縣級(jí)電網(wǎng)無功優(yōu)化補(bǔ)償及無功補(bǔ)償效益分析

摘要：據(jù)調(diào)查中國現(xiàn)在縣級(jí)電網(wǎng)無功管理方面比較薄弱，中低壓無功在縣級(jí)地方補(bǔ)償這一方面嚴(yán)重不足。這種情況會(huì)直接導(dǎo)致功率的因數(shù)減少，在一定的程度上電壓也會(huì)減少，也會(huì)是電壓損耗變大，同時(shí)也會(huì)給企業(yè)帶來一定的損失，這樣也會(huì)對(duì)電量有所限制。因此，配網(wǎng)無功方面的管理需要進(jìn)一步加強(qiáng)，提高功率的因素，降低用電量的損耗是所有供電企業(yè)最關(guān)心的問題。

關(guān)鍵詞：無功補(bǔ)償 效益 分析

1 關(guān)于無功補(bǔ)償?shù)母攀?/p>

電網(wǎng)中關(guān)于電力負(fù)荷包括電動(dòng)機(jī)、變壓器還有其他的設(shè)備。其中大部分都屬于感性負(fù)荷，在工程運(yùn)行中需要這些功率。在電網(wǎng)重要安裝一些電容器作為無功補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備，就能夠提供一些消耗量少的無功功率，這樣能夠減少無功功率在電網(wǎng)中的流動(dòng)，最后可以幫助降低線路和變壓器所造成電能損耗。無功補(bǔ)償能夠提高功率因數(shù)，減小功率消耗，對(duì)一些企業(yè)來說，這是一項(xiàng)投資少，收效快的降損節(jié)能措施。

電網(wǎng)中無功補(bǔ)償?shù)姆椒òǎ孩偌醒a(bǔ)償：可以在變電站的母線處集中安裝并聯(lián)電容器組；②分散補(bǔ)償：可以在高低壓配電線路中安裝并聯(lián)電容器組；③就地補(bǔ)償：在配點(diǎn)變壓器低壓側(cè)和用戶車間里配置配電屏和單臺(tái)電動(dòng)機(jī)安裝的并聯(lián)電容器。

2 縣級(jí)供電企業(yè)無功管理情況

現(xiàn)在縣級(jí)供電企業(yè)大部分都采用一種變電站的無功集中補(bǔ)償?shù)姆绞剑@樣會(huì)使主網(wǎng)功率因數(shù)變得較高，主網(wǎng)線的損率相對(duì)應(yīng)的降低。在10KV及以下的配電網(wǎng)的無功管理狀況很不樂觀。我公司在2010年10kV及以下電網(wǎng)損失占全公司損失的72%。全公司51條10kV線路，月平均功率因數(shù)0.70-0.80有7條，0.80-0.85有15條。10kV**線負(fù)荷高峰時(shí)功率因數(shù)甚至低于0.70，線路電壓損失很大，電能的質(zhì)量也會(huì)變得很差，會(huì)影響線路末端用戶的用電。功率的因數(shù)和電壓成正比，因數(shù)低，電壓的損失就大，會(huì)給企業(yè)造成一定的損失，同時(shí)也會(huì)限制售電量的增長率。因此，企業(yè)要加強(qiáng)配網(wǎng)的無功管理，提高功率因素，降低損節(jié)電。

3 導(dǎo)致無功管理不善的原因

①根據(jù)我國的《功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)辦法》中顯示，對(duì)100kVA以下用戶沒有標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)檫@些用戶大多沒有安裝補(bǔ)償設(shè)備。在設(shè)計(jì)中亦不考慮無功補(bǔ)償。

②據(jù)了解，配網(wǎng)用戶最初安裝時(shí)是為節(jié)省錢，將單臺(tái)的大容量的變壓器轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗯_(tái)的小容量變壓器供電率。因?yàn)闋I業(yè)管理中要求不是很嚴(yán)格，所以讓很多用戶成為無功管理中的漏洞。

③現(xiàn)在企業(yè)對(duì)用戶無功管理方面意識(shí)欠缺，無功管理方面也不足，這樣會(huì)造成無功補(bǔ)償設(shè)備方面的未安裝。

④10kV的線路電容器容易損壞，所以在線路上做改進(jìn)發(fā)展很不明智，這樣也會(huì)減少電壓的損失。

4 怎樣進(jìn)行配網(wǎng)無功優(yōu)化補(bǔ)償

為了更好的進(jìn)行配網(wǎng)無功優(yōu)化的補(bǔ)償，我們應(yīng)該采取一些原則，讓電網(wǎng)在任何時(shí)刻無功都能保持平衡。現(xiàn)主要針對(duì)10kV線路，配變與電動(dòng)機(jī)的補(bǔ)償加以分析。

4.1 10kV配電線路的無功補(bǔ)償

10KV的負(fù)荷在配電線路中比較均勻，在每條線路上安裝一些自動(dòng)補(bǔ)償?shù)难b置。安裝不同的地方，所需補(bǔ)償?shù)碾娏恳膊煌?duì)于大多數(shù)10kV配電線路負(fù)荷分布不均勻，分支線路多，應(yīng)根據(jù)線路無功負(fù)荷分布的具體情況，將線路分為數(shù)段進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償容量計(jì)算按分段進(jìn)行，原則是不使本段無功負(fù)荷從上一級(jí)線路輸入，而且一般全線裝設(shè)電容器組不多于3處。具體安裝時(shí)，要做出全面的考慮工作等。

4.2 配電變壓器的無功補(bǔ)償情況

農(nóng)網(wǎng)大部分配電變壓器負(fù)荷變化比較高，大部分都是居民生活用電，一般白天和后半夜變壓器都處于輕載或空載狀態(tài)。變壓器的損耗包括有功損耗和無功損耗，無功損耗包括空載勵(lì)磁損耗及漏磁無功損耗。為了配合補(bǔ)償變壓器的無功功率。隨著變壓器的不斷變化，會(huì)產(chǎn)生一定的負(fù)荷，這樣會(huì)造成功率因數(shù)角的超前，也會(huì)造成電壓的升高。

根據(jù)以上分析，配變器如果選擇不科學(xué)，會(huì)使補(bǔ)償容量過大。為了防止發(fā)生過補(bǔ)償現(xiàn)象，配變低壓側(cè)無功補(bǔ)償原則為：其補(bǔ)償容量不應(yīng)超過配變的無功功率。

變壓器總的無功功率：Qb=Qbo+QbH·（S/Se）2

Qb=[I0%/100+Ud%/100·（S/Se）2]·Se （1）

式中變壓器的空載無功功率Qbo—kvar

變壓器的滿載無功功率QbH—kvar

變壓器的空載電流百分?jǐn)?shù)I0%

變壓器的短路電壓百分?jǐn)?shù)Ud%

S—關(guān)于變壓器實(shí)際負(fù)荷，kVA

Se—關(guān)于變壓器額定容量，kVA

當(dāng)變壓器的總無功功率與額定容量產(chǎn)生變化時(shí)，它的百分?jǐn)?shù)稱作ΔQb，則滿負(fù)載時(shí)：

ΔQb%=Qb/Se·100%=I0%+Ud% （2）

根據(jù)《三相油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求》的相關(guān)規(guī)定，對(duì)于10kV配變，空載電流I0%控制數(shù)為0.9%-2.8%，Ud%為4%-4.5%，因此變壓器總的無功功率約占變壓器容量的7.3%。所以，配變低壓側(cè)無功補(bǔ)償容量應(yīng)按照配變?nèi)萘康?%配置。整個(gè)配電網(wǎng)中無功負(fù)荷的70%的用戶都應(yīng)該對(duì)用戶端就地補(bǔ)償，這樣可以最大限度地提高功率因數(shù)，減少輸配電網(wǎng)功率損耗。

4.3 電動(dòng)機(jī)的無功補(bǔ)償

對(duì)7.5kW以上的電動(dòng)機(jī)應(yīng)該有一定的無功補(bǔ)償，為了避免出現(xiàn)燒壞電動(dòng)機(jī)的情況，應(yīng)該將電動(dòng)機(jī)的空載功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)浇咏?。降低壓電容器的設(shè)備，這樣能直接補(bǔ)償設(shè)備的本身所要消耗的功率。這樣可以避免過分補(bǔ)償?shù)默F(xiàn)象出現(xiàn)。

①機(jī)械類中負(fù)荷慣性比較小的電動(dòng)機(jī)（如風(fēng)機(jī)等）：

式中Ue——額定電壓，kV

Qc——補(bǔ)償容量，kvar

Qo——電動(dòng)機(jī)的空載無功功率，kvar

電動(dòng)機(jī)空載電流是需要廠家提供的，如無，可參照（4）式確定：

Io=2Ie（1-cosΦe），A （4）

式中Io——電動(dòng)機(jī)的空載電流，A

Ie——電動(dòng)機(jī)的額定電流，A

cosΦe——電動(dòng)機(jī)的額定負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)

②機(jī)械類中負(fù)荷慣性較大的電動(dòng)機(jī)（如水泵等）：

Qc=（0.5-0.6）Pe （5）

式中Pe——電動(dòng)機(jī)額定有功功率，kW

③關(guān)于車間、工廠集中補(bǔ)償?shù)娜萘靠砂矗?）式確定：

Qc=Pm （tgΦ1-tgΦ2） （6）

式中Pm——最高負(fù)荷時(shí)平均有功功率

tgΦ1——補(bǔ)償前功率因數(shù)角的正切值

tgΦ2——補(bǔ)償后功率因數(shù)角的正切值

無功補(bǔ)償是指受益的客戶，但是客戶需要自己承擔(dān)投資。

5 補(bǔ)償效益分析

5.1 無功補(bǔ)償改善電能質(zhì)量

負(fù)荷（P+JQ）電壓損失ΔU計(jì)算公式如下：

ΔU=（PR+QX）/Ue （7）

式中Ue——線路額定電壓，kV

P——輸送的有功功率，kW

Q——輸送的無功功率，kvar

R——線路電阻，Ω

X——線路電抗，Ω

在安裝補(bǔ)償設(shè)備容量QC后，線路電壓會(huì)降為ΔU1，計(jì)算如下：

ΔU1=[PR+（Q-QC）X]/Ue （8）

很明顯：根據(jù)ΔU1<ΔU得出了，安裝補(bǔ)償電容器之后會(huì)使電壓損失減小。根據(jù)式（7）（8）可得出，在接入無功補(bǔ)償容量QC之后電壓會(huì)相對(duì)應(yīng)的升高，計(jì)算公式如下：

ΔU-ΔU1=QCX/U （9）

在線路和變壓器中可變損耗與運(yùn)行電壓的平方是成反比。因此，提高運(yùn)行電壓可以降低線損，但是也只能在額定電壓的上限范圍內(nèi)適當(dāng)提高。通常情況下，提高運(yùn)行電壓的降損效果可用公式（10）計(jì)算，也可從表1看出：

提高電壓的降損率：

δP=[1-1/（1+α/100）2]×100% （10）

式中α——電壓提高的百分?jǐn)?shù)

5.2 無功補(bǔ)償提高功率因數(shù)，降低電能損耗

當(dāng)輸送的有功A為一個(gè)定值時(shí)，無功補(bǔ)償設(shè)備后的功率因數(shù)會(huì)由cosΦ提升到cosΦ1，因?yàn)锳=UIcosΦ，所以負(fù)荷電流I與cosΦ成反比。因?yàn)锳=I2R，因此線路的有功損失會(huì)和電流I的平方成正比。當(dāng)cosΦ升高，負(fù)荷電流I降低，即電流I降低，線路的有功損耗就成倍降低。反之當(dāng)負(fù)荷的功率因數(shù)從1降低到cosΦ時(shí)，電網(wǎng)元件中功率的因數(shù)損耗將隨之增加的百分?jǐn)?shù)為：

ΔP%=（1/ cos2Φ-1）·100% （11）

功率因數(shù)降低與功率損耗增加的百分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系如表2

根據(jù)提高功率因數(shù)降損率計(jì)算公式：

δP=[1-（cosΦ/ cosΦ1）2]×100% （12）

式中cosΦ——補(bǔ)償前功率因數(shù)角的余值

cosΦ1——補(bǔ)償后功率因數(shù)角的余值

5.3 要無功補(bǔ)償挖掘設(shè)備的潛力，提高有功出力

在電功的設(shè)備容量不變的條件下，因?yàn)楣β室驍?shù)的數(shù)值變高后會(huì)減少無功功率。有功功率ΔP計(jì)算如下：

ΔP=P1-P=S（cosΦ1-cosΦ） （13）

6 無功補(bǔ)償實(shí)例

6.1 10kV**線基本情況

線路長28.12km，其中主干線9.59km，配變64臺(tái)，總?cè)萘?280kVA，主要負(fù)荷為個(gè)體企業(yè)用電、居民生活用電及農(nóng)業(yè)排灌用電，2009年線損率完成9.85%，2010年7月線路改造更換主干線導(dǎo)線2.02km，支線5.46km。2010年線損率降至9.02%，線路平均功率因數(shù)0.79，用電高峰時(shí)末端電壓僅330V左右。

6.2 無功補(bǔ)償方案

①線路主干線89#桿裝設(shè)高壓自動(dòng)投切電容器1組/300kvar。

②公用配變?nèi)堪惭b電容器，以臺(tái)區(qū)為單位，實(shí)行集中補(bǔ)償，補(bǔ)償容量按配變?nèi)萘?%計(jì)算。補(bǔ)償裝置的檢測是采用自動(dòng)投切方式。

③100kVA及以上用戶功率因數(shù)達(dá)不到0.90，必須在低壓側(cè)加裝補(bǔ)償裝置，實(shí)現(xiàn)就地補(bǔ)償，功率因數(shù)達(dá)到0.90及以上。

6.3 運(yùn)行情況

2011年4-6月安裝完畢。共新裝無功補(bǔ)償設(shè)備總?cè)萘?100kvar，7月份正式投入運(yùn)行，通過8-11月數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)：平均功率因數(shù)由0.79提高到0.91，實(shí)際線損率9.02%降至6.11%，電壓提高到370V以上，提高約10%。

6.4 效益分析

①降損效果：

由公式（10）計(jì)算：提高電壓的降損率為17.35%

由公式（12）計(jì)算：提高功率因數(shù)降損率為24.6%

②提高設(shè)備出力：功率因數(shù)由0.79提高到0.91。即提高設(shè)備出力12%。

③經(jīng)濟(jì)效益：線損率總降低率為41.95%，也就是線損率可降低9.02×41.95%=3.78%。改線路2003年供電量1080萬kW·h計(jì)算，可少損電量1080×3.78%=40.82萬kW·h，電價(jià)按0.374元/kW·h計(jì)算，折合電費(fèi)15.3萬元。

④隨著線路末端電壓提高，用戶的電壓也開始有所改善，這樣就能消除了高峰時(shí)無法用電，提高了售電量，其社會(huì)效益更不容忽視。

7 無功管理的幾點(diǎn)建議

7.1 搞好綜合無功優(yōu)化

對(duì)于進(jìn)過改造的變壓器來說，雖然變壓器有補(bǔ)償損耗的功能，但對(duì)電荷數(shù)的無功補(bǔ)償卻沒有考慮到里面。所以應(yīng)該設(shè)計(jì)出一種無功優(yōu)化的模式，使其無功電力就地平衡。

7.2 新增用戶配變必須進(jìn)行合理無功補(bǔ)償

據(jù)《供電營業(yè)規(guī)則》的第四十一條規(guī)定，無功電力應(yīng)該得到調(diào)整。凡功率因數(shù)不能達(dá)到規(guī)定要求的電力用戶，供電企業(yè)可以相應(yīng)的做出決策。該條對(duì)所有用戶的功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)都做出了規(guī)定。因此可以得出，新增變壓器在設(shè)計(jì)上都應(yīng)該做好無功補(bǔ)償，并做好驗(yàn)收工作。

7.3 加強(qiáng)無功表的管理工作

①?zèng)]有安裝無功表的老用戶要重新加裝，進(jìn)行功率因數(shù)核。這樣可以讓用戶主動(dòng)安裝無功補(bǔ)償設(shè)備，提高功率因數(shù)。

②新增用戶要以舊換新，安裝一個(gè)新型的無功表，這樣才能保證無功設(shè)備的投運(yùn)率。

③對(duì)核算人員的工作質(zhì)量要進(jìn)行考核，保證功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)的有效執(zhí)行。

④企業(yè)要加大對(duì)無功的宣傳力度，提高用戶對(duì)無功的重視程度，這樣才能使無功管理工作順利展開。

8 結(jié)論

采用無功補(bǔ)償可以提高功率因數(shù)，改善電壓質(zhì)量，降低損耗是技術(shù)降損的主要措施，因此，進(jìn)行合理的無功補(bǔ)償不管是對(duì)用戶來說，還是對(duì)一些企業(yè)來說都是一種投資量小、效果最好、最快、受益大幅度增高的一種節(jié)能減排的有效方式。這樣不但能綠色環(huán)保，還能進(jìn)一步提高質(zhì)量的有效途徑。

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作者簡介：高俊萍（1968-），女，山西太原人，2012年畢業(yè)于華北電力學(xué)院電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)，工程師。