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摘要：要想解决电力系统容性无功问题，必须得搞清楚为什么会产生容性无功。本文通过寻找电力系统容性无功的产生机理并加以分析，总结一些可行性补偿策略。
关键词：电力系统；容性无功；补偿策略；
中图分类号：TM7文献标识码：A文章编号：1674-3520（2014）-06-00269-02一、引言
根据三相交流电的供电特性，电力系统交流输电工程中的电压、电流、功率有有功分量和无功分量两种。而电力系统的稳定性以及输电线损的大小直接受到无功分量的大小。而无功分量又可以分为感性无功和容性无功。电力系统中的输电线路和电缆在作业时都会无可避免地产生容性无功。尤其是近年来城市电网改造工作的不断深入，城网的配电网络基本上都是由高压电缆组成。然而高压电缆产生的容性无功对配网的安全经济运行造成了严重影响。
二、电力系统容性无功产生的机理
（一）长线充电无功：我们可以把架空线路(尤其是高压、超高压线路）看做是一个电容。其输电线路长度可达几百甚至上千公里，而且导线大多数采用的是分裂导线，其等效面直径将近1米，因此我们可以将这整条线路看做是一个面积可达上千平方米的巨大电容器，而导线就是极板。根据公式：
C=KεS/L
C——电容器电容：K——常数：ε——介质介电常数：S——极板面积：L——极间距离
我们可以看出，对于高压线路这样的特殊电容器来说，极间距离虽然相对较远，空气的介电常数也并不高，然而仅仅一个极板距离（S)就可以决定其产生巨大电容。
作为输电设备，输电线和电缆都是电力系统中的容性无功设备，其产生的容性无功功率相当惊人，严重影响电力系统的正常运行。特别是当电力系统超负荷运行时，下路末端的电压升高是线路无法正常工作，严重时甚至导致电力系统的崩溃。我国的高压线路在最开始建成时，由于没有充分考虑到末端电压升高的问题，结果在线路投入使用后不久就不能够正常运行，经过长期的问题排查和相关研究后，通过安装补偿设备，问题才得以解决。
（二）电力电缆充电无功：由于受土地资源的限制和供电线路走廊的制约，在城市高压输电系统中经常使用电力电缆来代替架空线路。但因为电力电缆芯线相间，对地距离较近，绝缘物介电常数又相对较高，如此一来，根据上述公式可知，也会产生较大的电容。例如某水厂采用的是YJV22-3x240电缆，电压为10kV，全长6㎞，电容为0.41μF/km，以月为单位计算，每个月将近有6万kw•h的无功电量产生，而每个月该线路的计量表上所显示的数据却只有60kw•h，用户需要补缴的功率因数调整电费远远超过有功电量的电费，这对于用户来说确实是心存疑惑，由于电缆线路电容将近是架空线路的20-30倍，因此电缆线路的充电功率相当大，长时间运行会吸入大量无功电量。
（三）风电场普遍存在容性无功过剩现象：由于风电场的高压电缆长度大，布置比较分散等特点，容性无功过剩普遍存在。根据国家电网的规定，要求其配置的容性无功容量在满足风电场满发时输出线路一半的耗感性无功损的情况下还应能补偿并网点以下风电场汇集系统及主变压器的感性无功损耗，以达到其配置的感性无功容量能够补偿风电场输送线路的充电无功功率。
三、电力系统容性无功的特点
电网结构固定后其容性无功相对固定
一条输电线路一旦设定并建造完成，其线路长度、地线和导线的排列方式就被固定下来，其对地电容就不会再有太大的变化。只有在电压发生变化时，其充电无功功率才会发生相应的变化。根据电压质量标准，规定高压以及超高压的系统的运行电压一般不超过额定电压±7%的变化，为保证电压能够达到规定标准，要根据负荷、发电量及运行方式及时调整系统调度。影响电力电缆充电无功的因素有三个：电缆长度、芯线截面大小和介质介电常数。例如，城市一110kV变电站系统，其10kV输电线路总长80km，那么它容性充电功率在1350～1500千瓦之间而基本上不会发生太大变化。
四、电力系统容性无功补偿的策略
从电力系统容性无功产生的机理上来看，配电网消耗的无功功率最多，其他各级网络和输电设备也有相应的损耗。为了将无功功率的传输损耗降到最低，合理地对无功补偿设备的配置进行布局安排,最大限度地提高输配电设备的工作效率,有人提出了“就地平衡，分级补偿”的原则，其具体内容如下：
（一）总体平衡与局部平衡相结合：试想，如果无功电源的布局不合理，而补偿容量和补偿位置也设计得不得当，就会导致局部区间的无功电力不平衡，从而造成电网的功率和电能的大量损耗。因此，在电网的设计过程中，首先要考虑的是根据变电所的要求，保证10kV 配电线路的无功电力平衡。只有在总平衡的基础上，研究各个局部的补偿方案，才能更好地对容性无功起到补偿作用。
（二）电力部门补偿与用户补偿相结合：由于在配电网络中，不仅仅是在配电网中存在无功功率的消耗，而且用户也在消耗无功功率，并且用户的无功功率消耗要远大于配电网中的无功消耗，鉴于此，应该采取电力部门补偿与用户补偿相结合的补偿方式。
（三）集中补偿与分散补偿相结合：集中补偿，是指在变电所集中配置大容量的电容补偿设备，主要是针对主变压器本身的无功进行补偿；而分散补偿，指的是在配电网络中分散的负荷区进行的无功补偿，主要包括对配电线路，配电变压器和用户的用电设备进行补偿。
（四）降损与调压相结合：通过电容器的并联方式可以进行无功补偿从而就地平衡无功电力，减少无功损耗。同时对电容器进行分组，适当调整电压，改善电压的质量。
五、无功负荷的最优补偿
（一）变电所无功负荷的最优补偿：变电所一般都会配备两台变压器，根据就地补偿的原则，可以将变电所的补偿电容器组分为两组，结合网内无功电流的分布以及配电线路和用户的无功补偿水平来考虑，其容量一般均能够满足轻载无功负荷及平均无功负荷的需求，一般可将主变压器容量控制在10%-15%左右。
（二）配电线路无功负荷的最优补偿：由于在电力系统中，输送的有功功率一般都是一定的，基本没有太大变化，因此，无功功率的损耗决定了总功率损耗的多少，在网络结构固定且输送的有功功率一定的情况下，输送的无功功率越大，总的功率损耗就越大。而负荷功率因数的高低，直接决定了无功功率的大小。负荷功率因数越低，则负荷所需要无功功率越大。其中功率因数与无功功率，有功功率和线损之间的关系可以用下面的等式表示：
（kW）
其中：
△P——有功功率损耗：P——有功功率（kW）：R——线路额定电阻（Ω）：U——线路额定电压（kV）：cos——线路功率因素
该式清晰地展示了线路有功功率损耗（△P）与线路功率因数（cos）成反比的关系，即，线路功率因素越高，则线路有功功率损耗越小，从而可以通过提高线路功率因素来减少线路有功功率损耗。
（三）配电变压器的无功补偿
针对后半夜时电力电缆处于低容负荷状态从而使整个输电系统出现容性无功过剩的情况，经调查研究发现，其主要是由变压器的有功损耗和无功损耗造成的，利用配电网线损理论计算配电变压器的无功损耗可知，所占比例约是配电网总损耗的60%。综合各方面的因素进行考虑，对200kVA以上的配电变压器可以安装自动跟踪补偿装置，而对于容量在200kVA以下的配电变压器，可以根据掌握配变容量的5%左右来进行静态无功补偿。
六、结语
对电力系统容性无功问题采取补偿措施，可以起到节能的作用，符合我国建设资源节约型社会的道路。本文通过对电力容性无功的产生机理进行探究，总结了一些补偿性策略，希望在实践运用的过程当中具有可行性并发挥功效。
参考文献：
[1]黄留欣,黄磊,赵颖煜,刘亚辉,郭僖斌.电力系统容性无功及补偿[J].电力电容器与无功补偿,2013,03:1-5
[2]李亚明.大规模风电并网的电力系统无功补偿研究[D].华北电力大学,2012
[3]卢勇,李盛林,卢志强.电力系统无功补偿点的确定及其补偿方法[J].电力电容器,2006,02:8-11
关键词：电力系统；容性无功；补偿策略；
中图分类号：TM7文献标识码：A文章编号：1674-3520（2014）-06-00269-02一、引言
根据三相交流电的供电特性，电力系统交流输电工程中的电压、电流、功率有有功分量和无功分量两种。而电力系统的稳定性以及输电线损的大小直接受到无功分量的大小。而无功分量又可以分为感性无功和容性无功。电力系统中的输电线路和电缆在作业时都会无可避免地产生容性无功。尤其是近年来城市电网改造工作的不断深入，城网的配电网络基本上都是由高压电缆组成。然而高压电缆产生的容性无功对配网的安全经济运行造成了严重影响。
二、电力系统容性无功产生的机理
（一）长线充电无功：我们可以把架空线路(尤其是高压、超高压线路）看做是一个电容。其输电线路长度可达几百甚至上千公里，而且导线大多数采用的是分裂导线，其等效面直径将近1米，因此我们可以将这整条线路看做是一个面积可达上千平方米的巨大电容器，而导线就是极板。根据公式：
C=KεS/L
C——电容器电容：K——常数：ε——介质介电常数：S——极板面积：L——极间距离
我们可以看出，对于高压线路这样的特殊电容器来说，极间距离虽然相对较远，空气的介电常数也并不高，然而仅仅一个极板距离（S)就可以决定其产生巨大电容。
作为输电设备，输电线和电缆都是电力系统中的容性无功设备，其产生的容性无功功率相当惊人，严重影响电力系统的正常运行。特别是当电力系统超负荷运行时，下路末端的电压升高是线路无法正常工作，严重时甚至导致电力系统的崩溃。我国的高压线路在最开始建成时，由于没有充分考虑到末端电压升高的问题，结果在线路投入使用后不久就不能够正常运行，经过长期的问题排查和相关研究后，通过安装补偿设备，问题才得以解决。
（二）电力电缆充电无功：由于受土地资源的限制和供电线路走廊的制约，在城市高压输电系统中经常使用电力电缆来代替架空线路。但因为电力电缆芯线相间，对地距离较近，绝缘物介电常数又相对较高，如此一来，根据上述公式可知，也会产生较大的电容。例如某水厂采用的是YJV22-3x240电缆，电压为10kV，全长6㎞，电容为0.41μF/km，以月为单位计算，每个月将近有6万kw•h的无功电量产生，而每个月该线路的计量表上所显示的数据却只有60kw•h，用户需要补缴的功率因数调整电费远远超过有功电量的电费，这对于用户来说确实是心存疑惑，由于电缆线路电容将近是架空线路的20-30倍，因此电缆线路的充电功率相当大，长时间运行会吸入大量无功电量。
（三）风电场普遍存在容性无功过剩现象：由于风电场的高压电缆长度大，布置比较分散等特点，容性无功过剩普遍存在。根据国家电网的规定，要求其配置的容性无功容量在满足风电场满发时输出线路一半的耗感性无功损的情况下还应能补偿并网点以下风电场汇集系统及主变压器的感性无功损耗，以达到其配置的感性无功容量能够补偿风电场输送线路的充电无功功率。
三、电力系统容性无功的特点
电网结构固定后其容性无功相对固定
一条输电线路一旦设定并建造完成，其线路长度、地线和导线的排列方式就被固定下来，其对地电容就不会再有太大的变化。只有在电压发生变化时，其充电无功功率才会发生相应的变化。根据电压质量标准，规定高压以及超高压的系统的运行电压一般不超过额定电压±7%的变化，为保证电压能够达到规定标准，要根据负荷、发电量及运行方式及时调整系统调度。影响电力电缆充电无功的因素有三个：电缆长度、芯线截面大小和介质介电常数。例如，城市一110kV变电站系统，其10kV输电线路总长80km，那么它容性充电功率在1350～1500千瓦之间而基本上不会发生太大变化。
四、电力系统容性无功补偿的策略
从电力系统容性无功产生的机理上来看，配电网消耗的无功功率最多，其他各级网络和输电设备也有相应的损耗。为了将无功功率的传输损耗降到最低，合理地对无功补偿设备的配置进行布局安排,最大限度地提高输配电设备的工作效率,有人提出了“就地平衡，分级补偿”的原则，其具体内容如下：
（一）总体平衡与局部平衡相结合：试想，如果无功电源的布局不合理，而补偿容量和补偿位置也设计得不得当，就会导致局部区间的无功电力不平衡，从而造成电网的功率和电能的大量损耗。因此，在电网的设计过程中，首先要考虑的是根据变电所的要求，保证10kV 配电线路的无功电力平衡。只有在总平衡的基础上，研究各个局部的补偿方案，才能更好地对容性无功起到补偿作用。
（二）电力部门补偿与用户补偿相结合：由于在配电网络中，不仅仅是在配电网中存在无功功率的消耗，而且用户也在消耗无功功率，并且用户的无功功率消耗要远大于配电网中的无功消耗，鉴于此，应该采取电力部门补偿与用户补偿相结合的补偿方式。
（三）集中补偿与分散补偿相结合：集中补偿，是指在变电所集中配置大容量的电容补偿设备，主要是针对主变压器本身的无功进行补偿；而分散补偿，指的是在配电网络中分散的负荷区进行的无功补偿，主要包括对配电线路，配电变压器和用户的用电设备进行补偿。
（四）降损与调压相结合：通过电容器的并联方式可以进行无功补偿从而就地平衡无功电力，减少无功损耗。同时对电容器进行分组，适当调整电压，改善电压的质量。
五、无功负荷的最优补偿
（一）变电所无功负荷的最优补偿：变电所一般都会配备两台变压器，根据就地补偿的原则，可以将变电所的补偿电容器组分为两组，结合网内无功电流的分布以及配电线路和用户的无功补偿水平来考虑，其容量一般均能够满足轻载无功负荷及平均无功负荷的需求，一般可将主变压器容量控制在10%-15%左右。
（二）配电线路无功负荷的最优补偿：由于在电力系统中，输送的有功功率一般都是一定的，基本没有太大变化，因此，无功功率的损耗决定了总功率损耗的多少，在网络结构固定且输送的有功功率一定的情况下，输送的无功功率越大，总的功率损耗就越大。而负荷功率因数的高低，直接决定了无功功率的大小。负荷功率因数越低，则负荷所需要无功功率越大。其中功率因数与无功功率，有功功率和线损之间的关系可以用下面的等式表示：
（kW）
其中：
△P——有功功率损耗：P——有功功率（kW）：R——线路额定电阻（Ω）：U——线路额定电压（kV）：cos——线路功率因素
该式清晰地展示了线路有功功率损耗（△P）与线路功率因数（cos）成反比的关系，即，线路功率因素越高，则线路有功功率损耗越小，从而可以通过提高线路功率因素来减少线路有功功率损耗。
（三）配电变压器的无功补偿
针对后半夜时电力电缆处于低容负荷状态从而使整个输电系统出现容性无功过剩的情况，经调查研究发现，其主要是由变压器的有功损耗和无功损耗造成的，利用配电网线损理论计算配电变压器的无功损耗可知，所占比例约是配电网总损耗的60%。综合各方面的因素进行考虑，对200kVA以上的配电变压器可以安装自动跟踪补偿装置，而对于容量在200kVA以下的配电变压器，可以根据掌握配变容量的5%左右来进行静态无功补偿。
六、结语
对电力系统容性无功问题采取补偿措施，可以起到节能的作用，符合我国建设资源节约型社会的道路。本文通过对电力容性无功的产生机理进行探究，总结了一些补偿性策略，希望在实践运用的过程当中具有可行性并发挥功效。
参考文献：
[1]黄留欣,黄磊,赵颖煜,刘亚辉,郭僖斌.电力系统容性无功及补偿[J].电力电容器与无功补偿,2013,03:1-5
[2]李亚明.大规模风电并网的电力系统无功补偿研究[D].华北电力大学,2012
[3]卢勇,李盛林,卢志强.电力系统无功补偿点的确定及其补偿方法[J].电力电容器,2006,02:8-11