0_4kV低压电网无功补偿方式探讨_陈作兵

２００１．［２］电力工业部综合管理司．用电检查技术标准汇编［Ｍ］，中国电力出版社，１９９８．［３］刘健，等．城乡电网建设与改造指南［Ｍ］，中国水利水电出版社．２００１［４］安徽省电力公司，安徽省县城电网建设与改造技术条件［Ｚ］，２００３［５］国家电网公司．国家电网公司县城电网建设与改造技术导则［Ｚ］，２００５作者简介：关敬东（１９６２—），男，高级工程师，现任亳州供电公司副总经理。

０．４ｋＶ低压电网无功补偿方式探讨Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｎｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｏｆ０．４ｋＶｌｏｗｖｏｌｔａｇｅｐｏｗｅｒｎｅｔｗｏｒｋ陈作兵容亮（广东省电力一局安装公司广东广州５１０７３５）摘要：介绍了低压电网的无功补偿方式，主要有线路补偿和终端补偿方式。

并讨论了电容器的容量计算及最优容量的选择依据，最后对如何评估补偿效益作了阐述。

关键词：低压电网；无功补偿；线路补偿；终端补偿Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓｏｆｒｅａｃｔｉｖｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｌｏｗｖｏｌｔａｇｅｐｏｗｅｒｎｅｔｗｏｒｋ，ｍａｉｎｌｙｔｈｅｌｉｎｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎａｎｄｔｅｒｍｉｎａｌｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ．Ｉｔｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｃｈｏｏｓｉｎｇｂａｓｅｏｆｔｈｅｂｅｓｔｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｔｈｅｃａｐａｃｉｔｏｒ．Ａｔｌａｓｔ，ｉｔｅｘｐｌａｉｎｓｔｈｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｂｅｎｅｆｉｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｏｗｖｏｌｔａｇｅｐｏｗｅｒｎｅｔｗｏｒｋ；ｒｅａｃｔｉｖｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ；ｌｉｎｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ；ｔｅｒｍｉｎａｌｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ随着人们生活水平的提高和家用电器的普及，低压用户，特别是住宅用户的用电量大幅增长，住宅设计推荐用电容量已达４０ＶＡ／ｍ２。

低压电网出现多处过负荷现象，与此同时功率因数也在进一步降低。

然而，由于厂矿单位、住宅小区、商店等配电线路更新改造速度相对滞后，导致线路末端电压远低于允许范围，洗衣机、空调器等非照明负荷难以正常工作，并对电器设备造成巨大危害。

同时，由于新增电气负荷大量采用电动机、压缩机等旋转设备和电力电子装置，对无功功率需求很大，因而导致低压线路损耗显著增大，整个低压电网的功率因数很低，配电变压器低压侧的综合功率因数约在０．６５－０．７０之间。

低压电网消耗的无功功率主要靠上级电网远距离输送，由于大量的无功功率在电网中流动，造成线损、电压降增大，降低了电能质量、电网的经济效益和配电变压器的供电能力。

此外，低压电网的用户面广而量大。

因此，在目前情况下，为低压电网加装适量的无功补偿电容器是非常必要的。

它可以补偿低压配电线路本身的无功损耗及广大用户用电设备的部分无功需要，使无功尽可能就地达到平衡，减少无功在电网中的流动，这对降低线损、改善电压质量和提高供电能力是十分有利的。

１低压电网的无功补偿方式１．１线路补偿线路补偿即将户外并联电容器安装在架空线路上，以提高电网功率因数，达到降损升压的目的。

这种补偿主要应用在１０ｋＶ等级电网中，在０．４ｋＶ电网中应用和研究较少。

由于配电线路上安装的并联电容器远离变电站，容易出现保护不易配置、控制成本高、维护工作量大、受安装环境和空间等客观条件限制等工程问题。

因此，线路补偿必须结合以下实际工程要求来进行。

（１）补偿点宜少。

虽然多点补偿的降损效果比单点补偿的效果好，但是多点补偿的安装费用和维护费都随补偿点的增加而正比增大。

所以，一条配电线路上宜采用单点补偿，不宜采用多点补偿。

（２）控制方式从简。

线路补偿不设分组投切，分组投切要设互感器，这要增大投资，增大维护费用，并影响电容器的使用寿命。

（３）补偿容量不宜过大。

补偿容量太大，将会导致配电线路在轻载时过电压和过补偿现象。

杆上空间有限，太多的电容器同杆架设，既不安全，也不!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!利于电容器散热。

（４）接线宜简单。

最好是每相只配置一台电容器装置，以降低整套补偿设备的故障率。

（５）保护方式也要简化。

分别用熔丝和氧化锌避雷器作为过流保护和过电压保护。

（６）防止电容器安装后产生谐振现象。

显然，线路补偿主要是针对０．４ｋＶ配电线路上沿线的用户负荷所需无功功率进行补偿，文献［３］提出了确定这种补偿方式的最优地点和容量的算法。

因这种补偿方式具有投资小、回收快、补偿效率较高、便于管理和维护等优点，适合于功率因数较低且负荷较重的长距离配电线路，但是因负荷经常波动，而该补偿方式又是长期固定补偿，适应能力较差，主要是补偿了无功基荷，在线路重载情况下，补偿度一般不能达到０．９５。

１．２终端补偿终端无功补偿即就地补偿，位于低压配电线路末端的负载处，直接提供负载所需要的无功功率，进而减小低压电网的无功流量，降低线损和线路电压降。

目前，在我国城镇，低压用户的用电量大幅增长，企业、厂矿和小区等对无功功率需求都很大，直接对用户末端进行无功补偿，将最恰当地降低电网的损耗和维持网络的电压水平。

ＧＢ５００５２－１９９５《供电系统设计规范》指出，容量较大、负荷平稳且经常使用的用电设备，无功负荷宜单独就地补偿。

这样，对于企业和厂矿中的电动机，应该进行就地无功补偿，即随机补偿；针对小区用户终端，由于用户负荷小，波动大，地点分散，无人管理，应该开发一种新型低压终端无功补偿装置，并能满足智能型控制、免维护、体积小、易安装、功能完善、造价较低等的要求。

有资料表明，１１ｋＷ的异步电动机在一定条件下，进行单机无功补偿是经济合理的。

按典型的８层２户型住宅单元计算，设备容量约为２００ｋＷ，计算容量达到４０ｋＷ以上，典型功率因数为０．７。

因此，单独设立无功补偿装置不仅满足设计规范的要求，而且具有较高的投入产出比。

用户终端补偿方式的优点：（１）减少线损率可达２０％。

（２）减小电压损耗，改善电压质量，进而改善用电设备启动和运行条件。

（３）释放系统能量，提高线路供电能力。

缺点是低压无功补偿通常按配电变压器低压侧最大无功功率需求来确定安装容量，而各配电变压器低压负荷波动的不同时性造成大量电容器在较轻载时闲置，设备利用率不高。

１．２．１补偿位置的确定确定补偿位置是进行无功补偿的首要环节，是无功优化的重要内容。

低压线路终端补偿，在一般小区，其安装位置通常只有三个，即：装设于住宅楼总配电箱进线处、楼梯单元配电箱进线处或住户配电箱进线处。

由于大多数单户负荷在６ｋＷ以下，且无功需求波动大，投入时间短，投切频繁。

因此，终端补偿位置，根据线路终端总容量的大小，一般分别选用前两个补偿点。

当用户无功负荷特别突出时，可单独设补偿控制盒。

具体位置可通过投入／产出比确定。

１．２．２低压终端无功补偿特殊性分析研究发现，终端无功补偿具有明显的特殊性。

首先，线路末端负荷波动幅度大，基荷所占比重较小。

在不同季节，工作日和节假日以及一天的不同时段，负荷幅值有很大变化；其次，负荷容量较小，地点分散，补偿的经济功率因数与集中补偿不同；第三，终端补偿一般没有预留安装位置，没有专人管理，并且通常需要分相控制。

补偿设备一般随设备的运行而投入，随设备的停运而切除，其检测、分析与控制相对简单。

因此，开发新型终端补偿装置具有重要意义。

基于以上分析，终端无功补偿装置应具有以下特点：（１）控制保护功能齐全完善，智能化程度高，免维护或少维护。

（２）体积小，重量轻，适于墙内嵌入暗装或墙上挂装。

（３）造价低，多功能。

该装置应具有丰富的功能，如可靠度、电压质量、频率偏移等电能质量检测，且性能价格比高。

２电容器补偿容量的计算功率因数（ｃｏｓ!）是有功功率Ｐ与视在功率Ｓ的比值，也就是ｃｏｓ"＝Ｐ／Ｓ的值越高，用电设备的利用率就越充分、合理、经济。

说明电力用户的功率因数越高越好，但不能把功率因数提高到１，一般应提高到０．９－０．９８为宜。

因为当功率因数接近１时，提高功率因数所需补偿的电容器设备的投资越大。

补偿无功功率容量计算：ＱＣ＝ａｎＰｊｓ（ｔｇ!１－ｔｇ!２）（１）式中，Ｑｃ所需装设电力电容器组的总容量，ｋｖａｒ；Ｐｊｓ，有功计算负荷，ｋＷ；ｔｇ!１，补偿前自然平均功率因数角的正切值；ｔｇ!２，补偿后功率因数角的正切值；ａｎ，年平均有功功率负荷系数，一般取０．７－０．７５。

其中，电力电容器选择按电压和容量选择：电容器额定电压≥电网实际工作电压；整个电容器组的实际工作容量≥计算补偿容量。

３最优补偿容量的确定在这里，我们用无功经济当量和无功补偿当量来探讨电力电容器合理补偿容量的大小。

电网运行中的功率关系和有功损耗计算：Ｓ１＝Ｐ２＋Ｑ１２!（２）!Ｐ１＝Ｐ２＋Ｑ１２Ｕ２Ｒ×１０－３（３）当电网采取无功补偿后的功率关系和有功损耗为：Ｓ２＝Ｐ２＋（Ｑ１－ＱＣ）２!（４）!Ｐ２＝Ｐ２＋（Ｑ１－ＱＣ）２Ｕ２Ｒ×１０３（５）式中，Ｐ，电网的有功功率，ｋＷ；Ｑ１，补偿前电网的无功功率，ｋｖａｒ；ＱＣ，补偿容量，ｋｖａｒ；Ｓ１、Ｓ２，补偿前后电网的视在功率，ｋＶＡ；!Ｐ１、!Ｐ２，补偿前后电网的有功损耗，ｋＷ；Ｒ，电网的电阻，!；Ｕ，电网的额定电压，ｋＶ。

投入补偿容量ＱＣ后，电网的有功损耗由!Ｐ１降为!Ｐ２，减少量为：!Ｐ!＝!Ｐ１－!Ｐ２＝２Ｑ１ＱＣ－ＱＣ２Ｕ２Ｒ×１０－３（６）３．１无功经济当量的计算无功经济当量是指在电网某处，每增加或减少１ｋｖａｒ无功功率所造成的有功功率损耗的增加量或减少量。

据此，电网在采取无功补偿前和无功补偿后的无功经济当量分别为：ｃ１＝ｄ!ＰｄＱＱ－Ｑ１＝２Ｑ１Ｕ２Ｒ×１０－３（７）ｃ２＝ｄ!ＰｄＱＱ＝Ｑ１－ＱＣ＝２（Ｑ１－ＱＣ）Ｕ２Ｒ×１０－３（８）式中，ｃ１，补偿前无功经济当量，ｋＷ／ｋｖａｒ；ｃ２，补偿后无功经济当量，ｋＷ／ｋｖａｒ。

由上式可知某点的无功经济当量与该点的无功功率、电网电阻成正比，且随着补偿容量ＱＣ的增加而降低，也就是说补偿效益随补偿容量的增加而降低，在实施无功补偿时应注意到这一点。

３．２无功补偿当量的计算无功补偿当量是指在电网某处，装设无功补偿容量ＱＣ后，平均每１ｋｖａｒ补偿容量所造成的有功损耗的减少量。

则ｃ＝!Ｐ!ＱＣ＝２Ｑ１－ＱＣＵ２Ｒ×１０－３装设无功补偿容量Ｑｃ后，可使电网减少的有功损耗为!Ｐ!＝!Ｐ１－!Ｐ２＝Ｑｃｃ。

３．３无功经济当量与无功补偿当量的整体计算图１为无功经济当量整体计算。

如图１所示，设第ｎ段通过的无功功率为Ｑｎ１，第ｎ段的电阻为Ｒｎ，那么，在第ｎ段末端补偿前后的无功经济当量和无功补偿当量为：ｃｎ１＝２Ｑｎ１Ｕｎ２Ｒｎ×１０－３（９）ｃｎ２＝２（Ｑｎ１－ＱＣ）Ｕｎ２Ｒｎ×１０－３（１０）ｃｎ＝２Ｑｎ１－ＱＣＵｎ２Ｒｎ×１０－３（１１）需要指出，计算ｃｎ１、ｃｎ２、ｃｎ时，电压取值应取其对应段上的额定电压Ｕｎ，若使用某一基准电压Ｕｄ计算时，应将各段的额定电压对基准电压进行折算，即Ｕｎ＝ｋｎＵｄ。