王衛(wèi)衛(wèi)

（長江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，武漢 430212）

1 引 言

電壓是衡量電能質(zhì)量的主要指標(biāo)之一，對電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行有著重大的影響，而無功的平衡是保證電壓質(zhì)量的重要條件。系統(tǒng)中無功電源要滿足系統(tǒng)中所有無功負(fù)荷和網(wǎng)絡(luò)損耗的需求才能使電壓在允許的范圍內(nèi)波動。

我國電力工業(yè)在1997年之前由于多年“重發(fā)電，輕供電”，造成電網(wǎng)建設(shè)落后，結(jié)構(gòu)不合理，導(dǎo)致城市和農(nóng)村配電網(wǎng)無功補(bǔ)償不足，電能質(zhì)量不高。經(jīng)電力部門調(diào)查，農(nóng)村電網(wǎng)和城市網(wǎng)的功率因數(shù)大都在0.65～0.8左右，企業(yè)內(nèi)部的配電網(wǎng)的功率因數(shù)在0.65～0.7左右。因此，進(jìn)行無功功率補(bǔ)償已成為目前配電網(wǎng)提高供電水平、降低無功損耗急需解決的問題。電容器由于其容量可大可小，可分散補(bǔ)償也可集中補(bǔ)償，在配電網(wǎng)中得到廣泛的應(yīng)用。本文介紹電容器在配電線路上進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用及計算。

2 配電線路上進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)谋匾?/h2>

由于配電線路的電阻較大，使得無功潮流在線路上流通時引起的功率和電壓損耗也較大。此外，配電變壓器運(yùn)行也需要消耗無功功率。大多數(shù)公用變壓器因沒安裝低壓補(bǔ)償裝置，故大量的無功功率沿著輸電線路傳輸，從而使得配電網(wǎng)的網(wǎng)損較大。因此，考慮配電線路無功補(bǔ)償，提高功率因素是必要的。

3 配電線路上進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)膬?yōu)缺點(diǎn)

配電線路上進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是：

（1）在配電線路上進(jìn)行無功補(bǔ)償可以使配電網(wǎng)內(nèi)部根據(jù)線路進(jìn)行分區(qū)，使得無功在不同區(qū)域進(jìn)行控制、平衡，符合“分散補(bǔ)償，就地平衡”的無功補(bǔ)償原則，達(dá)到減少有功損耗和電壓損耗的目的。

（2）在線路上特別是在配電分支線上進(jìn)行無功補(bǔ)償可以增大設(shè)備的承載能力，改善線路的運(yùn)行特性，提高供電質(zhì)量，降低損耗。

（3）對于分車間考核用電指標(biāo)的用戶，配電線路的補(bǔ)償能提高各車間的功率因數(shù)，從而降低單個產(chǎn)品消耗及生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。并且該補(bǔ)償方式靈活，電容器投切時沖擊電流較小。

其缺點(diǎn)有：

（1）在配電線路上裝設(shè)電容器只能減少所在的10kV配電線路和變壓器上的無功負(fù)荷，對用戶0.4 kV側(cè)的無功損耗起不到作用。

（2）在配電線路上裝設(shè)電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償是分散安裝的，維護(hù)和管理困難，實(shí)際的利用率比集中補(bǔ)償要低。

（3）若實(shí)際安裝的電容器容量固定而不能進(jìn)行分組投切時，將會無法調(diào)節(jié)補(bǔ)償容量，導(dǎo)致過補(bǔ)償現(xiàn)象的出現(xiàn)。

4 城市配電線路無功補(bǔ)償案例分析

由于城市配電網(wǎng)中的配變?nèi)肇?fù)荷變化很大，在低谷負(fù)荷時變壓器接近于空載運(yùn)行，根據(jù)無功補(bǔ)償容量選擇的原則，10kV線路補(bǔ)償應(yīng)以補(bǔ)償配變固有的空載勵磁損耗為主，不補(bǔ)償由負(fù)荷引起的無功消耗。不采用線路補(bǔ)償來補(bǔ)償隨用戶負(fù)荷變化而變化的無功損耗的原因主要是在用電低谷期電容補(bǔ)償過多，會導(dǎo)致過補(bǔ)償，引起電壓過大，無功倒送。

配電線路上的負(fù)荷分布情況，大致可分為負(fù)荷集中于線路末端（電力用戶）、負(fù)荷沿線路均勻分布（或近似均勻分布）和負(fù)荷沿線路非均勻分布的三種類型。無功均勻分布法、動態(tài)規(guī)劃法和相對分析法是10kV線路無功補(bǔ)償?shù)膸追N常用計算方法。從實(shí)用性和適用性兩個角度考慮，都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，其中最簡單實(shí)用的是無功均勻分布法。

4.1 無功均勻分布法（單點(diǎn)補(bǔ)償）

圖1（b）、（c）中所示的是單點(diǎn)補(bǔ)償?shù)臒o功潮流分布圖。為了方便，設(shè)線路的全長為L＝L0＝1，單位長度的負(fù)荷密度為Q0＝1，那么總的無功負(fù)荷為Q＝Q0＝1。

設(shè)在線路L1處補(bǔ)償一容量為Q1的電容，補(bǔ)償后的潮流如圖1（c）所示。

經(jīng)過分析計算可以得出，對單點(diǎn)補(bǔ)償，無功負(fù)荷沿線均勻分布時，為了使降低線損最大，補(bǔ)償?shù)攸c(diǎn)應(yīng)裝設(shè)在距離首端為線路全長的2／3處，補(bǔ)償?shù)娜萘繎?yīng)為全線所需無功容量的2／3。

圖1 均布無功負(fù)荷單點(diǎn)補(bǔ)償前、后潮流分布圖

4.2 實(shí)用計算

江夏大橋新區(qū)是最近幾年開發(fā)速度非?？斓牡貐^(qū)，由于文化路的開通，周圍在很短的時間內(nèi)新建了很多小區(qū)，本例就以其為背景，介紹其中一條10kV的線路上有關(guān)電容器補(bǔ)償?shù)牡攸c(diǎn)的設(shè)置和容量的計算。圖2是該區(qū)10kV紅花路的配網(wǎng)圖，圖中標(biāo)出了線路上各節(jié)點(diǎn)的變壓器容量。我們就以它為例來說明電容器補(bǔ)償容量及補(bǔ)償?shù)攸c(diǎn)的計算方法。

圖2 紅花路配網(wǎng)圖

城市配電網(wǎng)中10kV變壓器的無功損耗主要由空載勵磁損耗和漏磁無功損耗組成。實(shí)際中為了計算方便，我們認(rèn)為空載勵磁損耗的百分值就等于空載電流百分比I0%，約為0.6%～2%；而漏磁無功損耗在變壓器滿載時就等于短路電壓百分比Uk%，約為4%～5%。

具體的計算過程如下：

（1）城市配電網(wǎng)一般都是環(huán)網(wǎng)供電，但開環(huán)運(yùn)行，所以計算時僅計算主干線路。

（2）干線上的每一分支線路都按一個節(jié)點(diǎn)來計算，進(jìn)行編號，為O、A、B、C、D、E、F。其無功負(fù)荷為分支線上所有配電變壓器空載無功損耗（空載電流百分值乘以額定容量）之和。

利用10 kV S11系列低損耗節(jié)能變壓器技術(shù)參數(shù)中空載電流百分比來進(jìn)行計算。

（3）計算出每一節(jié)點(diǎn)到原點(diǎn)（電源點(diǎn)）的距離，線路長度均轉(zhuǎn)化為線路總長度的相對值。

LOA＝0.425 km，LAB＝0.505 km，LBC＝0.455 km，LCD＝0.365 km，LDE＝0.275 km，LEF＝0.115 km

B點(diǎn)相對值＝0.434579

C點(diǎn)相對值＝0.647196

D點(diǎn)相對值＝0.817757

E點(diǎn)相對值＝0.946262

（4）無功負(fù)荷轉(zhuǎn)化為總無功負(fù)荷的相對值。

A點(diǎn)相對值1

B點(diǎn)相對值0.722830

C點(diǎn)相對值0.520403

D點(diǎn)相對值0.377279

E點(diǎn)相對值0.243800

F點(diǎn)相對值0.0875273

（5）計算結(jié)果見表1。

表1 各個節(jié)點(diǎn)的計算數(shù)據(jù)

（6）根據(jù)無功補(bǔ)償均勻分布法，確定該線路補(bǔ)償點(diǎn)為D點(diǎn)，對應(yīng)的長度為0.817757×2.14＝1.75 km，應(yīng)補(bǔ)償?shù)臒o功容量為（1＋0.377279）／2＝0.6886395，即實(shí)際容量為0.6886395×54.84＝37.76kvar。因線路補(bǔ)償電容器為標(biāo)準(zhǔn)化系列，查電容器產(chǎn)品表，選擇最小容量為50kvar的電容器。

本例所采用的線路是一條長度較短、配電變壓器較少、負(fù)荷容量不是很大的線路。最后所算得的電容量補(bǔ)償容量不是很大，在線路上進(jìn)行實(shí)際補(bǔ)償后，線路的功率因數(shù)得到了明顯的改善。同時，線路的損耗也明顯降低。

［1］鄧軍紅.城市配電網(wǎng)無功補(bǔ)償實(shí)用計算［J］.湖北電力，1995.

［2］王 杰.淺談電力電容器無功補(bǔ)償及其安全應(yīng)用［J］.中國集體經(jīng)濟(jì)，2011，（18）.