浅谈低压电网的无功补偿

浅谈低压电网的无功补偿

 　　1 电压与无功功率的重要作用

　　控制电压的稳定及调节无功功率是保证电力系统经济、安全、稳定运行的重要方法。电压是电能质量的重要标志，电网的电压稳定程度是电力系统运行调整的重要指标之一，只有保证电网电压的稳定，才能有效的保证各种用电设备取得最佳的工作效率。当电压过高时，会对用电设备的运行带来不良影响，影响设备生产产品的质量和产量，损坏设备;各种电气设备绝缘会损坏，在超高压输电线路中还将增加电晕损耗;甚至会引起整个供配电系统崩溃，造成大面积停电。电压降低时，会使电网中的有功功率损耗和能量损耗增加，过低还会危及供配电系统运行的稳定性。因此，作为负荷用电设备还是电力系统本身，都要求必须有稳定的电压。

　　无功功率是保证电网电压稳定和减少有功损耗的重要因素，它的产生是基本上不消耗能源的，但无功功率在输电线路上传送却要引起无功功率和电网电压的损耗，通过有效合理的对无功补偿设备的配置,改善无功功率的分布可以有效的减少无功功率和电网电压的损耗。

　　2 何为无功补偿及电网无功补偿的基本原则

　　电网传送的功率分为有功功率和无功功率。直接消耗电能,把电能转变为机械能、热能、化学能或声能,利用这些能作功的这部分功率称为有功功率;不消耗电能，只是把电能转换为另一种形式的能,这种能作为电气设备能够作功的必备条件,并且在电网中与电能进行周期性转换,这部分功率称为无功功率。无功功率的传送同样需要电流来完成，这样就会增加线路上的功率损耗，引起发热，增加线路末端电压降。

　　电网中的电力负荷主要是电动机、变压器等属于感性负荷，其无功是属于感性无功，其值大于零。在电网中安装并联电容器等无功补偿设备以后，由于容性无功的值小于零，这样一个小于零的无功和一个大于零的无功就可相互抵消。这样就减少了无功功率在电网线路中的流动，因此可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗，以实现无功功率的就地供应、分区平衡，从而提高电能作功的效率，这就是无功补偿。

　　电网无功补偿的基本原则是：按电压分层，按电网分区，就地平衡，避免无功功率的远距离输送，以免占用线路输送容量和增加有功损耗。

　　3 无功补偿的作用

　　无功补偿可以收到下列的效益：

　　(1)提高用户的功率因数,从而提高电气设备的利用率;

　　(2)减少电力网络的有功损耗;

　　(3)合理地控制电力系统的无功功率流动，从而提高电力系统的电压水平，改善电能质量，提高了电力系统的抗干扰能力;

　　(4)在动态的无功补偿装置上，配置适当的调节器，可以改善电力系统的动态性能，提高输电线的输送能力和稳定性;

　　(5)装设静止无功补偿器(SVS)还能改善电网的电压波形,减小谐波分量和解决负序电流问题。对电容器、电缆、电机、变压器等，还能避免高次谐波引起的附加电能损失和局部过热。

　　4 无功功率的补偿效果分析

　　设补偿后无功功率为Qc,使电源输送的无功功率减少为Q′=Q-Qc,功率因数由cosφ提高到cosφ′,视在功率S减少到S′,视在功率的减小可相应减小供电线路的截面和变压器的容量，降低供用电设备的投资。

　　可知，采用无功补偿措施后，因为通过电力网无功功率的减少，降低了电力网中的电压损耗，提高了用户的电压质量。

　　可根据补偿前后功率因数的变化而确定补偿容量Qc的计算公式为

　　Qc=P(tanφ1-tanφ2)=Pqc(千乏)

　　负荷(P+JQ)电压损失ΔU简化计算如下：

　　ΔU=(PR+QX)/U (1)

　　式中:U-线路额定电压，kV

　　P-输送的有功功率，kW

　　Q-输送的无功功率，kvar

　　R-线路电阻，Ω

　　X-线路电抗，Ω

　　安装补偿设备容量Qc后，线路电压降为ΔU1，计算如下：

　　ΔU1=[PR+(Q-Qc)X]/U (2)

 

　　很明显，ΔU1<ΔU，即安装补偿电容后电压损失减小了。由式(1)、(2)可得出接入无功补偿容量Qc后电压升高计算如下：

 

　　ΔU-ΔU1=QcX/U (3)

　　由于越靠近线路末端，线路的电抗X越大，因此从(3)式可以看出，越靠近线路末端装设无功补偿装置效果越好。

 

　　5 低压配电网无功补偿的方法

 

　　5.1 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10kV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10kV配电网的降损不起作用。

 

　　5.2 电设备随机补偿

 

　　随机补偿就是将低压电容器组与电动机并接，通过控制、保护装置与电机，同时投切。它具有最佳的调压和降损效果外，更具有投切及时、结线简单、投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低的优点，特别适用于年运行小时数在1000h以上的电动机采用随机补偿较其他补偿方式更经济。

　　对于常用的100千瓦及以下的三相四极异步电动机的单机补偿容量：在空载情况下，其补偿容量(千乏)可按不超过电动机额定功率(千瓦)的三分之一计算(即按空载时补偿后的功率因数cosφ≈1计算);在负荷情况下，其补偿容量(千乏)可按电动机额定功率(千瓦)的三分之一到二分之一选择。

　　5.3 配电变低压随器补偿

　　随器补偿是指将低压电容器在配电变压器二次侧0.4kV的母线上通过自动投切装置进行分步投切，这种补偿方式是目前应用最普遍的补偿方法。它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。

　　6 结束语

　　无功补偿是一项高效、安全、方便的节电技术，电力系统运行的经济性和电能质量与无功功率有重大的关系。合理的配置无功功率补偿设备和容量以改变电力网络中的无功功率分布，可以减少网络中的有功功率损耗和电压损耗，从而改善负荷用户的电压质量，对电网安全、优质、经济运行有重要作用和意义。