試論低壓配電系統(tǒng)中無功補償?shù)膽?yīng)用

劉劍凡

（佛山市順德區(qū)機電安裝工程有限公司，廣東 佛山 528000）

電力事業(yè)的不斷發(fā)展和電網(wǎng)的日趨復(fù)雜使低壓用電負(fù)荷增長幅度越來越快，隨之導(dǎo)致的問題是大量的無功功率在電網(wǎng)中流動形成線路損耗，大大降低了電能的電壓質(zhì)量和電網(wǎng)的經(jīng)濟效益。由于無功功率補償具有提高電網(wǎng)的功率因素，補償負(fù)荷所需的部分或全部無功功率的特點，被廣泛應(yīng)用于低壓配電網(wǎng)中。

1 無功補償?shù)脑?/h2>

無功補償優(yōu)化，主要是設(shè)置無功功率補償裝置。即在變配電所高壓或低壓母線上并聯(lián)調(diào)相機或電容器，補償負(fù)荷所需的部分或全部無功功率，以提高設(shè)置點用戶的功率因數(shù)，從而減少網(wǎng)絡(luò)中輸送的無功功率以降低網(wǎng)損。由于并聯(lián)電容器無旋轉(zhuǎn)部分，運行維護(hù)方便安全，而且便于安裝、能耗低、投資省，已逐漸取代了同步調(diào)相機，現(xiàn)主要介紹電容器無功補償。

按電容器安裝的位置不同，主要有集中補償、分組補償和就地補償3種方式。

1.1 集中補償

電容器組集中裝設(shè)在總降壓變配電所的10 kV母線上，用來提高整個變電所的功率因數(shù)，使該變配電所要供電范圍內(nèi)無功功率基本平衡。可減少高壓線路的無功損耗，而且能夠提高本變配電所的供電電壓質(zhì)量。

1.2 分組補償

將電容器分別裝設(shè)在功率因數(shù)較低的各配電所的高壓或低壓母線上，也稱為分散補償。這種方式具有與集中補償相同的優(yōu)點，但無功補償容量和范圍相對小些，效果較明顯，因而普遍采用。

1.3 就地補償

將電容器裝設(shè)在感性用電設(shè)備附近，就地進(jìn)行無功補償，也稱為個別補償。這種補償方式既能提高用電設(shè)備供電回路的功率因數(shù)，又能改善用電設(shè)備的電壓質(zhì)量。

在實際應(yīng)用時，若能將3種補償方式統(tǒng)籌考慮、合理布局，可取得較好的技術(shù)經(jīng)濟效益。

2 無功補償?shù)呐渲迷瓌t

為了最大限度地減少無功功率的傳輸損耗，提高輸配電設(shè)備的效率，無功補償設(shè)備的配置，應(yīng)按照分級補償、就地平衡的原則，合理布局。具體而言，有以下幾點：①總體平衡與局部平衡相結(jié)合，以局部為主。②電力部門補償與用戶補償相結(jié)合。在配電網(wǎng)絡(luò)中，用戶消耗的無功功率約占 50%～60%，其余的無功功率消耗在配電網(wǎng)中。因此，為了減少無功功率在網(wǎng)絡(luò)中的輸送，要盡可能地實現(xiàn)就地補償、就地平衡，所以必須由電力部門和用戶共同進(jìn)行補償。③分散補償與集中補償相結(jié)合，以分散補償為主。集中補償，是在變電所集中裝設(shè)較大容量的補償電容器；分散補償，指在配電網(wǎng)絡(luò)中分散的負(fù)荷區(qū)，如配電線路、配電變壓器和用戶的用電設(shè)備等進(jìn)行的無功補償。集中補償，主要是補償主變壓器本身的無功損耗，以及減少變電所以上輸電線路的無功電力，從而降低供電網(wǎng)絡(luò)的無功損耗，但不能降低配電網(wǎng)絡(luò)的無功損耗。用戶需要的無功通過變電所以下的配電線路向負(fù)荷端輸送，所以為了有效地降低線損，必須做到無功功率在哪里發(fā)生，就應(yīng)在哪里補償，中、低壓配電網(wǎng)應(yīng)以分散補償為主。④降損與調(diào)壓相結(jié)合，以降損為主。

3 低壓配電網(wǎng)無功補償?shù)姆椒?/h2>

3.1 隨機補償

隨機補償就是將低壓電容器組與電動機并接，通過控制、保護(hù)裝置與電機同時投切。隨機補償適用于補償電動機的無功消耗，此方式可較好地限制用電單位無功負(fù)荷。

隨機補償?shù)膬?yōu)點是：用電設(shè)備運行時無功補償投入，用電設(shè)備停運時，補償設(shè)備也退出，且不需頻繁調(diào)整補償容量。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、維護(hù)簡單、事故率低等特點。

3.2 隨器補償

隨器補償是指將低壓電容器通過低壓保險接在配電變壓器二次側(cè)，以補償配電變壓器空載無功的補償方式。配電變壓器在輕載或空載時的無功負(fù)荷主要是變壓器的空載勵磁無功，配電變壓器空載無功是用電單位無功負(fù)荷的主要部分，對于輕負(fù)載的配電變壓器而言，這部分損耗占供電量的比例很大，從而導(dǎo)致電費單價的增加。

隨器補償?shù)膬?yōu)點：接線簡單、維護(hù)管理方便、能有效地補償配電變壓器空載無功，限制電網(wǎng)無功基荷，使該部分無功就地平衡，從而提高配電變壓器利用率，降低無功網(wǎng)損，具有較高的經(jīng)濟性，是目前補償無功最有效的手段之一。

3.3 跟蹤補償

跟蹤補償是指以無功補償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，將低壓電容器組補償在大用戶0.4 kV母線上的補償方式。適用于100 kVA以上的專用配電變壓器用戶，可以替代隨機、隨器兩種補償方式，補償效果好。

跟蹤補償?shù)膬?yōu)點是運行方式靈活，運行維護(hù)工作量小，比前兩種補償方式壽命相對延長，運行更可靠。但缺點是控制保護(hù)裝置復(fù)雜，首期投資相對較大。但當(dāng)這3種補償方式的經(jīng)濟性接近時，應(yīng)優(yōu)先選用跟蹤補償方式。

4 無功補償?shù)男б?/h2>

現(xiàn)代企業(yè)數(shù)量眾多、容量大小不等的感性設(shè)備接于電網(wǎng)，導(dǎo)致平均功率因數(shù)在0.70～0.85之間。消耗的無功約占消耗有功的60%～90%，若把功率因數(shù)提高到0.95左右，則無功消耗只占有功消耗的30%左右。由于減少了電網(wǎng)無功的輸入，會給用電企業(yè)帶來效益。

4.1 節(jié)省企業(yè)電費開支

提高功率因數(shù)對企業(yè)的直接經(jīng)濟效益是顯著的，國家大力倡導(dǎo)節(jié)能減排，在電價制度中，企業(yè)用電的功率因數(shù)低于規(guī)定的數(shù)值，需要多收電費，高于規(guī)定數(shù)值，可相應(yīng)地減少電費。可見，提高功率因數(shù)對企業(yè)有著重要的經(jīng)濟意義。

4.2 提高設(shè)備的利用率

對于原有設(shè)備，在同樣有功下，由于功率因數(shù)的提高，負(fù)荷電流減少了，使系統(tǒng)不至于過載運行，從而發(fā)揮原有設(shè)備的潛力。

4.3 降低系統(tǒng)的能耗

補償前后線路傳送的有功功率不變，P＝IUcosφ，由于cosφ提高，補償后的電壓 U2稍大于補償前的電壓 U1，為分析問題方便，可認(rèn)為 U2＝U1，從而導(dǎo)出 I1cosφ1＝I2cosφ2。即 I1/I2＝cosφ2/cosφ1，這樣線損P減少的百分?jǐn)?shù)為：

當(dāng)功率因數(shù)從0.70～0.85提高到0.95時，可求得有功損耗將降低20%～45%。

5 結(jié)束語

隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展，大功率變流、變頻等電力電子裝置在電力系統(tǒng)中得以廣泛應(yīng)用，這些裝置大多數(shù)功率因數(shù)都很低，導(dǎo)致電網(wǎng)中出現(xiàn)大量的無功功率，給電網(wǎng)帶來額外負(fù)擔(dān)且影響供電質(zhì)量。因此，無功補償就成為保持電網(wǎng)高質(zhì)量運行的一種主要手段，這也是當(dāng)今電氣化、自動化技術(shù)步入一個新的領(lǐng)域所面臨的一個重大課題，因此必將受到越來越多的關(guān)注。