配电网无功补偿方案比较和补偿工程应注意问题

配电网无功补偿方案比较和补偿工程应注意的问题摘要：无功补偿对电网的安全、优质、经济运行具有重要作用。配电网规模巨大，负荷情况复杂，使用环境条件差，合理选择无功补偿方案和补偿技术意义重大，补偿工程也有很多问题值得认真分析和思考。本文重点分析、比较了配电网常用无功补偿方案的特点，并结合无功补偿产品开发和无功补偿工程建设的实践，提出了无功补偿工程应注意问题和建议。

关键词：配电网；无功补偿；补偿方案；无功优化

1 引言

由于无功补偿对电网安全、优质、经济运行具有重要作用，因此无功补偿是电力部门和用户共同关注的问题。合理选择无功补偿方案和补偿容量，能有效提高系统的电压稳定性，保证电网的电压质量，提高配电设备的利用率，降低有功网损和减少费用。

公司电网规模很大，变电站49座，输变电设备数千台，因此配电网无功补偿对降损节能，改善电压质量意义重大。本文结合当前人们关注的电网无功补偿问题，重点分析、比较了配电网常用无功补偿方案特点，并通过对无功补偿应用技术的分析，提出了配电网无功补偿工程应注意问题和相关建议。

2 配电网无功补偿方案比较

配电网无功补偿方案有变电站集中补偿、配电变低压补偿、配电线路固定补偿和用电设备分散补偿。四种方案示意图见图1所示。

2.1变电站集中补偿

变电站集中补偿装置包括并联电容器、同步调相机、静止补偿器等，主要目的是平衡输电网的无功功率，改善输电网的功率因数，提高系统终端变电所的母线电压，补偿变电站主变压器和高压输电线路的无功损耗。这些补偿装置一般集中接在变电站6kv母线上，因此具有管理容易、维护方便等优点，但这种补偿方案对6kv配电网的降损不起作用。

为实现变电站的电压/无功综合控制，通常采用并联电容器组和有载调压抽头协调调节。协调调节控制算法国内学者进行过大量研究，九区图法是一种常用的有效方法[1]。但大量的实际应用表明，投切过于频繁会影响电容器开关和分接头的使用寿命，增大运行维护工作量，通常在实际中要限制抽头调节和电容器组操作次数。采用电力电子开关控制成本比较高、开关自身功率损耗也很大，因此变电站高压电压/无功控制技术仍有待进一步改善和研究。

鉴于变电站无功补偿对提高高压电网功率因数，维持变电所母线电压和平衡系统无功有重要作用，因此应根据负荷的增长安排、设计好变电站的无功补偿容量，运行中在保证电压合格和无功补偿效果最好的情况下，尽可能使电容器组投切开关的操作次数为最少。

2.2 配电变低压补偿

配电变低压补偿是目前应用最普遍的补偿方法。由于用户的日负荷变化大，通常采用微机控制、跟踪负荷波动分组投切电容器补偿，总补偿容量在几十至几百千乏不等。目的是提高专用变用户功

率因数，实现无功的就地平衡，降低配电网损耗和改善用户电压质量。

配变低压无功补偿的优点是补偿后功率因数高、降损节能效果好。但由于配电变压器的数量多、安装地点分散，因此补偿工程的投资较大，运行维护工作量大，也因此要求厂家要尽可能降低装置的成本，提高装置的可靠性。

采用接触器投切电容器的冲击电流大，影响电容器和接触器的使用寿命；用晶闸管投切电容器能解决接触器投切电容器存在的问题，但明显缺点是装置存晶闸管功率损耗，需要安装风扇和散热器来通风与散热，而散热器会增大装置的体积，风扇则影响装置的可靠性。

为解决这些问题，笔者组织开发、研制了机电一体开关无功补偿装置[2]，机电开关补偿装置典型接线如图2所示。装置采用固定补偿与分组补偿结合，以降低装置的生产成本；装置能实现分相补偿，以满足三相不平衡系统的需要。机电开关控制使装置既有晶闸管开关的优点，又具有接触器无功率损耗的优点。几台装置的现场运行、试验表明，机电开关补偿装置体积小、可靠性高，能满足户外环境、长期工作需要。机电开关的原理与技术详见文献[2]。

低压补偿装置安装地点分散、数量大，运行维护是补偿工程需要重点考虑问题；另外，配电系统负荷情况复杂，系统可能存在谐波、三相不平衡，以及防止出现过补偿等问题，这些工程中应注意

的问题后面详细介绍。

2.3 配电线路固定补偿

公司大量配电变压器要消耗无功，很多变压器没有安装低压补偿装置，造成的很大无功缺额需要变电站承担，大量的无功沿线传输使得公司配电网的网损居高难下，这种情况下可考虑配电线路无功补偿，文献[3][4]提出了配电线路无功补偿的必要性和方法。

线路补偿既通过变电站安装电容器实现无功补偿。由于线路补偿远离变电站，因此存在保护难配置、控制成本高、维护工作量大、受安装环境限制等问题。因此，线路补偿的补偿点不宜过多；控制方式应从简，一般不采用分组投切控制；补偿容量也不宜过大，避免出现过补偿现象；保护也要从简，可采用熔断器和避雷器作为过电流和过电压保护。

线路补偿主要提供线路和公用变压器需要的无功，工程问题关键是选择补偿地点和补偿容量，文献[4]给出了补偿地点和容量的实用优化算法。线路补偿具有投资小、回收快、便于管理和维护等优点，适用于功率因数低、负荷重的长线路。线路补偿一般采用固定补偿，因此存在适应能力差，重载情况下补偿度不足等问题。自动投切线路补偿仍是需研究的课题。

2.4 用电设备随机补偿

在10kv以下电网的无功消耗总量中，变压器消耗占30％左右，低压用电设备消耗占65％以上。由此可见，在低压用电设备上实施无功补偿十分必要。从理论计算和实践中证明，低压设备无功补偿

的经济效果最佳，综合性能最强，是值得推广的一种节能措施。

感应电动机是消耗无功最多的低压用电设备，故对于公司的较大容量电动机，应该实施就地无功补偿，即随机补偿。与前三种补偿方式相比，随机补偿更能体现以下优点[5]：

1）线损率可减少20%；

2）改善电压质量，减小电压损失，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。

由于随机补偿的投资大，确定补偿容量需要进行计算，以及管理体制、重视不够和应用不方便等原因，目前随机补偿的应用情况和效果都不理想。因此，对随机补偿需加强宣传力度，增强节能意识，同时应针对不同用电设备的特点和需要，开发研制体积小、造价低、易安装、免维护的智能型用电设备无功补偿装置。

根据以上常用无功补偿方案的分析、讨论，我们可归纳、整理出四种补偿方案的特点和基本性能如表1所示。

3 无功补偿效益的简要分析

配变低压无功补偿能有效降低配电变及以上输配电网的损耗。由于计算整个电网损耗涉及因素多，工作量大，下面仅以图1中节点4的1000kva

变压器为例，通过简单计算，说明无功补偿具有巨大的直接和间接效益。