配電網絡的無功補償及降損措施研究

曾秀珍

摘 要 對配電網絡的分析表明，配電網絡在供電線路中最大的線損高達30%～40%，其電壓質量也是最差的。提出采用無功補償的方法來提高功率因數，降低線路損耗，提高供電質量。相同的電壓補償效果，并聯補償比串聯補償需要更大的容量，因此配電網絡電壓降低而需要電容補償時，采用串補比并補效果更顯著。用同樣容量的電容器來提高網絡末端電壓時，在一般情況下，采用串補比并補更有效。

關鍵詞 線損 無功功率 無功補償 并聯電容補償 串聯電容補償

研究表明，配電網絡在供電線路中最大的線損高達30%～40%，其電壓質量也是最差的，原因有諸多方面：一是大部分導線截面小，負荷大；二是線路無功負荷大，沒有補償；三是功率因數低等。

一、母線運行電壓與無功功率平衡

無功電源發出的無功功率應隨時與用電設備需要的無功功率相平衡，這是研究的出發點。用電設備需要的無功功率與運行電壓有關，不同的運行電壓與用電設備需要的無功功率之間的關系，稱為用電設備的無功-電壓靜特性。不同的用電設備有著不同的無功-電壓靜特性，即或是同一設備在輸出不同時，它的無功-電壓靜特性亦不同。當母線運行在某一電壓時，無功電源送到母線上的無功功率必須等于該電壓下母線上用電設備所需要的總無功功率。母線的運行電壓完全取決于母線上無功功率的平衡。因此，要抬高母線運行電壓，無功電源必須增加送往母線的無功功率；反之，若降低母線運行電壓，則應減少送往母線的無功功率。

二、無功電源配置與無功潮流

無功電源與用電設備不完全裝在同一地點，必須通過送電線路把一部分無功功率從無功電源處送往用電設備處，從整個電力網看，若某一地區的無功電源充足，而另一地區無功電源不足，則無功功率必須從無功充足的地區送往無功不足的地區。在輸配電線路中，輸送無功功率時，送端與受端的母線必須有電壓差，即無功從電壓高的母線送往電壓低的母線，輸送的無功功率越多，則電壓差亦越大。若無功電源不足，布置不合理，則會造成有些地區電壓過高而有些地區電壓過低等現象。電力網中，輸配電線上輸送的無功功率稱為無功潮流，無功潮流越大，則網損亦越大。

綜上可知，為了改善電壓質量和減少網損，必須盡可能減少無功潮流，即要合理配置無功電源，同時要求無功功率補償就地平衡。

三、無功功率補償對改善電壓質量的影響

電網中無功功率不足會造成負荷端電壓過低，影響用戶的生產和生活用電，反之，如無功功率過剩，則會造成電壓過高，同樣造成不良影響。因此，電網中無功功率補償設備的合理布置與電網供電電壓質量的關系是十分密切的。合理安裝無功補償設備，可以改善電壓質量。當電力負荷（P、Q）從線路輸送到末端負荷點時，線路電壓損失如下：

式中： u-線路額定電壓KV；P-輸送有功功率kW；

-輸送的無功功率 ；R-線路電阻 歐姆（Ω ）；

x-線中電抗 歐姆（Ω ）；

安裝補償電容 后，線路電壓降

顯而易見 ，減少了電壓損失，由于一般情況 ，故可認為 ，投入補償容量 后，引起的穩態電壓升高為：

由于愈靠近線路末端，線路電抗值X愈大，因此可以看出，愈靠近線路末端裝設無功補償設備，升壓效果愈好。

四、無功補償對降低電能損耗的影響

安裝無功補償設備的主要目的是為了降低電網中傳輸和分配功率造成的電能損耗，以達到節能降損目的。如輸送有功功率P為一定值時，加裝無功補償設備的功率因數COS 1，提高到COS 2，由于負荷電流I與COS 成反比而線路的有功功率損失又與電流I的平方成正比。因此，輸送有功功率時，安裝無功補償設備減少線路有功功率損失，從公式中可知：

式中： ——安裝補償設備前線路有功損耗kW；

——安裝補償設備后線路有功損耗kW；

上式可知，提高功率因數可以大量降低電能損耗，當功率因數COS =0.6，提高至COS 1=0.85，線路電能損耗可降低50%。無功功率的補償有兩種，分別為并聯補償與串聯補償。

五、并聯補償與串聯補償的比較

1.并聯電容補償。并聯補償實質上就是改變電網內無功功率的分布。改變電壓損耗，提高功率因數，以達到調整電壓目的，從公式 = 可知，裝了并聯補償電容后，式中無功功率 只是由發電廠經線路輸送給用戶的一小部分。而大部分是由負荷點附近裝設的電容器供給。因此，線路上無功功率 值的流動減少，這就減少了電網中的電壓損耗，同時，還收到了減少功率及電能損耗的效果。并聯補償電容器，只有在輸配電線路導線截面比較大和負荷功率因數較低的情況下，即上式中的 占主要成分時，才有顯著的效果。并聯補償電容器輸送出的無功功率按下式計算：

=

式中： ； ——千乏； ——微法； ——千伏

可知，并聯補償電容器輸出的無功功率與電網的電壓平方成正比，變電所電壓下降，并聯補償電容器輸出的無功功率將成平方比減少。在裝設并補電容器時應該考慮電壓降的輸出容量。

2.串聯電容補償。在配電線路上裝設串聯電容補償。實質上是改變線路的參數，用電容器的容抗去抵消線路的感抗，這就相當于縮短了線路的送電距離，從而改善了電壓損耗，達到調整電壓的目的。在式 = 中，由于線路裝設了串聯電容器，增加了容抗 ，使線路感抗 減少了線路電抗，因此，電壓損耗 也隨之減少。當 大于 時， 值為負值， / 稱為串補電容器的補償度K，當 時，稱之過補。在110 kV及以下的線路上，補償度一般取1～4，當功率因數越低，線路導線感抗 與 之比越大時，其效果越顯著。

串聯電容器補償容抗還可起到調壓目的。這種調壓作用，與流過其中的電流成正比即 ，當線路電流I較大時，線路壓降增加，線路末端電壓下降，與此同時，由于電流增加，電容器補償效果越顯著。電容器上增大的電壓上升正好與感抗 上加的電壓降 相補償。因而串聯補償電容器組起到自行調整線路末端電壓的作用。這是并補電容器或其他方式所不能及的優點。

由于配電線路采用串補電容器補償，可以改善電壓質量，提高線路輸送能力，在一定的輸送功率下，可降低線損，因而可收到較理想的好效益。在10 kV配電線路上，往往由于送電距離遠，導線截面小，功率因數低，線路末端電壓水平低，線損大等。所以送電成本高，在這種情況下采用串聯補償，對提高電壓質量和降低線損將起到很好的作用。串聯補償可增加輸送容量，改善電壓質量，降低線損等目的。

補償后壓降：

補償度：K=（串聯補償裝置每相電容容抗）/（ 每相沿線分布電感電抗）=

為達到同一調壓效果，采用串聯補償所需電容器容量，僅為并聯補償的1/2，當功率因數COS ≤0.7， 之值越大，調壓效果越顯著。串聯補償有自行按需要調整末端電壓的特點。

在線路末端有并聯補償，功率因數較高時，投入串聯補償調壓效果差。反之則效果佳。對于線損，當線路輸送功率一定時，電壓由于串補而提高，輸送電流下降，線損下降。特別是線損高的線路，線損下降的幅度更大。只有在導線截面有余度的情況下，才采用串聯補償。

六、結束語

1.相同的電壓補償效果，并聯補償比串聯補償需要更大的容量，因此配電網絡電壓降低而需要電容補償時，采用串補比并補效果更顯著。用同樣容量的電容器來提高網絡末端電壓時，在一般情況下，采用串補比并補更有效。

2.并聯補償在改善負荷功率因數方面比串聯補償效果好，因此，因負荷功率因數低而需要補償時，應采用并聯補償的方式。