作条件有关,因此装置的投切开关是关键。大量工程实践表明,户外配变无功补偿因工作条件差,晶闸管或接触器补偿装置难满足可靠性要求,机电一体开关是最佳选择。(2)要注意产品类型和功能选择。对配电台变的补偿控制,有多种类型和不同功能的产品可供选择。城网台变多以无功补偿为主,很多要求有综合监测功能。
2.无功补偿方案实施的对策
2.1 无功补偿装置地点的选择
怎样选择装设地点和容量才能实现效益最大化？通过公式，已知电容器容量，取在不同安装容量时最佳安装地点。
式中，K为线路无功补偿度；n为电容器组数；Qc为电容器容量（kvar）；Q为线路无功功率（kvar）。
在10kV配电中装置并联电容器最佳补偿问题，经过数学模型进行计算的结果如表1所示。
表1电容器的安装组数、容量与无功线损下降率
电容器安装组数 离线路末端安装距离 电容器安装容量 无功线损下降率
第一组 第二组 第三组
1 1/3L 2/3Q 88.9
2 1/5L 3/5L 4/5Q 96.0
3 1/7L 3/7L 5/7L 6/7Q 98.0
注：L为线路全长。
一般对于均匀分布负荷的配电线路，以安装一组电容器为宜，最多两组就足够了，实际配电除有干线外，还有许多分支线，配电线上无功补偿装置可按以下原则进行配置：
（1）在负荷较大的分支线上，各配置一组电容器，安装地点在距支线T接点2/3处，补偿容量为支线载功负荷平均值的2/3。
（2）在干线距首端2/3处配置一组电容器，容量为经支线补偿后全线剩下无功负荷的2/3。
（3）电容器组安装应尽量靠近配电变压器，停电后电容器组可以通过变压器绕组放电，遇有线路停电检修，还应断开电容器组。
2.2 无功功率因数的计算
用户的功率因数偏低就会从系统中吸收无功。补偿无功功率后，让无功功率基本就地平衡，线损可以大为降低，这是降低网损的主要措施之一。用户提高功率因数不外乎2种方法：（1）提高自然功率因数，让设备运行于最佳状态；（2）自然功率因数达不到要求时采取无功补偿的方法，但将功率因数提高到多大才算较合理呢？首先分析一下无功功率因数提高到多少才合理。
在负荷的有功功率P保持不变的条件下，提高负荷的功率因数，就意味着减小负荷的无功功率Q，因而可以减少无功功率通过线路及变压器的无功功率，所以也将减少线路和变压器中的有功功率损耗的电能损耗。
设电网的元件电阻为R。功率因数为cosφ，则元件电阻上的功率损耗△P=P2R/U2cos2φ，所以△P与功率因数的平方成反比。提高功率因数cosφ就意味着减少功率损耗△P。同时提高负荷功率因数与降低线损百分数的关系可以用下面简单的近似关系式表示：
△P(%)=[(1-cos2φ1)/cos2φ2]×100%
式中，cosφ1为负荷原来的均方根功率因数；cosφ2为提高后的均方根功率因数。
按上述公式可得出提高功率因数对降低负载损耗的影响，计算结果如表2所示。
表2 负荷功率因数与降低线损的关系表
负荷原有功率因数值 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9
降低线损百分数/% 60 53 46 38 29 20 10
提高负荷的功率因数，使无功功率基本就地平衡，线损就可以大为降低，而且还可以改善电压质量和提高变压器的输送能力。电力用户的功率因数应提高到以下规定值：
（1）一般工业用户的功率因数要求从0.85提高到0.9；（2）对大量用电的工业用户的功率因数要求从0.90提高到0.95；（3）对普通居民用户功率因数要求达到0.85以上。
2.3 无功补偿装置运行中的几点建议
(1)无触点静态无功补偿裝置采用优质可控硅模块作电子投切开关，使用寿命长，采用电压过零投切时能限制涌流在规定范围内自动投切，动态响应技术，投切时间≤20ms，同时采用电抗器电容器组，真正做到电容器投切时无涌流、无震荡、无谐波、无电压冲击噪声运行，同时相应地延长了电容器的使用寿命。
(2)无功补偿容量根据配变容量、负荷情况进行综合选择，厂家进行成套设备的安装与检测。无触点静态无功补偿装置功能齐全，性能优越，具有负荷综测、电压综测功能，能对电压、电流、功率因数等数据进行采集与分析，根据功率因数限制进行无功投切设定，功率因数达到设定值时，不投电容器，功率因数超过设定值时，切开电容器，当系统停电时，自动退出电容器，当系统恢复供电时，自动恢复运行。
(3)虽然线路电压的波动主要是由无功量变化引起的，但线路的电压水平却是由系统情况而决定的，当线路电压基准偏高或偏低时，无触点静态无功补偿装置能根据电压限制进行电容投切设定，108%额定值≤电压＜过电压。欠补不投，过补切。
3.结语
配电网建设直接关系到城市的经济建设与发展，是城市现代化建设的重要基础设施之一。城市配电网的建设和改造必须综合考虑城市发展规划、现有电网及其技术水平、资金投入、施工和运行管理等几个方面，以利于最终电网的安全、优质、经济、可靠运行。
参考文献
[1]王爱华.浅谈10kV配电无功补偿技术与经济分析[J].科技促进发展(应用版).2010(08)