配电线路的无功补偿

1、10kV及以下配电线路的无功补偿 参考资料2012年1月一、 什么是无功补偿交流电在通过纯电阻的时候，电能都转成了热能，而在通过纯容性或者纯感性负载的时候，并不做功。也就是说没有消耗电能，即为无功功率。当然实际负载，不可能为纯容性负载或者纯感性负载，一般都是混合性负载（R、C、L电路），这样电流在通过它们的时候，就有部分电能不做功，就是无功功率，此时的功率因数小于1，为了提高电能的利用率，就要进行无功补偿。电网中的电力负荷如电动机、变压器等，大部分属于感性电抗，在运行过程中需要向这些设备提供相应的无功功率。在电网中安装并联电容器、同步调相机等容性设备以后，可以供给感性电抗消耗的部分无功功率，（

2、即电容器向感性负荷提供无功功率。电容器相当于一个无功功率的发动机）。也即减少无功功率在电网中的流动，因此可以降低输电线路因输送无功功率造成的电能损耗，改善电网的运行条件。这种做法称为无功补偿。I=IR+ICIC1I=IR+(IC-IC1)电动机补偿的电容器R XL10kV线路分散补偿35kV变电所10kV母线35kV进线变压器补偿的电容器组集中补偿10kV出线二、农村配电线路的无功补偿及合理匹配1农村配电线路的特点 农村配电网多采用多分支辐射式单向供电的方式。这种方式负荷分散性大、密度小、随农业季节波动大、昼夜峰谷差大、用电设备配套也差。较之城市工业配电网供电半径长、导线较细、配电变

3、压器平均负载率低，因此，农村配电线路无功负荷大，线损高，功率因数低，末端压降大。在农村配电线路上进行无功分散补偿，相对于集中在35 kV及以上变电站补偿，有以下优点。 1.1改善末端用户电压水平。目前不少农村配电线路延伸过长，负荷重。在高峰时，末端用户电压往往偏低10%15%，而分散补偿则可就近提高末端电压，这对结构不合理而又暂未改造的线路，效果尤为明显。 1.2变电站集中补偿用的大容量电容器组，受系统电压和负荷波动影响。投切频繁，投切时产生的涌流、过电压对母线及设备的冲击及谐波放大等，给运行管理带来不安全因素，也有损于电容器寿命。若将其中一定数量（不超过最小运行方式时无功消耗值）的电容器分散

4、到线路上，则可相应减小变电站母线上集中装置的电容器容量，此时变电站集中补偿主要作调压手段使用。 1.3有时因运行方式的改变，在缺乏其他调压手段下，变电站母线电压往往偏高，站内电容器组常会被迫退出运行。如果线路进行分散补偿，当其配置容量和安装地点选择恰当，配合变电站对主要分接点作一适当调整，就可提高电容器的投运率。 1.4在变电站母线上集中补偿不能降低10 kV线路线损。若分散补偿就可减少无功功率在线路上的传输，从而大大减少线损，增大线路有功传输容量。 1.5分散补偿每千乏投资约为中小容量集中补偿电容器组每千乏投资的2/3。户外分散补偿由于每组容量小，通风散热条件好，实践表明只要电容器选型好，配

5、置及安装得当，电容器年损坏率比集中补偿小，维护简便。2关于无功补偿装置的合理配置   2.1坚持“无功就地平衡”的原则2.1.1   农村电网无功补偿总的原则为：全面规划，合理布局，分散补偿，就地平衡。在制定无功补偿方案时，要全分析地区的无功电力需求量及无功缺额，综合比较无功补偿的经济效益与投资费用，确定最优补偿容量与最优补偿方式。 2.1.2   农村电网无功补偿的方式为：集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为主（一般1条10kV配电线路只采用一个补偿点，最多采用两个。10kV线路无功补偿采用2/3原则即在线路长度的2/3处安装补偿装置，其补

6、偿容量是整个线路无功潮流容量的2/3）；高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主；调压与降损相结合，以降损为主。 2.2补偿容量的确定及配置 2.2.1   变电站。变电站安装电容器，其主要作用是补偿变压器的无功损耗及配电线路前段的无功负荷及无功损耗，同时可以进行调压。一般变电站的补偿容量，按照主变压器容量的10%50%来补偿，要注意根据变电站的负荷性质、运行方式和调压要求，确定合理的补偿容量。 2.2.2   配电线路。配电网是电力网的重要组成部分，其线损占电力网线损的比重很大。配电线路上电容器容量的确定，应按最大限度地降低无功损耗的原则来考虑，要根据

7、无功负荷情况采取分散补偿的方式进行补偿。 2.2.3   电力用户。各用户应按国家电力公司农村电网电压质量和无功电力管理办法中对功率因数的要求来确定补偿容量，或按经济功率因数值来确定补偿容量  3农村配电网补偿容量合理匹配     10 kV线路分散补偿应以降损为主。在开展无功补偿时，应寻求补偿的最佳经济容量、经济功率因数和经济当量，以求最大限度地取得降损经济效益。合理做法是：根据补偿效益与设备本身投资回收、折旧、维修及运行耗费作综合性技术经济比较，以求得最优无功补偿容量（对应这一补偿容量所达到的是经济功率因数）。

8、 3.1农村配电网的负荷可以概括为3种类型：（1）负荷集中在主干线末端；（2）负荷沿主干线均匀分布；（3）负荷沿主干线非均匀分布。对第一类，其无功负荷应由用户进行就地补偿，本文不再赘述。现就后两类情况进行分析。 3.2负荷沿主干线均匀分布，线路上安装一组电容器，在均匀负荷时配电线路上安装电容器的最佳容量，是该线路平均无功负荷的2/3，安装最佳地点是自送电端起的线路长度的2/3处。但线路上安装电容器的总容量应受到以下限制：（1）用户电压在轻负荷、高峰负荷和不平衡负荷时，应不超过允许的电压偏移值；（2）电容器的容量不能导致发生超前的功率因数。 3.3负荷沿主干线非均匀分布，分支线分别呈60

9、6;及90°分布。在非均匀负荷时配电线路上安装电容器，分支线呈60°分布时，安装最佳地点是自送电端起的线路长度的  3/5处最佳容量是该线路平均无功负荷的4/5，；分支线呈90°分布时，最佳容量是该线路平均无功负荷的4/5，安装最佳地点是自送电端起的线路长度的2/3处。3.4举例说明无功补偿的作用及计算方法 3.4.1 扩容 设电感性负荷需要从电源吸取的无功功率为Q，装设无功补偿装置后，补偿无功功率为Qc，使电源输送的无功功率减少为Q=Q-Qc，功率因数由cos1提高到cos2，视在功率S减少到S。    

10、0;      设电感性负荷需要从电源吸取的无功功率为Q，装设无功补偿装置后，补偿无功功率为Qc，使电源输送的无功功率减少为Q=Q-Qc，功率因数由cos1提高到cos2，有功功率P增加到P。          例：S=1000kVA，        当cos1=0.7时，P=S×COS1=1000×0.7=700kW；    

11、    当cos2=0.9时，P=S×COS2=1000×0.9=900kW；        可见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。例如一台1000千伏安的变压器，当负荷功率因数为0.7时，可供700千瓦的有功负荷；当负荷的功率因数提高到0.9时，可供900千瓦的有功负荷。同一台变压器，因功率因数的提高而多供200千瓦负荷，是相当可观的。        3.4.2

12、降损（有功功率损耗）         例：已知S=2000+j2000（kVA）        Z=2.1+J4（）        Ve=10（kV）               求：P补偿无功功率QC=1300（kvar）时，求P计算公式

13、： 线路的有功损耗 P（P2=Q2）×R×103/U2-MW 线路的有功损耗 Q（P2=Q2）×X×103/U2-MVAR式中 P线路的有功损耗（kW）;Q线路的无功损耗（kVAR）;P线路有功功率（MW）;Q线路无功功率（MVAR）;R线路电阻（欧）X线路电抗（欧）U线路额定电压（kV）。补偿前线路有功功率损耗P（22+22）×2.1×103/102168 kW补偿后线路无功功率为20001300700 kVAR补偿后线路有功功率损耗P1（220.72）×2.1×103/10294.3 kW有功功率损耗减少（16

14、894.3）/168×10044 可见，无功负荷对电力网线损的影响是巨大的。降低电力网功率损耗的重要措施之一是尽可能减少无功功率在电力网中的传输，可以从提高负荷自然功率因数和无功功率的人工补偿两方面进行。        3.4.3 提高功率因数 以前例说明: 在三相交流電路中计算公式：S3 UI（P2+Q2） P3 UI×COSS×COS Q3 UI×SINS×SIN COSP/SP/（P2+Q2） 在前例中 P2000 kW Q2000 Kvar 补偿无

15、功1300kVAR后，Q12000-1300700 Kvar 补偿前的COS1P/SP/（P2+Q2）2000/（20002+20002）0.707                    补偿后的COS2P/SP/（P2+Q12）2000/（20002+7002）0.944采用无功补偿1300kVAR后，线路的功率因数从0.707提高到0.944。     

16、   3.4.4 改善电压质量        例：已知S=2000+j2000（kVA）        Z=2.1+J4        Ve=10（kV）                  

17、     求：U         计算公式： U（r0+x0tg）×L×P/U-(kV)式中 U电压降(kV)； r0导线交流电阻（欧）；x0导线电抗（欧）；功率因数角（度）；P线路输送功率（MW）；L线路长度（km）;U线路标称电压(kV)。补偿前 补偿前的功率因数COS0.707 45° tg=1.0电压降U（r0+x0tg）×L×P/U （2.14×1.0）2/10 1.22 kV电压降U1.22/1

18、012.2 补偿后 补偿后的功率因数COS0.944 19.265° tg=0.3495电压降U（r0+x0tg）×L×P/U （2.14×0.3495）2/10 0.70 kV电压降U0.70/107.0补偿无功功率QC=1300（kvar），求U        可见在元件电阻小于电抗的电力网中，无功与电压损耗的关系是非常密切的，无功对电压质量影响是巨大的。减少电力网元件的电压损耗，提高用户末端电压质量的重要措施之一。三、无功补偿需要的容量计算公式：需要的补偿容量Q(kVAR)=无功

19、补偿容量计算系数K×被补偿负荷容量（kW）无功补偿容量计算系数K表改善前功因Cos1拟改善功因：Cos20.800.850.900.910.920.930.940.950.960.970.980.99Unity0.500.9821.1121.2481.2761.3061.3371.3691.4031.4401.4811.5291.5901.7320.510.9371.0671.2021.2311.2611.2911.3241.3581.3951.4361.4841.5441.6870.520.8931.0231.1581.1871.2171.2471.2801.3141.3511.3

20、921.4401.5001.6430.530.8500.9801.1161.1441.1741.2051.2371.2711.3081.3491.3971.4581.6000.540.8090.9391.0741.1031.1331.1631.1961.2301.2671.3081.3561.4161.5590.550.7680.8991.0341.0631.0921.1231.1561.1901.2271.2681.3151.3761.5180.560.7290.8600.9951.0241.0531.0841.1161.1511.1881.2291.2761.3371.4790.570.6

21、910.8220.9570.9861.0151.0461.0791.1131.1501.1911.2381.2991.4410.580.6550.7850.9200.9490.9791.0091.0421.0761.1131.1541.2011.2621.4050.590.6180.7490.8840.9130.9420.9731.0061.0401.0771.1181.1651.2261.3680.600.5830.7140.8490.8780.9070.9380.9701.0051.0421.0831.1301.1911.3330.610.5490.6790.8150.8430.8730.

22、9040.9360.9701.0071.0481.0961.1571.2990.620.5150.6460.7810.8100.8390.8700.9030.9370.9741.0151.0621.1231.2650.630.4830.6130.7480.7770.8070.8370.8700.9040.9410.9821.0301.0901.2330.640.4510.5810.7160.7450.7750.8050.8380.8720.9090.9500.9981.0581.2010.650.4190.5490.6850.7140.7430.7740.8060.8400.8770.9190

23、.9661.0271.1690.660.3880.5190.6540.6830.7120.7430.7750.8100.8470.8880.9350.9961.1380.670.3580.4880.6240.6520.6820.7130.7450.7790.8160.8570.9050.9661.1080.680.3280.4590.5940.6230.6520.6830.7150.7500.7870.8280.8750.9361.0780.690.2990.4290.5650.5930.6230.6540.6860.7200.7570.7980.8460.9071.0490.700.2700

24、.4000.5360.5650.5940.6250.6571.2470.7290.7700.8170.8781.0200.710.2420.3720.5080.5360.5660.5970.6290.6630.7000.7410.7890.8490.9920.720.2140.3440.4800.5080.5380.5690.6010.6350.6720.7130.7610.8210.9640.730.1860.3160.4520.4810.5100.5410.5730.6080.6450.6860.7330.7940.9360.740.1590.2890.4250.4530.4830.514

25、0.5460.5800.6170.6580.7060.7660.9090.750.1320.2620.3980.4260.4560.4870.5190.5530.5900.6310.6790.7390.8820.760.1050.2350.3710.4000.4290.4600.4920.5260.5630.6050.6520.7130.8550.770.0790.2090.3440.3730.4030.4330.4660.5000.5370.5780.6260.6860.8290.780.0520.1830.3180.3470.3760.4070.4390.4740.5110.5520.59

26、90.6600.8020.790.0260.1560.2920.3200.3500.3810.4130.4470.4840.5250.5730.6340.7760.80-0.1300.2660.2940.3240.3550.3870.4210.4580.4990.5470.6080.7500.81-0.1040.2400.2680.2980.3290.3610.3950.4320.4730.5210.5810.7240.82-0.0780.2140.2420.2720.3030.3350.3690.4060.4470.4950.5560.6980.83-0.0520.1880.2160.246

27、0.2770.3090.3430.3800.4210.4690.5300.6720.84-0.0260.1620.1900.2200.2510.2830.3170.3540.3950.4430.5030.6460.85-0.1350.1640.1940.2250.2570.2910.3280.3690.4170.4770.6200.86-0.1090.1380.1670.1980.2300.2650.3020.3430.3900.4510.5930.87-0.0820.1110.1410.1720.2040.2380.2750.3160.3640.4240.5670.88-0.0550.084

28、0.1140.1450.1770.2110.2480.2890.3370.3970.5400.89-0.0280.0570.0860.1170.1490.1840.2210.2620.3090.3700.5120.90-0.0290.0580.0890.1210.1560.1930.2340.2810.3420.4840.91-0.0300.0600.0930.1270.1640.2050.2530.3130.4560.92-0.0310.0630.0970.1340.1750.2230.2840.4260.93-0.0320.0670.1040.1450.1920.2530.3950.94-

29、0.0340.0710.1120.1600.2200.3630.95-0.0370.0780.1260.1860.3290.96-0.0410.0890.1490.2920.97-0.0480.1080.2510.98-0.0610.2030.99-0.142应用例：设工厂负荷：500KWKVAR与µF换算式：式中:C:KVAR=容量值改善前功因：Cos1=0.6C(µF)=Bitmap F=频率Hz拟改善功因：Cos2=0.95E额定电压V所需补偿容量500×1.005(由上表查得)50Hz时2F314 500KVAR60Hz时2F377四、无功补偿设备介绍4.

30、1-HTEQ 低压动态无功补偿柜添加日期:2011-01-12   供稿者: 阅读： 1843动态无功补偿柜  华天动态无功补偿柜产品咨询电话0170邮箱:htzx华天HTEQ动态无功补偿柜特点：以微处理器为检测、控制核心，实时检测负载无功功率，快速计算补偿容量，按照预置投切逻辑实现迅速判断和控制；采用晶闸管构成高速无触点投切开关，响应及时迅速，可靠性高，使用寿命长；自动跟踪选择系统零过渡过程时刻投切电容器组，暂态过程极短，实现对无功功率的快速动态补偿；电容器投切过程中无涌流冲击，无操作过电压，投切

31、扰动极小，电容器衰变小，故障率低；动态响应速度小于20毫秒，功率因数动态补偿至0.95以上，并可有效抑制由于无功变化导致的电压波动；内含谐波抑制电抗器，电容器工作应力小，无谐波放大和共振危险，在谐波含量较高的配电系统中也能稳定可靠地工作；电容器投切控制采用编码加循环工作方式，投切快速、准确，并能进一步降低电容器工作应力，充分延长电容器寿命；可实现分相动态补偿，适用于各种不对称冲击负荷；电容器投切阈值和响应时间可编程，并可实现手动投切和自动投切的转换，调试、检验方便，适用性更广；采用多重软、硬件抗干扰措施, 抗干扰能力强，工作可靠；具有自检功能和过压保护、过流保护等多种硬件保护功能，确保设备的稳

32、定可靠运行；自动监测系统电压、电流、有功、无功和补偿前、后系统功率因数；数字化控制和参数设置，液晶汉字显示，RS485接口，标准MODBUS通讯协议，计算机远程监控功能，历史事件记录功能；可多模块并联运行，安装调试简单，维护方便。工作原理简介设备由检测单元、主控单元、投切执行单元和电容器组（含电抗器）四大部分构成。检测单元通过电压、电流传感器实时检测系统电压和电流的瞬时值，并实时计算出电压、电流有效值和系统所需无功功率等控制参量，由主控单元完成逻辑判断并发出相应的控制指令，控制投切执行单元投切电容器组，实现对负载无功功率的动态跟踪补偿。 HTEQ无功补偿装置电容器回路中串联7%或14%解调电抗

33、器，转移电容/电网的谐振频率到低于主要次谐波次数（5次或3次谐波），避免电容器与电网谐波谐振而导致的电容器损坏甚至电网崩溃。主控单元内含有先进的零过渡过程时刻检测控制系统，确保在零过渡瞬时投入电容器，零电流时刻自然关断切除电容器，投切过程无暂态扰动，避免了涌流冲击和操作过电压，保证了动态无功补偿的实时性，同时也有效降低了投切过程对晶闸管和电容器的电应力冲击，极大地提高了设备工作可靠性和使用寿命。 主要技术指标 系统电压：400V系统频率：50Hz额定容量：100350kvar/柜（普通型）；100200kvar/柜（高速型）；串电抗比例：7或14（抑制5次或3次谐振）投切方式：接触器

34、（普通型）；电子开关（高速型）；投切时间：10s1min （普通型）；520ms（高速型）；安装场合：室内温度范围：最低15，最高45海拔高度：小于2000m(更高可降额使用)4.2-HTVQ系列高压电压无功综合控制系统 概述随着国民经济的发展，企业和民用负荷都大幅度增加，而我国电网负荷中心区域发电厂相对较少，长距离输电较多，因此电压波动和无功调整成为提高供电质量的关键因素。变电站电压无功综合控制系统就是为提高供电质量而研制的高科技设备，可以大幅度降低线路损耗，提高供电企业的经济效益。该系统通过对变电站供电电压和无功功率的调整，实现供电质量的提高。原理与用途HTVQ系列变电站电压无功

35、综合控制系统（简称无功补偿成套装置），适用于35220KV变电站6KV、10KV或35KV的电网中。装置根据母线电压的高低和无功功率的需求状况，通过对变压器有载调压分接头的自动调节和并联电容器组的自动跟踪投切，来实现对变电站电压和无功的综合控制，保证供电电压质量和功率因数达到期望要求，从而达到降低电能损耗，减少电压波动，提高设备利用率的目的。HTVQ系列装置采用比传统的九区图更为优化的十二区图模糊控制算法。其中电压上、下限是根据电压合格范围确定的，无功上、下限是根据每组电容器容量及理想功率因数计算得来的。考虑到投切一组电容器时引起的电压、无功的变化值，分接头调节一档引起的电压、无功的变化值，而

36、选择最优化的模糊控制，使装置对变电站电压、无功调节精度最高的情况下，对电容器组的投切和变压器分接头的调节最少。主要功能 装置可同时控制2段母线上的6组电容器组分别补偿和2台主变有载调压。 根据电压、无功、理想功率因数自动投切电容器组和调节变压器有载调压分接头，使功率因数和电压达到期望要求。 通过远动、自动选择方式，可选择四种工作方式：              调压远动、补偿自动；              调压自动、补偿远动；              调压远动、补偿远动；              调压自动、补偿自动。 装置接入母线进线总开关和母联