淺談中低壓配電網系統無功補償技術方案

摘要：中低壓配電網作為電力系統與客戶聯系的紐帶，其電壓質量是衡量電力系統電能質量的重要指標之一，它的好壞直接決定電力系統無功潮流分布是否合理，關系到電力系統向電力用戶提供電能質量的優劣問題，而且還直接影響電網的安全、經濟運行。因此，確定無功補償的合理配置和分布非常重要。本文對中低壓配電網系統的4種無功補償方案進行了技術經濟比較，分析他們各自的優缺點，以尋求一種配電網無功補償的最優方案。最后對配電網無功補償工作中遇到的問題提出自己的看法。

關鍵詞：中低壓配電網;無功補償;方案;優化

1.前 言

中低壓配電網作為電力系統與客戶聯系的紐帶，其電壓質量是衡量電力系統電能質量的重要指標之一，它的好壞直接決定電力系統無功潮流分布是否合理。這不僅關系到電力系統向電力用戶提供電能質量的優劣問題，而且還直接影響電網的安全、經濟運行。若中低壓配電網無功電源容量不足，系統運行電壓將難以得到保證。隨著中低壓配電網容量的不斷增加，對中低壓配電網無功功率的要求也與日增加。因此，還需考慮中低壓配電網的功率因數和電壓，因為中低壓配電網功率因數和電壓的降低會使電氣設備得不到充分利用，從而降低網絡的傳輸能力，并引起損耗增加。因此，解決好中低壓配電網無功補償的問題，對中低壓配電網的安全和降損節能有著重要的意義。

中低壓配電網無功補償點的合理選擇以及補償容量的確定，能夠有效地維持中低壓配電網的電壓水平，提高中低壓配電網的電壓穩定性，避免大量無功功率的遠距離傳輸，從而降低有功網損，達到提高電壓水平的目的。我國中低壓配電網長期以來無功匱乏，由其造成的網損嚴重，因此，進行無功功率補償，能達到投資少回報高的目標。通常采用的方法是在配電變壓器低壓側進行補償，既可降低線路損耗，也能降低配電變壓器損耗，電壓質量也有較大的改善。

2.中低壓配電網無功補償方案及其比較

2.1" 變電站集中補償方案

要平衡10kV輸電網的無功功率，可在變電站進行集中補償，見圖1中的方案1。此方案是在變電站10kV母線進行無功補償，在這種方案下，補償裝置包括并聯電容器、同步調相機、靜止補償器等，主要目的是改善輸電網的功率因數。優點是管理容易、維護方便;缺點是對中低壓配電網的降損起到作用較小。

2.2" 低壓集中補償方案

目前，國內較普遍采用的另外一種無功補償方案，是在配電變壓器380 V側進行集中補償，見圖1中的方案2。在這種方案下，補償裝置通常采用微機控制的低壓并聯電容器柜，容量在幾十至幾百千乏不等，它是根據用戶負荷水平的波動，投入相應數量的電容器進行跟蹤補償。主要目的是提高專用變壓器用戶的功率因數，實現無功功率的就地平衡，對配電網和配電變壓器的降損有一定作用，也保證該用戶的電壓水平。這種補償方案的投資及維護均由專用變壓器用戶承擔。目前國內各廠家生產的自動補償裝置通常是根據功率因數來進行電容器的自動投切，也有為了保證用戶電壓水平而以電壓為判據進行控制。這種補償方案雖然利于保證用戶的電能質量，但對電力系統并不可取。因為線路電壓的波動主要由無功量變化引起，而線路的電壓水平由系統情況決定。當線路電壓基準偏高或偏低時，無功功率的投切量可能與實際需求相差甚遠，可能出現無功功率補償過多或補償不足的情況。

對中低壓配電網系統來說，存在許多專用柱上變壓器與公用柱上變壓器，其通常安裝在戶外的桿塔上，進行低壓無功功率集中補償則是不現實的，難維護、控制和管理，容易成為生產安全隱患。這樣，中低壓配電網的補償度就受到了限制。

2.3" 桿上無功補償方案

在“方案2”中提到了低壓集中補償方案的局限性，由此看出中低壓配電網系統桿上進行無功補償的必要性。由于配電網中大量存在的專用及公用柱上變壓器沒有進行低壓補償，補償度受到限制。由此造成很大的無功功率缺口需要由變電站或發電廠來填，大量的無功功率沿線傳輸，配電網網損居高難下。因此可以把10 kV戶外并聯電容器安裝在架空線路的桿塔上（或另行架桿）的方法來進行無功補償（見圖1中的方案3），以提高配電網功率因數，達到降損升壓的目的。由于桿上安裝的并聯電容器遠離變電站，容易出現保護不易配置，控制成本高，維護工作量大，受安裝環境和空間等客觀條件限制等工程問題。因此，桿上無功功率優化補償必須結合以下實際工程要求來進行：

a）補償點宜少。一條配電線路上宜采用單點補償，不宜采用多點補償。

b）控制方案從簡。桿上補償不設分組投切。

c）補償容量不宜過大。補償容量太大，將會導致配電線路在輕載時過電壓和過補償現象。桿上空間有限，太多的電容器同桿架設，既不安全，也不利于電容器散熱。建議按重載補償后電源節點功率因數不超過0.95和輕載時功率因數達到1左右即可的方法去處理。

d）接線宜簡單。最好是每相只配置一臺電容器裝置，以降低整套補償設備的故障率。

e）保護方案也要簡化。分別用熔絲和氧化鋅避雷器分別作為過流保護和過電壓保護。

f）防止電容器安裝后產生諧振現象。

顯然，桿上無功補償主要是針對10 k V配電網線路上沿線的公用變壓器所需無功功率進行補償，因這種補償方案具有投資小、回收快、補償效率較高、便于管理和維護等優點，適合于功率因數較低且負荷較重的長距離配電線路，但是因負荷經常波動，而該補償方案又是長期固定補償，適應能力較差，主要是補償了無功基荷，在線路重載情況下，補償度一般是不能達到0.95。

2.4" 用戶終端分散補償方案

目前，我國低壓用戶的用電量大幅增長，企業、廠礦和大型住宅小區等對無功功率需求都很大，直接對用戶末端進行無功補償，見圖1中的方案4，將最恰當地降低電網的損耗和維持網絡的電壓水平。此方案的關鍵如下：對于容量較大、負荷平穩且經常使用的用電設備，無功負荷宜單獨就地補償;對于企業和廠礦中的電動機，應該進行就地無功補償，即隨機補償;針對小區用戶終端，由于用戶負荷小，波動大，地點分散，無人管理，應該開發一種新型低壓終端無功補償裝置，并能滿足智能型控制、免維護、體積小、易安裝、功能完善、造價較低等的要求。

與上述三種補償方案相比，用戶終端分散補償方案更能體現以下優點：

a）線損率可減少20%;

b）減小電壓損失，改善電壓質量，進而改善用電設備啟動和運行條件;

c）釋放系統能量，提高中低壓配電網線路供電能力。

缺點是低壓無功補償通常按配電變壓器低壓側最大無功功率需求來確定安裝容量，而各配電變壓器低壓負荷波動的不同時性造成大量電容器在較輕載時閑置，設備利用率不高。

2.5" 四種補償方案的綜合比較

通過以上分析可知，4種無功補償方案各有各的優缺點，其綜合比較情況見表1所示。

3.中低壓配電網無功補償目前存在問題

隨著配電網建設的重視及無功補償技術的發展，低壓側無功補償技術在中低壓配電網系統中也開始普及。從靜態補償到動態補償，從有觸點補償到無觸點補償，都取得了豐富的經驗，但是在實踐應用中也暴露出一些問題，必須引起重視。

3.1" 方案優化

目前，很多情況下選擇無功補償的出發點還放在用戶側，只注意補償用戶的功率因數，而不是立足于降低電力網的損耗。例如，為提高某電力負荷的功率因數，增設1臺補償箱。這對降損有一定好處，但若要實現有效的降損，必須通過計算無功功率潮流，確定各點的最優補償量和補償方案，才能使有限的資金發揮最大的效益。這是從電力系統角度考慮問題的方法。

無功功率優化配置的目標是在保證配網電壓水平的同時，盡可能降低網損。由于它要對補償后的運行費用以及相應的安裝成本同時達到最小化，計算過程相當復雜。為此，通常情況下不可采取一些不切實際的假設，比如固定負荷水平，統一線徑，把樹狀配電網簡化成梳狀網，這樣的結果并不理想。

3.2 數據統計

目前10 kV配電網線路上的負荷點一般無表計，運行維護人員的技術水平和管理水平又參差不齊，表計記錄的準確性和同時性無法保證。這對配電網的潮流計算和無功優化計算帶來很大困難。要爭取到用戶的支持，使他們能按一定要求進行記錄。因此，需要長期統計功率因數數據情況。這也是低壓無功補償難于廣泛開展的瓶頸所在。

3.3 諧波的影響

電容器本身具備一定的抗諧波能力，但同時也有放大諧波的副作用。諧波含量過大時，會對電容器的壽命產生影響，甚至造成電容器的過早損壞，由于電容器對諧波的放大作用，將使系統的諧波干擾更嚴重;另外，動態無功補償柜的控制環節容易受諧波干擾影響，造成控制失靈，因而做無功補償時必須考慮諧波治理，在有較大諧波干擾，又需要補償無功功率的地點，應考慮增加濾波裝置。

3.4 無功功率倒送的問題

無功功率倒送是電力系統所不允許的現象，因為它會增加線路和變壓器的損耗，加重線路的負擔。雖然生產廠家都強調自己的設備不會造成無功功率的倒送，但是實際情況并非如此。因為對于接觸器控制的補償柜，補償量是三相同調的;對于晶閘管控制的補償柜，雖然三相補償量可以分調，但是很多生產廠家為了節約成本，往往只選擇一相做采樣及無功功率分析。于是在三相負荷不平衡的時候，就有可能造成無功功率倒送。至于采用固定電容器補償方案的用戶，則可能在負荷低谷時造成無功功率倒送，這應引起充分考慮。

綜上所述，中低壓配電網系統的無功補償工作應更多地考慮系統的特點，不應因電壓等級低、補償容量小而忽視補償設備對系統側的影響（包括網損）。如果需降損的線路能基于一個完善的補償方案進行改造，則電力系統的收益將比分散的純用戶行為的補償方案要大得多。

4.結束語

對配電網進行無功補償，提高功率因數和搞好無功功率平衡，是一項建設性的降損技術措施。本文分析了四種配網無功補償方案的應用，但綜合看來，應更多地按系0統8·的特點來進行無功補償。如何確定無功補償設備的合理配置和分布，需尋找技術上和經濟上的最優方案。

參考文獻：

[1]劉清漢，林虔，丁毓山 配電線路工 中國水利水電出版社 2003.10

[2]江日洪 城市供配電實用技術 中國水利水電出版社 2008.01