農村電網無功補償方案

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近幾年，特別是國家實施農村電網改造工程以來，大量輸變電設備在農村電網中廣泛投入運行，對提高農村電網的供電能力、電能質量和降低網損等方面發揮了重要作用。但在實際運行中，也暴露出一些問題，特別是無功補償問題比較嚴重，沒有達到對農村電網無功合理補償的目的，下面結合無功補償的現狀，著重對無功補償的重要性、補償容量的確定、提高功率因數的幾種方法及效益進行分析闡述。

一、農村電網中無功功率現狀

在農村電網中，大多數電力負荷是感性負載，異步電動機、感應電爐、交流電焊機等設備是無功功率的主要消耗者。另外，感應電動機和中小容量配電變壓器，它們各占農村電力負荷的60%和20%以上。同時，由于其分散，季節性強，配電線路供電半徑大，分支線多及用電設備的配套和使用管理不夠合理，“大馬拉小車”、輕載和空載運行情況比較嚴重，因此占用無功比例較大，加之無功規劃長期未能引起足夠的重視，無功電源與無功占用不平衡，造成農村電網功率因數偏低和電壓質量低劣，并引起功率損耗和電能損耗增加。岳陽農村在負荷高峰時有個別10千伏線路功率因數不足0.8。因此，對農村電網無功負荷優化補償應引起足夠的重視。

二、無功補償的原則

根據農村電網的特點，無功補償應遵循“統一規劃、合理布局、分級補償、就地平衡”的原則，堅持降損與調壓相結合，以降損為主；集中與分散相結合，以分散為主；電力部門補償與客戶補償相結合，以客戶端補償為主；高壓與低壓補償相結合，以低壓為主；全區平衡與分縣、分站平衡無功電力相結合的原則。以期取得最大的綜合補償效益。

無功補償應盡量分層(按電壓等級)和分區(按地區)補償，就地平衡，避免無功電力長途輸送與越級傳輸。

三、農村電網常用的無功補償方式

1、35千伏變電站集中補償

35千伏變電站所需無功應就地平衡，在35千伏變電站10千伏母線上進行集中無功補償，以補償35千伏主變消耗的無功功率(包括勵磁無功損耗和漏磁無功損耗)以及35千伏輸電線路上的無功功率損耗，從而減少35千伏輸電線路輸送無功功率引起的有功損耗，并減少35千伏主變的可變有功功率損耗。

2、隨器補償

隨器補償是指將低壓電容器通過低壓熔斷器接在配電變壓器二次側，以補償配電變壓器空載無功的補償方式。

農村配電變壓器，尤其是綜合用戶配電變壓器，普遍存在負荷輕時的“大馬拉小車”現象，在負荷低時接近空載。配電變壓器在輕載和空載時的無功負荷主要是變壓器的空載勵磁無功，配變空載無功是農網無功負荷的主要部分。對于輕負荷配變而言，這部分損耗占供電量比例較大。這種方式有效的補償配變空載無功，實現就地平衡，是目前補償配變無功的經濟有效的手段之一。

隨器補償只能補償配變的空載無功，對于小容量變壓器，將隨機補償和隨器補償配合使用，是補償方式的最優選擇。

3、電動機隨機補償

隨機補償是將低壓電容器組與電動機并接，通過控制、保護裝置與電機同時投切。這種補償方法不需頻繁調整補償容量，且配置方便。為防止電機退出運行時產生自激過電壓，補償度一般不應大于電機的空載無功。

4、10千伏線路上集中補償

這種補償方式通常是在配電線路的主干線某處，集中裝設10千伏電容器。當配電變壓器容量較小，低壓側無法進行無功補償時，可采用線路上集中補償方式，補償若干臺配變所需的無功，安裝最佳位置在該條線路長度的2/3處。

四、無功補償的作用及效益分析

1、合理加裝無功補償設備，可以降低線損。

我們知道有功功率損耗的計算公式為:

△P=3I2R×10-3(kW)

而3I2=(P2+Q2)/U2=S2/U2=P2/U2·SCOS2F

因此，△P=(P2·R/U2·COS2F)×10-3(kW)

式中：P——有功功率，kW；

U——額定電壓，千伏；

R——線路總電阻，W。

由上述公式可知，有功功率損耗與功率因數的平方成反比，當功率因數COSF提高以后，線路中功率損耗大大下降。

提高負荷的功率因數與線損降低率關系可以用下列簡單關系式表示：

△P%=[1-(COS2F1/COS2F2)]×100%

COS2F1——補償前功率因數

COS2F2——補償后功率因數

由此可算出當負荷的功率因數由0.7提高到0.85時，線損可降低32%。

2、合理加裝無功補償設備，可以改善電能質量

電網中無功補償設備的合理配置，與電網的供電電壓質量關系十分密切。合理安裝補償設備可以改善電壓質量。

負荷(P+JQ)電壓損失_U簡化計算如下：

△U=3(PR+QX)/U(1)

式中:U-線路額定電壓，千伏

P-輸送的有功功率，千瓦

Q-輸送的無功功率，千乏

R-線路電阻，W

X-線路電抗，W

由上式可知，當電力網輸送的有功功率一定時，輸送的無功功率愈大，網絡的電壓損失愈大，到用戶的端電壓就愈低。

安裝補償設備容量Qc后，線路電壓降為△U1，計算如下：

△U1=3[PR＋(Q－Qc)X]/U(2)

很明顯，△U1＜△U，即安裝補償電容后電壓損失減小了。由式(1)、(2)可得出接入無功補償容量Qc后電壓升高計算如下：

△U-△U1=3QcX/U(3)

由于越靠近線路末端，線路的電抗X越大，因此從(3)式可以看出，越靠近線路末端裝設無功補償裝置效果越好。

3、合理加裝無功補償設備，可挖掘發供電設備潛力

(1)在設備容量不變的條件下，由于提高了功率因數可以少送無功功率，因此可以多送有功功率?？啥嗨偷挠泄β省鱌計算如下：

△P=P1-P=S(cosF1-cosF)(4)

(2)如需要的有功不變，則由于需要的無功減少，因此所需要的配變容量也相應地減少△S計算如下：

△S＝S-S1＝P(1/cosF-1/cosF1)(5)

(3)安裝無功補償設備，可使發電機多發有功功率。系統采取無功補償后，使無功負荷降低，發電機就可少發無功，多發有功。

4、合理加裝無功補償設備，可以提高輸配電線路的供電能力。

當輸配電線路的導線截面一定時，它輸送的經濟電流就為一定值。合理加裝無功補償設備，提高功率因數后，可使線路輸送的無功電流大量減少，從而“釋放”出富余容量，增加供電能力。

5、改善設備運行狀態，延長設備使用壽命

通過合理加裝無功補償設備，提高功率因數，電壓質量得到改善，提高了電壓合格率，電容器投切次數增多，主變分接頭開關調節次數則大大減少，從而改變了主設備的運行狀態，延長設備壽命。

6、無功補償減少用戶電費支出

(1)可以避免因功率因數低于規定值而受罰。

(2)可以減少用戶內部因傳輸和分配無功功率造成的有功功率損耗，減少電費的支出。

五、過補償的危害及防止過補償的措施

補償的標準是只能達到完全補償，決不能造成過補償。過補償會形成無功功率倒送，有功功率損耗加大，電壓超標，影響系統、設備及電容器的安全。

在部分農村小型化變電所的實際運行中，電容器投入運行后，常出現過補償情況，向電網倒送無功，電網電壓升高，危害電網和設備安全運行，增加網損，電壓合格率降低，通過調整主變電壓分接頭，雖然能夠降低電網電壓，但仍然不能解決向電網倒送無功問題，這種情況在實際運行中存在較多。

補償后的功率因數應適當。如對其要求過高，不但要裝設過多的電容器，增加投資費用,而且在輕負荷時會出現過補償，向電網倒送無功，增加電壓損耗和電能損耗。此外，過補償還會抬高變壓器二次側的電壓，由于二次側電壓的升高，不僅威脅線路和設備的安全，也威脅電容器自身安全。當電容器的運行電壓超過1.1Uc時，就必須退出運行，否則將因過電流發熱升溫縮短使用壽命甚至立即燒毀。

預防過補償最有效的方法是，采用電容器自動投切裝置,采用此裝置能檢測電網中負荷的變化，并根據負荷的變化自動投入或切除電容器。此外，還可以在設計中限制補償容量，并在運行中加強對電容補償裝置的監視，根據負荷變化情況，及時投切電容器組。

綜上所述，采用無功補償可以提高功率因數，是一項投資少，收效快的節能措施