谈电力线路的无功补偿问题徐亦文

谈电力线路的无功补偿问题徐亦文

徐亦文

（广东电网有限责任公司肇庆供电局）

摘要：随着科技的进步，电力线路的无功补偿技术已日趋先进和多样化。本文通过从配电线路、变电站、用电户三级的比较中提出了在配电线路中进行电容器无功补偿的可行性和合理性。为边远山区农网的线路降损及提高电压质量的工作提出一点参考。

关键词：配电线路；电容器；无功补偿；调相机

一、前言

据有关资料分析指出，在电力系统中无功功率大约按50%、50%分别消耗在电力网和用户侧，因此可通过合理的无功补偿来降低线损率。电网中主要分三级进行补偿：变电站、配电线路、用户侧。在变电站中安装电容器进行无功补偿有提高主变负载能力、对配电线路前段进行补偿及调压等作用，且具有操作、运行维护方便等优点，所以一般变电站都已安装电容器进行无功补偿。在用户侧，容量在100KVA以上的专用变压器绝大部分已安装了无功补偿装置，农村的变压器随着农网改造的进行，无功补偿装置亦已得到了全面推广和应用，只有配电线路的无功补偿却因各方面原因较少进行安装应用，成为分级补偿中的空白点。下面就此问题进行探讨。

二、无功优化补偿基本原理

1.1无功补偿基本原理

为了减少无功功率向某个区域流动，必须使该区域的无功负载与无功电源趋于平衡，此即所谓“无功就地平衡”，用公式表示为：

∑QGC=∑QL+∆Q∑（1）

式中∑QGC——系统无功电源供应的无功功率之和；

∑QL——系统负荷所需无功功率之和；

Q∑——系统无功功率损耗之和。

视不同需要，“无功就地平衡”区域可以有不同的选取范围，它可以是一个省域大电网、一座110kv变电站、一条10kv线路、一个配变台区等等。为了实现无功功率在区域内趋于平衡，必须配置一定数量的无功电源。无功电源的种类很多，当所研究的对象呈感性/容性时，可以配置适量的电容器/电感器作为无功电源，它依据的是感性无功与容性无功在电气上存在着的相互“补偿”特性——相位相反。无功补偿的基本原理正建立于这一特性之上.

无功补偿分为感性补偿和容性补偿。感性补偿是指利用并联电抗器等无功补偿装置“吸收”容性负荷发出的无功功率，一般在高电压或超高压输电网中使用（用以补偿输电线路产生的容性充电功率）；容性补偿是指利用并联电容器等无功补偿装置向感性负荷提供所需要的容性无功功率。两者均使系统电源侧输送的无功功率得以减少，避免了无功功率的远距离输送。

1.2无功补偿的优化问题

在需要无功功率的地方适当投入补偿装置可以带来技术经济方面的收益，但收益与投入并非线性关系。单就补偿效果而言，理想情况是对全部用电设备就地全补偿（或接近全补偿），这时在线路上流动的无功功率为零（或接近零），引起的有功损耗和电压损耗最小。但这种补偿方式往往是很不合算的，简要说明如下：

一般采用无功补偿经济当量（用Cb表示）来衡量无功补偿的经济效益。Cb定义为投入单位电容时有功损耗的减少值，即Cb=∆P/Qc。设补偿前通过线路的无功功率为Q，投入的补偿容量为Qc，单位无功功率通过线路时所引起的有功损耗为Pc，可得

Cb=Pc（2－Qc／Q）（2）

式中Qc/Q称为补偿度，不难看出：当补偿度很低（即Qc/Q→0）时，Cb=2Pc；当补偿度很大（即Qc/Q→1）时，Cb=Pc。因此，补偿容量越大，单位容量降损作用变小，即并非补偿容量越大越好。至于补偿容量该投入多少和在哪里投入，只有通过技术经济比较才能确定，这就是无功补偿的优化问题。经过了优化的无功补偿称为无功优化补偿。1.3电网无功优化补偿的难点分析

电网无功优化补偿的最主要难点在于两个方面：

电网无功优化补偿要考虑具体电网的运行状况，实际电网负荷分布是连续不断地变化的，并且就目前技术而言，绝大多数配网的负荷分布无法实时获得，需要对相当多参数或变量进行简化。

2无功补偿装置概述

目前国内外无功补偿装置主要有同步调相机、并联电容器、静止补偿器和静止无功发生器。

2.1同步调相机

同步调相机是特殊运行状态（不带有功负荷）下的同步电机。它既可过励运行也可欠励运行，过励磁运行时向电网发出无功，欠励磁运行时则从电网吸收无功。

同步调相机是最早采用的一种无功补偿设备。它的优点是可以平滑地改变无功功率的大小和方向；调整电压平滑；单机容量大；更为重要的是，它可以在系统故障时有效地支撑电网电压（强励运行），提高电网稳定性。

同步调相机的缺点是投资大，损耗高，运行维护复杂。因此同步调相机已逐渐被其他补偿装置所取代。

2.2并联电容器

并联电容器是在电力系统中应用最为普遍的无功补偿设备，它因经济、灵活、损耗低和安装维护方便而广泛的受到欢迎，已成为电网无功补偿装置的首选对象。

首先，并联电容器是最便宜和最简单的无功补偿装置。并联电容器运行维护简单，不需要配备专门的运维人员，因而运行成本较低。

其次，电容器的特点：有功损耗低、效率高。并联电容器对安装条件要求不高，可户内也可户外，可集中安装也可分散安装，容量选择范围大且很容易实现。

3并联补偿电容器的配置方式

10kV及以下配网无功补偿的配置方式主要有变电站集中补偿、线路分散补偿、配电变压器随器补偿和电动机就地补偿四种。

3.1变电站集中补偿

变电站集中补偿方式是指将无功补偿装置并接在变电站10kV母线上，为主变压器设备本体无功消耗和10kV系统无功缺额而提供无功补偿。

采用变电站集中补偿可在主变压器容量不变的情况下增大其供电能力；可减少10kV母线以上系统无功潮流所引起的有功损耗；负荷变化时，能对母线电压起一定的调节作用，从而改善了电压质量。

相对于其他补偿方式，变电站集中补偿方式的最大优点是运行维护方便，主要不足之处是补偿效果差（没有减少10kV母线以下系统的无功潮流）。因此当采取单一补偿方式时，它适合于负荷中心无功缺额大而稳定、且靠近变电站的场合。

3.2线路分散补偿

把补偿电容器分散并接于10kV线路上的配置方式称作线路分散补偿。此方式实质是把无功补偿源从变电站沿10kV线路向无功负荷点移近。通过优化计算可以确定在一定约束条件下的最佳安装位置和最佳容量配置。

线路分散补偿不仅可以减少10kV母线以上系统无功潮流引起的有功损耗而且可以减少负荷无功电流在10kV线路引起的损耗，因而单降损效果而言它优于变电站集中补偿。当低压线路干线长、无功负荷重且负荷中心接近线路末端时，可以采用低压线路分散补偿方式。当适当的选择补偿容量、补偿地点和投切方式时，其补偿效果（减少台区低压网线损率和提高线路末端电压）往往非常显著。

3.3配电变压器随器补偿

配电变压器随器补偿特指在10kV配电变压器低压侧母线上并接补偿电容器。对所属变电站出线的整个配网系统而言，它属于分散补偿；对单台变压器供电的低压网来说则属于集中补偿。随器补偿是目前应用最为广泛的配置方式。

较之于变电站集中补偿和10kV线路分散补偿，随器补偿的最大优点是能同时减少10kV线路和10kV配电变压器的有功损耗且维护方便。缺点是面对峰谷相差大、变动频繁的负荷时补偿容量较难确定。

3.4电动机就地补偿

电动机就地补偿是指将电容器直接安装于电动机等用电设备附近，与用电设备的供电回路并联。这样，补偿电流不流过电源侧各级回路，就单个补偿点而言其降损效果最好。另外，由于是针对单台设备补偿，容量选择可以做得非常恰当，因而设备利用率高。

尽管安装点一般设在供电企业与用户产权分界点的用户侧，对供电企业来说不存在运行维护方面的问题，但补偿的结果却让双方乃至整个电网用户受益。所以应鼓励用户对电动机实行无功就地补偿。

三、配电线路与变电站、用户低压侧安装电容器进行无功补偿的比较

当电容器完全集中在变电站进行补偿时，因无功功率需长距离输送时产生损耗等原因，对10KV配电线路的降损效果不明显，因而作用受到限制。如在配电线路安装其作用就有所不同，下面进行比较。

1、当线路完全不进行无功补偿时：（见图一）

在电容器安装容量QC相同的情况下，比较式<1、<2>、<3>可得出当电容器装于变电站10KV线路时，只能减少110KV电压级的线损，但不能减少10KV电压级的线损。而当电容器安装于10KV线路时，则可以同时减少110KV电压级和10KV电压级的线损。当安装相同补偿容量时，高压补偿比低压补偿的降损效果好，电容器安装于10KV配电线路是可行和合理的。

有些农村配电网线路长、配变数量多（单台容量小），进行无功全面优化需要投入大量资金，短期内难以办到。为此，应按‘降损为主’原则，首先将功率因数低、线损率高且负荷重的线路作为无功优化对象。