10KV配電網無功補償優化及分析

王振南

摘要：無功補償作為保持電力系統無功功率平衡、降低網損、提高供電質量的一種重要措施，己在電網中得到廣泛應用。合理選擇無功補償點及補償容量，能夠有效地維持系統的電壓水平，提高電壓穩定性，避免大量無功的遠距離傳輸，從而降低有功網損，減少發電費用，提高設備利用率。本文結合實例，分析了經過無功補償優化后的經濟效益。

關鍵詞：配電網;無功補償;降低網損;經濟效益

1.無功功率補償原理

電網中的變壓器和電動機是根據電磁感應原理工作的。磁場所具有的磁場能量是由電源供給的。電動機和變壓器在能量轉換過程中建立交變磁場，在一周內吸收的功率和釋放的功率相等，這種功率稱為感性無功功率。接在交流電網中的電容器，在一周內上半周的充電功率與下半周的放電功率相等，這種沖放電功率叫容性無功功率。

將電容器和電感并聯接在同一電路中，電感吸收能量時，正好電容器在釋放能量。能量就在它們之間交換，即感性負荷（電動機、變壓器等）所吸收的無功功率，可由電容器輸出的無功功率中得到補償。無功補償的作用和原理可由圖1 解釋。

設電感性負荷需要從電源吸取的無功功率為 ，裝設無功補償裝置后，補償無功功率為 ，使電源輸送的無功功率減少為 ，功率因數由 提高到 ，視在功率 減少到 ，如圖1 所示。

并聯電容器的無功補償作用和原理，可以用圖2 加以說明。

圖中的用電負荷總電流  可以分解為有功電流分量 和無功電流分量 （電感性的）。當并聯電容器投入運行時，流入電容器的容性電流 與? 方向相反故可抵消一部分 ，使電感性電流分量? 降低為 ，總電流 由降低為 ，功率因數由 提高到 。若補償的電容電流 等于負荷電流的感性無功分量 ，則 。這時，負荷所需的無功功率全部由補償電容供給，電網只需供有功功率。

2 電網無功補償的效益分析

2.1 無功補償優化的基本原則

無功補償優化的基本原則是：全面規劃，合理布局。分散補償，就地平衡，自動控制。集中補償與分散補償相結合，以分散補償為主。高壓補償與低壓補償相結合，以低壓補償為主。降損與調壓相結合，以降損為主，兼顧調壓。

電力企業的無功補償，要與用戶的無功補償相結合，在補償過程中，既要滿足全網總的無功電力平衡，又要滿足各站、各配變、各配電線的無功電力平衡，在力求取得最佳經濟效果的同時，還有防止輕負荷時的過補償。

2.2 無功補償的效益分析

（1）無功補償經濟當量

線路補償前的有功功率損耗為：

（1）

加裝補償容量 之后，有功功率損耗為：

（2）

有功損耗的減小值為：

（3）

無功經濟當量的意義是線路投入單位補償容量時，有功損耗的減小值，即

（4）

式中： —— 個單位無功功率通過線路時，由線路等效電阻 引起的損耗（KW）;

——單位無功功率通過線路時，由線路等效電阻 引起的損耗（KW）;

——無功功率的相對降低值，通常稱為補償度。

從（4）式容易得出一下結論：

1.補償度低時，即 時，則

2.補償度高時，即 時，則

因此可以知，補償容量越大，其對減小有功功率損耗的作用在變小。也就是說，并不是補償容量越大就越經濟，當功率因數趨近于 1 時，降損效果越來越不明顯。如果過補償，則增加損耗。一般情況下，補償度控制在功率因數為09.-0.95 之間最為經濟。

（2）降損收益分析

降損收益分為兩部分，一部分是在電力短缺的情況下，降低的電能損耗將全部化為售電量，此值與售電單價的乘積為增加的售電收入;另一部分是在正常情況下降低了電能損耗，即減少供電企業的購電量，此值與購電單價的乘積為節約的購電費支出。

即：

其中：? ——降損總收益（萬元）

——售電收入（萬元）

——購電費（萬元）

——增加的售電量（萬kWh）

——售電單價（元//kWh）

——減少的購電量（萬kWh）

——購電單價（元/kWh）

（3）投資收益分析

投資收益為降損收益扣除折舊費及運行維護費后的贏余。

即：F=Fc-z-w

其中：F ——投資收益（萬元）

Z ——折舊費（萬元）

W ——運行維護費（萬元）

投資收益與投資回收時間的關系如圖2.4 所示。對任一線路，補償容量的大小影響投資的回收時間。假設采取 3 種補償方案，第一種方案的補償容量最大，第三種方案的補償容量最小，第二種方案的補償容量介于以上兩種方案之間，則補償后線路的功率因數有cosφ >cosφ > cosφ，分別對應于3 條曲線（縱坐標表示投資收益，橫坐標表示投資回收時間），cosφ 所對應的補償度最低，一次性投資最小，投資回收期最短; cosφ所對應的補償度最高，一次性投資最大，投資回收期最長，但在一個較長的時間段內的收益最大。

3.小結

本文結合實例分析了無功補償的經濟效益。它可以提高電壓質量，減少線路功率損耗與電能損耗，提高供電設備的使用效率，減少變配電設備的投資，同時減少了用電戶電費支出，取得了良好的經濟效益。

參考文獻：

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[2] 程浩忠，吳浩.電力系統無功與電壓穩定性[M].北京：中國電力出版社，2004

[3] 周志敏，周紀海，紀愛華.無功補償電容器配置[M].北京：電子工業出版社，2009

（作者單位：國網江西省電力有限公司蓮花縣供電分公司）