浅谈10kV及以下中低压配电网无功补偿

浅谈10kV及以下中低压配电网无功补偿

刘章波魏威

中国中元国际工程有限公司北京100089

摘要：在电网运行中，因大量非线性负载的运行，除了要消耗有功功率外，还要消耗一定的无功功率，但是无功功率越多，线路损耗就越大，研究表明在受电端安装无功补偿装置，可减少负荷的无功功率损耗，提高功率因数，降低线损耗。因此本文通过对10kV配电网的无功补偿技术进行探讨，进而更好的解决电网中的无功补偿问题，对电网的安全性和降损节能具有重要意义。

关键词：10kV；无功补偿；补偿方式；

110kV电网无功补偿的重要意义

随着科学技术的进步和人民生活水平的提高，配电系统结构日趋复杂，人们对具有降低线损和提高电能质量起重要作用的无功补偿措施越来越重视，并提出了更高的要求。配电系统无功潮流分布是否合理，不仅关系到电力系统向电力用户提供电能质量的优劣，而且还直接影响电网自身运行的安全性和经济性。由于电网容量的增加，对电网无功要求也与日增加。若无功电源容量不足，网络的功率因数降低，系统运行电压将难以保证，电压的降低将使电气设备得不到充分利用，降低了网络传输能力，并引起损耗增加。因此，解决好配电网络无功补偿的问题，对电网的安全性和降损节能有着重要的意义。

210kV电网无功补偿的作用

功率因数低，电源设备的容量得不到充分利用，负载功率因数越低，通过变压器送出的有功功率就越小，有相当大的一部分功率在电源和负荷之间来回传输，这部分功率不能做有用功，变压器不能被充分利用。功率因数偏低，在线路上会产生较大的压降和功率损耗。线路压降增大则负载电压降低，有可能使负载工作不正常。因此，合理的无功补偿点的选择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，避免大量无功的远距离传输，从而降低有功网损，减少发电费用。而且由于我国配电网长期以来无功缺乏，其造成的网损相当大，因此无功功率补偿是降损措施中投资少回报高的方案，是电力部门及用户不可缺少的节能设备

3无功无偿的原理

无论是工业负荷还是民用负荷，大多数均为感性负荷。所有电感负载均需要补偿大量的无功功率，提供这些无功功率有两条途径：一是输电系统提供；二是补偿电容器提供。如果由输电系统提供，则设计输电系统时，既要考虑有功功率，也要考虑无功功率。由输电系统传输无功功率，将造成输电线路及变压器损耗的增加，降低系统的经济效益。而由补偿电容器就地提供无功功率，就可以避免由输电系统传输无功功率，从而降低无功损耗，提高系统的传输功率。电感性负载由于电流滞后于电压，造成功率因数下降。利用电容电流超前于电压和储能特性将电流移相，使电流和电压相角一致，从而提高功率因数

410kV配电网运行现状

目前，城市和农村中10kV配电网的覆盖率非常高，但是在运行过程中，10KV配电网却存在许多问题，比如：供电能力不足、损耗过大等等，不能解决这些问题和矛盾，就会影响正常的经济和生活。

目前，10kV配电网在实际运行过程中出现的主要问题包括：（1）10kV配电网运行设备落后，不能满足实际工作和生活中所需的电力要求，超负荷运行的情况频频出现，导致10kV配电网电能损耗特别大。（2）因供电线路过长、线路设计不合理等，10kV配电网到达用户端的电压很低，（3）10kV配电网的网点单一，变电所位置不合理。

510kV配电网无功补偿技术的应用方式

目前无功补偿技术在10kV配电网中的应用方式主要包括：（1）变电站集中补偿；（2）分组补偿；（3）就地补偿；（4）静态补偿；（3）动态补偿等。

5.1变电站集中补偿

电容器组集中安装在总降压变电所6—10kV母线上，提高整个变电所的功率因数，这样可减少高压线路的无功损耗，提高变电所的供电电压质量。集中补偿需要的设备有：并联形式的电容器、同步调相机和静止补偿器等。集中补偿的优势为：设备安装在变电站内，管理方便、设备维护方便，而缺点是降低线路损耗的效果不够明显。

5.2分组补偿

分组补偿是指电容器组安装在终端变电所的高压或低压线路上。分组补偿有利于对无功进行内部分区控制，实现无功负荷分区平衡，减少无功功率在变配电站以下配电线路中的流动，使内部线损显著降低，分组电容器的投切会随车间总的负荷水平而变化，其利用率较单台补偿高，分组补偿也比单台电动机易于控制和管理。缺点是分组补偿不如集中补偿便于管理，如果在车间装设电容器未能分组，则补偿容量无法调整，可能会出现过补偿或欠补偿。如果只进行分组补偿，则用户变压器消耗无功功率必须由车间电容器向上倒送，或由电网输送，显然效果不好，分组补偿的一次性投资大于集中补偿。

5.3就地补偿

就地补偿指的是将电容器安装在感性负载附近，就地进行无功补偿。把电力感应负载和电容器实施并联，这样就可以同电机运行和停止一起同步，电机在停止运行后，可以对电容器直接供电，这样就不用其他的供电方式。实际运行过程中，电机的无功由电容器直接供给。就地补偿的优点是能量交换距离非常短，能够显著减少线路的电能损耗。在同样的运行条件下，线路损耗和电流大小是正比的，所以无功功率就地补偿的方式，能够起到最好的节能效果，效益非常明显。

5.4静态补偿

电容柜的控制器测出电路的功率因数并决定要补偿的电容器，并投入电容器补偿，需要一定的时间。特别是某个或几个电容器从电路中切除后需要有一定的时间间隔进行放电，才可以再次投入。有的负载变化快，这时电容器的切除、投入的速度跟不上负载的变化，所以称为静态补偿。静态补偿的优点：价格低。初期的投资成本少，无漏电流。缺点：涌流大，即使采用了限流接触器，涌流仍可达到电容器工作电流的十几倍。寿命短、故障多、维修费用多。

5.5动态补偿

采用晶闸管控制电容器的接入和切除，选择电路上电压和电容器上电压相等时投入、切除，此时流过晶闸管和电容器的电流为零。解决了电容投入时的涌流问题。动态补偿的优点：涌流小、无触点、使用寿命长、维修少、投切速度快（≤20ms）。缺点：价格高、发热严重、耗能、有漏电流。低压并联电容器无功补偿回路配置总回路刀开关和分回路交流接触器或功能相同的其他的元件：保护用避雷器：熔断器，热继电器（装设谐波超值保护时可不装》限制涌流的限流线圈（交流接触器或电容器本身具备限制涌流的功能时可不装》放电元件：动投切控制器、保护元件、信号和测量表计等配套元件，谐波含量超限保护，在电容器前装上HFX消谐波磁环，阻止谐波进入电容器，保护设备正常运行。

610kV电网的无功补偿的注意事项

在低压无功补偿装置设计的过程中，无功功率的容量计算和投切点选择需要谨慎，无功自动补偿装置一般采用的是智能型免维护方式，此设备的优势很多，例如可以自身进行过零投切，另一方面，还可以进行分相补偿，无功补偿装置应该安装在配电器低压的一侧，无功补偿的容量也需要根据变压器容量来进行（大于变压器容量的15%），在分相补偿和循环投切控制的过程中，采用晶闸管一交流接触器复合投切电容器型式，此外，在整个过程中，一般采用微处理器进行精确的测量，从而对系统进行全方面的控制。电容器的选择尤其重要，一般选择干式、自愈式阻燃型电容器，电容的偏差降到最低，温度最高能达到55℃，断路器应该选用低压塑壳式断路器，这样在一定程度上可以起到保护的作用，其次电容器进行分组的时候应该设置熔断器。

结论

综上所述，采用无功补偿可以提高功率因数，是一项投资少，收效快的节能措施。采用补偿电容器进行合理的补偿一定能取得显著的经济效益，但要使低压无功补偿装置真正实现节能降耗、延长供用电设备使用寿命、提高经济效益的目的，就必须真正做到合理选型，以确保无功补偿设备满足具体的使用要求。作为无功补偿装置的使用者和制造者，在关注设备成本的同时，还应该充分考虑装置的性能优劣，从而获得最大的综合经济效益。

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