白振书

（河北宝硕股份有限公司氯碱分公司，河北保定071051）

无功功率补偿技术特性的应用

白振书

（河北宝硕股份有限公司氯碱分公司，河北保定071051）

通过分析地区城网低压线损情况，介绍了城网无功补偿的必要性、补偿方式及补偿后的经济效益。

无功补偿；线损分析；经济效益

1 理论依据

接在电力系统中的许多用电设备是根据电磁感应原理工作的，多属感性用电设备，除吸收电力系统的有功功率做功外，用电设备在能量转换过程中还需要大量的无功功率。这些无功功率经过多级电力线路和变压器的输送和转换，又造成无功功率的损失，使电网功率因数下降，发、供电设备出力降低电网电压波动，增大线路损失，同时功率因数低，也加大了用户的电费开支。因此，解决好配电网络无功补偿的问题，对电网的安全和降损、节能有着重要的意义。

一般配电网无功补偿方式有变电站集中补偿方式、低压集中补偿方式、杆上无功补偿方式和用户终端分散补偿方式。

功率因数是由负荷的性质和有功功率在视在功率中占的分量决定的。在感性负荷的电路中，功率因数值在0~1.0之间变化，即0＜cosØ＜1。如果用户负荷所需的无功功率(包括变压器的无功功率损耗)都能就地补偿、就地供应，供电可变损失就可以大为降低，电压质量也能相应得到改善，补偿原理见图1。

图1中，Q1为补偿前系统需要的无功功率；Q2为补偿后系统中需要的无功功率；P1为补偿前系统中最大可能输送的有功功率；P2为补偿后系统中最大可能输送的有功功率。

设线路或设备可能输送的视在功率为S，安装电容器Q后，提高了功率因数，在视在功率S不变的条件下，使输送有功功率的能力增加了△P。

可以推导出当输送的有功功率和电压不变时，供电线路和变压器的损耗降低百分数△P（%）可用下式计算：

△P=[1-（cosØ1/cosØ2）2]×100%

由此，可以说明当cosØ由0.8增加到0.95时，有功功率损耗降低可达29%，装1 kW电容器可节省供电设备容量0.52 kW。换言之，装1 kW电容器可多供0.52 kW有功功率。对原有设备而言，相当于增大了发、供电设备的容量，挖掘了原有电力设备的潜力，节约了用户的电力投资。

2 无功补偿的运用

目前，城区利用箱式变安装及维护简便的特点，普遍采用的无功补偿方式是低压集中补偿，在配电变压器380V侧进行集中补偿，可采用微机控制的低压并联电容器柜，容量为几十至几百千瓦不等，根据用户负荷水平的波动投入相应数量的电容器进行跟踪补偿。主要目的是提高功率因数，实现无功的就地平衡，对配电网和配电变的降损有一定作用，也有助于保证用户的电压水平。

目前，部分地区现有的无功补偿装置多采用晶闸管投切电容器静止无功补偿装置，晶闸管投切电容器静止无功补偿装置的单相原理图如图2所示。

图2中的2个反并联晶闸管只是起到将电容器并入电网或从电网断开的作用，而串联的小电感只是用来抑制电容器投入电网时可能造成的冲击电流。在工程实际中，一般将电容器分为几组，每组都可由晶闸管投切。这样可根据电网的需求投切，单独使用时只能作为无功功率电源，发出感性无功，且不能平滑地调节输出功率。由于晶闸管对控制信号的响应极为迅速，通短次数又不受限制，其运行性能明显优于机械开关投切的电容器。

晶闸管投切电容器静止无功补偿装置的关键问题是投切电容器时刻的选取。经多年分析和实验研究，其最佳投切时刻是电源电压与电容器预充电电压相等的时刻，此时投切电容器，电路冲击电流为零。为保证更好投切电容器，必须对电容器预先充电，充电结束后再投入电容器。

静止补偿器最重要的特点是，能维持其端电压实际上不发生变化。当电压变化时，静止补偿器能快速平滑地调节无功功率，以满足动态无功补偿的需要。

城市供电密度较大，在用电高峰时，其末端电压偏低，加装无功补偿装置，网络中的电抗减少，电压损失相应减少，线路末端电压相应得以提高。

以一条10 kV配电线路来进一步分析高、低压无功补偿的不同效果。设一条10 km长的10 kV配电线路，导线为LGJ-120，在其末端有1台1 000 kVA的配变，带有1 000 kVA、cosØ=0.7的负载。无功补偿分A、B 2种方式配置，A为低压侧就地补偿700 kW；B为10 kV线路中部补偿700 kW。分析计算结果见表1。

表1 线路有功损耗比较表

从表1中数据看出，在用户端低压侧就地无功补偿效果较好，可减小有功功率损耗1.86个百分点。因此得出结论，在配电网中，无功补偿应以低压侧就地补偿为主，以高压线路中的补偿为辅。

3 电容补偿容量的选定

补偿容量的选择，要根据变压器的负载率和容量以及线路的负荷决定。原则是，轻负荷时不能向系统倒送无功，节能效益达到最大。轻负荷时，不同配变所需补偿容量不同，当补偿容量等于低压侧平均无功负荷时，节能效益最大。综合考虑高峰所需容量和节能效益，可按配变容量计算。

根据功率因数定义，可分别算出补偿前和补偿后最大负荷时的功率因数。

式中：Pj—全企业的有功计算负荷，kW；

Qj—全企业的无功计算负荷，kW；

Qc—全企业的无功补偿容量，kW；

Sj、S′j—全企业补偿前、后的视在计算功率，kVA。

（3）求补偿容量

还可以通过简单的计算得到其补偿容量。

（1）变电所集中装设的补偿容量可以按照主变容量的20%～40%来配置，随负荷变化自动投切进行补偿。

（2）配电线路上的分散补偿容量可以按照“三分之二”法则来选择。即在均匀分布负荷的配电线路上，安装电容器的最佳容量是该线路平均负荷的2/3；

（3）电动机就地补偿以不超过电动机空载时的无功消耗为度，配变低压侧电容器补偿要防止轻负荷时向10 kV配电网倒送无功。

4 无功补偿经济计算

4.1 无功补偿降低线损的经济效益分析

电力网电能损耗（简称线损），是电网经营企业在电能传输和营销过程中自发电厂出线起至客户电度表止所产生的电能消耗和损失。线损率是衡量线损高低的指标，它综合反映了电力系统规划设计、生产运行和经营管理的水平，是电网经营企业的一项经济技术指标。

线损率=[（供电量-售电量）/供电量]×100%。

无功补偿由于提高电压，减少了线路上的无功流动，降损效果明显。线损率为线损电量占供电量的百分数，它是供电局的一个重要考核指标。无功补偿对改善线损率效果明显。

4.2 计算方法

式中：ΔE—降损电量，kW·h；

ΔPmax—最大负荷降损功率，kW；

ΔPar—线损计算时段内的平均功率损失，kW；

F—损失因子；

T—电容器投运时间，h。

（2）式中的电流平方的平均值I2rms，一般以典型日负荷曲线计算。

5 无功功率补偿的经济效益

5.1 改善功率因数可减少电费

根据国家水电部、物价局颁布的“功率因数调整电费办法”以下3种功率因数标准值，相应减少电费。

（1）功率因数标准为0.90，适用于160 kVA以上的高压供电工业用户（包括社队工业用户），装有带负荷调整电压装置的高压供电电力用户、320 kVA及以上的高压供电电力排灌站。

（2）功率因数标准为0.85，适用于100 kVA（kW）及以上的其他工业用户（包括社队工业用户）、100kVA（kW）及以上的非工业用户和100 kVA（kW）及以上的电力排灌站；

（3）功率因数标准为0.80，适用于100kVA（kW）及以上农业用户和趸售用户，但大工业用户未划由电业直接管理的趸售用户，功率因数标准应为0.85。

根据计算的功率因数，高于或低于规定标准值时，在按照规定的电价计算出当月电费后，再按照“功率因数调整电费表”所规定的百分数增减电费。如用户的功率因数在“功率因数调整电费表”所列两数之间，则以四舍五入计算。

电度电费是指动力电费，不包括照明电费，照明是不收动力电费的。对于低压计量的用户，电度电费中还包括线损电费和变压器的有功损失电费。高压计量的用户当变压器的容量超过315 kVA时，收基本电费，基本电费是按变压器的容量来收取的。

例：某客户3月份有功电量150万kW·h，无功电量65万kW·h，电费为422 290元，该客户执行0.90标准。根据功率因数调整电费办法，则该客户相应减少电费如下。

cosØ=cos[arctg(65/150)]=0.92，由于客户实际功率因数大于考核标准值，电费减少0.3%。功率因数调整电费=422 290×（-0.3%）=-1 266.87（元）

根据“办法”，补偿后的功率因数以分别不超出0.95、0.94和0.92为宜，因为超过此值，电费并没有减少，相反地，初次设备增加是不经济的。

5.2 改善电压质量

线路中电压损失ΔU的计算公式：

式中：P—有功功率，kW；

Q—无功功率，kvar；

U—额定电压，kV；

R—线路总电阻，Ω；

XL—线路感抗，Ω。

由上式可见，当线路中无功功率Q减小以后，电压损失ΔU减小，有利于系统电压的稳定，提高用电质量，改善设备运行条件，可保证设备在正常条件下工作，有利于安全生产。另一方面，在供电质量范围内合理提高电压，在保证供电质量的同时会增加售电量，对供电部门增供拓销具有极大意义。

5.3 提高输、变电设备的供电能力

当输配电线路的导线截面一定时，它输送的经济电流就为一定值。合理加装无功补偿设备，提高功率因数后，可使线路输送的无功电流大量减少，从而“释放"出富余容量，增加供电能力。

如图1所示，由于有功功率P＝S·cosØ，当供电设备的视在功率S一定时，如果功率因数cosØ提高，即功率因数角由Ø1到Ø2，则设备可以提供的有功功率P也随之增大至P+ΔP，可见设备的有功出力提高了。

在有功功率一定的情况下，提高功率因数，会使系统总电流大大降低，使配电设备的容量得到释放。在工作实践中，经常遇到用户变压器的容量不足，通过无功补偿可以使变压器的容量得到充分释放，从而有效解决了变压器容量不足的问题，使用户得到实惠。

例如：1台S9-1 000 kVA的变压器，功率因数由0.80提高到0.95时，可增加有功出力△P=150 kW，可挖掘出的视在功率△S=187.5 kVA。对用户来说，当现有变压器的供电能力提高后，可节约增容费、材料费、施工费等投资。

6 结论

选择合理的无功补偿点以及补偿容量的确定，能够有效地维持系统的电压水平，提高系统的电压稳定性，避免大量无功远距离传输，从而降低有功网损，减少发电费用。对电力用户来说，提高功率因数、减少无功电能消耗，对节能降耗具有十分重要的意义，可获得较大的综合经济效益。而且由于中国配电网长期以来无功缺乏，造成的网损相当大，无功功率补偿是降损措施中投资少、回报高的方案。

配电网进行无功补偿、提高功率因数和搞好无功平衡，是一项建设性的降损技术措施。应更多考虑系统的特点，将4种配电网无功补偿方式结合起来进行无功补偿。

Application of technicalcharacteristic of reactive power compensation

BAIZhen-shu
(Bosoar Chlor-alkaliBranch,Baoding 071051,China)

The loss statusof low-voltage line of urban power network was analysed.The necessity of reactive power compensation,compensatedmethod and economic profitswere introduced.

reactive power compensation;line lossanalysis;economic profits

book=4,ebook=123

TM714.3

B

1009－1785(2010)07－0030-04

2010-03-16