配电网无功补偿解决方案

1、配电网的无功优化补偿的重要性一、 无功补偿的意义当电网传输功率时，电流将在线路、变压器阻抗上产生电压损耗U。无功功率的变化，将引起电压降的变动，通过安装无功补偿设备，就地平衡无功功率，限制无功功率在电网中传输，相应地减少了线路的电压损耗，提高了电网的电压质量。过去无功负荷主要在工业企业，所以只对大型工业企业在实行两部制电价的同时，实施功率因数奖惩办法，而对其他用户都没有功率因数考核。对工业企业的功率因数奖励办法长期以来没有修改，缺乏研究分析。工业用户对无功就地补偿缺乏积极性，致使功率因数偏低，发电、输电和配电设施不能获得充分利用，线路损失增加。居民生活和楼宇用电在五、六十年代仅仅是指照明用电，

2、而且照明灯具基本上都是白炽灯，功率因数接近1。由于居民生活和楼宇的用电量很小，可以不考虑功率因数奖惩。但自改革开放以来，在照明用电上推广荧光灯和节能灯，这些灯具的自然功率因数仅0.6左右；特别严重的是家用电器迅速普及，绝大多数家用电器的功率因数一般在0.7左右；只有电热水器属于电阻负荷，功率因数比较高。节能灯虽然可以节约有功电力和电量，但节能灯消耗了大量无功电力和无功电量，在推广节能灯时，只讲节约有功，不讲多消耗无功，不采取补偿措施是不妥当的。由于居民生活和楼宇用电中大量使用家用器，用电量的比重急剧增长，仅居民生活用电占总用电量的比重已经达到12%，如果包括商业、宾馆、写字楼等楼宇用电，估计用

3、电比重可达30%左右。这么大的用电量的功率因数严重偏低，对电力部门的经济发供电的影响是很大的。我国目前农村居民的家用电器的普及率还不高，随着农村电气化水平的提高，居民生活和楼宇的用电量还会有很大提高。世界上工业发达国家居民生活用电的比重可达30%40%，加上楼宇用电可以超过50%，我国也必将朝着这个方向发展。居民生活用电的无功问题同样是供电企业的重要任务。 无功功率补偿的基本原理是：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，当容性负荷释放能量时，感性负荷吸收能量；而感性负荷释放能量时，容性负荷却在吸收能量，能量在两种负荷之间互相交换。这样，感性负荷所吸收的无功功率可由容性负荷输出

4、的无功功率中得到补偿。无功补偿的主要作用有以下几点：（1）补偿无功功率，提高功率因数。系统中大部分为感性负载，为使其正常运行，必须供应它们建立磁场所需的能量，这就出现了电源与负载之间的能量交换，表现为电源要向负载供应无功功率，如对感性负载并联容性 设备，让它们之间就地进行一部分能量交换，便能减少电源与负载之间的能量交换，即减少电源供应的无功功率，从而提高了功率因数。（2）提高设备出力由于有功功率P=Scos，当设备的视在功率S一定时，如果功率因数cos提高，上式中的P也随之增大，电气设备的有功出力也就提高了。（3）降低功率损耗和电能损失在三相交流电路中，功率损耗P的计算公式如下： 由上式可见，

5、当功率因数提高后，将使功率损失大大下降，因而降低了线路和变压器的电能损失。（4）改善电压质量在线路中电压损失U的计算式如下：由上式可见，当线路中的无功功率Q减少以后，电压损失U也就减少了。二、 配电网无功补偿的现状配电网建设在20世纪6090年代较多，广泛采用大树干、多分支、单项辐射型供电方式。这些电力线路的运行特点是：供电半径长，负荷率低，无功消耗多，功率因数低，线路的损失高，末端电压质量差。在经过近几年大规模的建设和改造，电网的健康水平有了明显提高的同时，也安装了一些的无功补偿装置。这些装置大都采用自动投切，但往往由于电容器配置不合理，电容器分组少，单台容量太大，经常是投一级达不到要求的功

6、率因数，再投一级又会因超过功率因数定值而投不上，达不到提高功率因数的目的。目前，无功补偿均以变电所高压集中补偿和10kV线路补偿为主，固定补偿居多数，虽然功率因数得以改善，但降损节能效果并不明显，重功率因数，轻线损的问题比较突出，两者应当兼顾。因此，应以降低线损为中心目标，根据电网特点调整无功的补偿结构，提高电网的无功经济当量和经济运行水平。电网的无功负荷中线路无功负荷所占比例较小，而配变的无功负荷和用电设备的无功负荷为电网无功负荷的主要组成部分。其中配变的无功负荷基本固定，属于电网无功负荷中的基荷(基本负荷)，用电设备的无功负荷属于电网无功负荷中的峰荷(高峰负荷)。而随着电网节能系列配变的应

7、用，配变的无功负荷所占比重将日益减少，今后电网无功负荷的重点将主要放在低压侧用电设备上，无功补偿的重点亦是。 无功补偿的目的是提高电网运行经济性，降低电网的电能损耗，提高供电质量。降低电网的电能损耗要从电网建设和运行管理两方面着手。（1）加强电网结构增加线路回路或增设变压器，采用高效节能变压器。对于由于导线截面小导致电压损耗和线路损耗大的线路，在不能升压的情况下，可以更换截面较大的导线，或加装复导线来增大线路的输送容量，同时达到降低线损的目的。有时还可以架设第二回线路，或对一部分电网进行改造。这种方法是全国电网改造中常采取的措施之一。（2）装设无功补偿设备加装无功补偿设备，在负荷的有功功率保持

8、不变的条件下，提高负荷的功率因数，减少线路和变压器的损耗。（3）提高电网的电压等级如把6kV的电网升压为10kV，把35kV的电网升压为110kV等。这种方法对降低电能损耗比较明显，但投资也明显增加。采用该方法时，应当通过技术经济比较。（4）提高电网运行电压水平在无功功率充足的地方，加装可以升高电网运行电压水平的设备，如调压变压器。因为电力网运行时，线路和变压器等电气设备的绝缘所允许的最高工作电压，一般允许不超过额定电压的10%。电网运行时，应尽量提高运行电压水平，以降低功率损耗。但必须注意，在系统中无功功率供应紧张时，用调整变压器分接头来提高电力网电压的办法，将使负荷的无功功率损耗增加。（5

9、）改变电网的接线方式及时改进线路的迂回、倒送、防止卡脖子等，以最有利的接线方式参加运行。在有条件的地方，可将开式网改为闭式网，在辐射形电力网中，按有功功率损耗最少条件求得的各点把网络分割。（6）变压器的经济运行为了提高供电的可靠性和适应负荷的需要，通常在新建的变电所内安装两台或以上同容量同型号的变压器并联运行。当一台发生故障或检修时，另一台或其余的变压器保持供电。在轻载时，如并联运行的变压器台数不变，则绕组中电阻损耗很小，但铁芯损耗所占比例较大。这时在不使部分变压器过负荷的情况下，可以切除一部分变压器，减少变压器的总损耗。（7）合理安排运行维护与检修例如，在检修期间应尽量减少停电的输电线路条数

10、，如采用线路的分相检修、带电检修、快速检修等，既提高了供电的可靠性，也提高了电网运行的经济性。定期清扫线路、变压器、断路器等的绝缘子和绝缘套管，减少由于带电设备绝缘不良的漏电损耗。电网的经济运行是一项综合的技术管理工作，必须加强领导，调动各方面积极性。无功补偿是电网经济运行、节能降耗的重要措施。三、 无功补偿的经济效益1.无功补偿经济当量无功补偿经济当量指投入单位无功补偿容量时有功功率损耗的减少值。线路的有功功率损耗值如下式： =式中：PL线路有功功率损耗，kW；P线路传输的有功功率，kW；Q线路传输的无功功率，kVarU线路电压，kV；R线路电阻，W；S线路的视在功率，kVA；PLP线路传输

11、有功功率产生的损耗，kW；PLQ线路传输无功功率产生的损耗，kW。装设并联电容器无功补偿装置后，使传输的无功功率减少Qb时，则有功功率损耗为：因此减少的有功功率损耗为： =按无功补偿经济当量的定义，则=式中：为单位无功功率通过线路电阻引起的有功损耗值；2改善电压质量没有无功补偿装置时，线路电压降（简化计算）为U1：式中：P、Q分别为负荷有功和无功功率；R、X分别为线路等值电阻和电抗；U为线路额定电压。安装无功补偿装置Qc后，线路电压降为U2：显然U2R，QXPR，因此安装无功补偿装置Qc后，引起母线的稳态电压升高为：U=U1U2=若补偿装置连接处母线三相短路容量为SK，则，代入上式得：U=或式

12、中：U投入并联电容器装置的电压升高值，kV； U并联电容器装置未投入时的母线电压，kV； Qc并联电容器装置容量，MVar； SK并联电容器装置连接处母线三相短路容量，MVA。由上式可见，Qc愈大，SK愈小，U愈大，即升压效果越显著，而与负荷的有功功率，无功功率关系不大。因此越接近线路末端，系统短路容量SK愈小的场合，安装并联电容器装置的效果愈显著。统计资料表明，用电电压升高1%，可平均增产0.5%；电网电压升高1%，可使送变电设备容量增加1.5%，降低线损2%；发电机电压升高1%，可挖掘电源输出1%。3降低线损线损是电网经济运行的一项重要指标。线损与通过线路总电流的平方成正比，设送电线路输送

13、的有功功率P为定值，功率因数为cosj1时，流过线路的总电流为I1，线路电压为U，等值电阻为R，则此时线损为： = 装设并联电容器装置后，功率因数提高为cosj2，则线损为： =线损降低值为：设KP=。KP称为线损降低功率系数或节能功率系数，则上式为：线损降低的比例为： 功率因数降低与功率损耗增加的百分数之间的关系如表1。 表1 功率因数从1降低到左列数值0.950.90.850.80.750.70.65电网元件中有功损耗增加百分数%1123385678104136功率因数提高对降低有功功率损耗的影响见表2。 表2功率因数由右列数值提高到0.60.650.70.750.80.850.90.95

14、0.960.970.980.991可变有功功率损耗降低的百分数102029384628199.77.8642由上式及表1、表2可见，补偿后功率因数cosj2越高，线损降低功率系数越大，节能效果愈好，补偿容量越大，对减小有功损耗的作用变小，这说明并非补偿容量越大越经济。补偿容量到底投入多少，功率因数到底提高到什么程度最有利，需通过技术经济比较来确定。功率因数由右列数值提高到0.850.90.910.920.930.940.950.960.970.980.991可变有功功率损耗降低的百分数27.71917.115.313.511.69.77.86424释放发供电设备容量安装并联电容器装置后，若有功

15、功率P1不变，功率因数由cosj1提高到cosj2，相应的视在功率由S1减小到S2，即释放容量，因此可减少系统输变电设备容量，或者提高系统的输送能力，节约建设投资。 = = = 输变电设备容量减小的百分数为：=每千乏无功补偿容量可释放的输变电设备容量为： =四、 无功补偿的原则从电网无功功率消耗的基本状况可以看出，各级网络和输配电设备都要消耗一定数量的无功功率，尤以配电网所占比重最大。为了最大限度地减少无功功率的传输损耗，提高输配电设备的效率，无功补偿设备的配置，应按照“分级补偿，就地平衡”的原则，合理布局。1、总体平衡与局部平衡相结合，以局部平衡为主。首先要满足整个地区电网的无功电力平衡，其

16、次要满足变电所、配电线路的无功电力平衡。如果无功电源的布局、补偿容量和补偿位置选择不合理，局部地区的无功电力不能就地平衡，就会造成不同分区之间无功电力的长途输送和交换，使电网的功率损耗和电能损耗增加。因此，在规划过程中，要在总平衡的基础上，研究各个局部的补偿方案，求得最优化的组合，才能达到最佳的补偿效果。2、电力部门补偿与用户补偿相结合。在配电网络中，用户消耗的无功功率约占50%60%，其余的无功功率消耗在配电网中。因此，为了减少无功功率在网络中的输送，要尽可能地实现就地补偿，就地平衡，所以必须由电力部门和用户共同进行补偿。3、分散补偿与集中补偿相结合，以分散补偿为主。集中补偿，是在变电所集中

17、装设较大容量的补偿电容器。分散补偿，指在配电网络中分散的负荷区，如配电线路、配电变压器和用户的用电设备等进行的无功补偿。集中补偿，主要是补偿主变压器本身的无功损耗，以及减少变电所以上输电线路的无功电力，从而降低供电网络的无功损耗。但不能降低配电网络的无功损耗。因为用户需要的无功通过变电所以下的配电线路向负荷端输送。所以为了有效地降低线损，必须做到无功功率在哪里发生，就应在哪里补偿。所以，中、低压配电网应以分散补偿为主。4、降损与调压相结合，以降损为主。利用并联电容器进行无功补偿，其主要目的是为了达到无功电力就地平衡，减小网络中的无功损耗，以降低线损。与此同时，也可以利用电容器的分组投切，对电压

18、进行适当的调整，这是补偿的辅助目的。在一般情况下，以降损为主，调压为辅。五、 无功补偿的方式无功补偿的方式包括：变电站集中补偿、配变低压补偿、线路补偿、用电设备就地补偿。如下图所示：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。变电站的集中补偿主要是补偿主变压器本身的无功损耗和减少变电站以上的输电线路中的无功电力而降低供电网络的无功损耗，但它不能降低配电网络的无功损耗。因为用户需要的无功仍然要通过变电站以下的配电线路向负荷输送，所以必须在

19、配电线路、配电变压器和用户的用电设备等处进行分散补偿。在电网中，配电网的线损占全网总线损的70%左右，因此，只有在配电网中进行分散补偿才能有效地降低配网线损。为实现变电站的电压/无功综合控制，通常采用并联电容器组和有载调压抽头协调调节。2配变低压补偿配变低压补偿，也称随器补偿，是目前应用最普遍的补偿方法，就是将补偿装置直接连接在配电变压器上，以补偿配电变压器的无功负荷。在电网正常运行情况下，随器补偿的投运率是较高的，且接线简单、安装维护管理方便，加之采用的电容器可靠性、经济性较高，是农网中具有推广应用价值的补偿方式。由于用户的日负荷变化大，配变低压补偿通常采用微机控制、跟踪负荷波动分组投切电容

20、器补偿，总补偿容量在几十至几百千乏不等。目的是提高配变用户功率因数，实现无功的就地平衡，降低配电网损耗和改善用户电压质量。配变低压无功补偿的优点是补偿后功率因数高、节能降损效果好。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。3线路补偿大量配电变压器要消耗无功，很多公用变压器没有安装低压补偿装置，造成的很大无功缺额需要变电站或发电厂承担，大量的无功沿线传输使得配电网的网损居高难下，在这种情况下可考虑配电线路无功补偿。线路补偿是指把一定容量的高压并联电容器分散安装在供电距离远、负荷重、功率因数低的配电线路

21、上，主要补偿线路上感性电抗所消耗的无功功率和配电变压器励磁无功功率损耗，还可提高线路末端电压。线路补偿具有投资小、回收快等优点，适用于功率因数低、负荷重的长线路。由于线路补偿远离变电站，因此存在保护难配置、控制成本高、维护工作量大、受安装环境限制等问题。因此，控制、保护方式应从简，可采用熔断器和避雷器作为过电流和过电压保护。可采用自动投切装置，防止过补偿和电压升高损坏电容器及其他设备。4用电设备就地补偿用电设备就地补偿是对单台用电设备所需无功实施就近补偿方法，把电容器直接接到单台用电设备的同一个电气回路 ，用同一台开关控制，同时投运或断开。这种补偿方法的效果最好，电容器靠近用电设备，就地平衡无

22、功电流，可避免无负荷时的过补偿，使电压质量得到保证。5无功补偿方式的比较补偿方式高压低压变电站集中补偿线路补偿配变低压补偿设备就地补偿补偿对象变电站无功需求线路无功基荷配变无功需求用户无功需求降损范围变电站主变及输电网配电线路及输电网配变及输配电网整个电网改善电压效果较好较好较好较好单位投资较大较小较大较大设备利用率较高很高较高较低安装维护方便程度较好较差一般较好结构形式柜体式、框架式箱体式、框架式柜体式、箱体式柜体式、箱体式安装场所户内、外户外户内、外户内六、 传统的配变低压补偿和我公司的配变低压补偿的对比1、传统低压补偿装置 （1）采用三相共补的方式，对三相不平衡的配电系统补偿效果不佳；传

23、统的低压补偿装置都是采用三相共补的方式，根据控制器统一取样，各相投入相同的补偿容量，这种补偿方式的接线如图1所示。对公共配电网存在三相不平衡的情况不能解决功率因数问题。（2）单一的无功补偿方式，对电网的谐波有放大的功能，加剧谐波对电网的危害；传统的低压补偿装置都是只具有补偿功能，现在的公网由于大量的家电使用非线性元器件，对电网产生大量的高次谐波。而电容器据有对高次谐波放大的特性。传统的低压补偿装置已不能适用于公网。（3）采用交流接触器进行投切，产生涌流对电网造成一定的冲击危害。采用交流接触器作为并联电容器的投切开关，迄今仍有沿用。其缺点是：投入电容时产生倍数较高的涌流，容易在接触器的触点处产生

24、火花，烧损触头；切断电容时，容易粘住触头，造成拉不开；涌流过大对电容器本身有害，会影响使用寿命，据调查，我国过去使用的普通机械开关自动投切电容器无功补偿装置在使用1年后损坏率达75（4）单一自动补偿控制器功能。对目前电网要求集中、智能化管理造成不便；传统的控制器检测量主要有cos、无功功率Q和无功电流Iq三种，80年代中期多选用以cos为检测量的控制器，执行手段是投切电容器，补偿的最终目的是减少进出电网的无功功率。此方案的主要缺点是：轻载时容易产生投切震荡，重载时又不易达到充分补偿。（5）箱体采用普通的冷轧板。使用寿命较短；早期的配电网改造，不管户内、外的装置都使用冷轧板作为装置的外壳箱体，这

25、种箱体经过风吹日晒后。基本已生锈腐蚀。（6）油式并联电容器。使用寿命有局限，维护麻烦。2、本公司的配变低压补偿装置的改进（1）由三相共补到共补+分相补偿相结合，以求达到更理想的补偿效果；装置的改进由N组共补电容器组+1或2组分相补偿电容器组组成。（2）由单一的无功补偿功能到同时具有滤波及抑制谐波功能的补偿装置；（3）采用静态无能耗接触器（专利）进行投切，减少了涌流。当投入电容器组时，先由微电脑控制器发出信号给开关电路，使之在电压过零时投入电容器，随后接触器使其触点也闭合，并且采用机械保持。达到了节能和延长开关电路使用寿命的目的。当需要切除电容器时控制器发信号给接触器，使接触器触点J断开，此时开

26、关电路处于导通状态，并由开关电路在电流过零时，将电容器切除。本方案的优点是：运行功耗低、涌流小、谐波影响小，制造成本低，开关电路和接触器的使用寿命长。 （4）智能型自动补偿控制器和配电变压器的运行记录仪相结合；无功补偿自动控制器和配电综合测控仪的一体化。兼具配电变压器运行参数的数据采集、显示和记录以及无功补偿的智能控制和保护等两大功能。数据采集的范围包括：电压、电流、功率因数、有功及无功功率、有功及无功电量、谐波电压、谐波电流，每日电压和负载电流的最大值和最小值，停电时刻、来电时刻及累计停电时间，每相过电压、欠电压及缺相时间等参数，数据储存期为2个月。且具有RS232485通讯接口，可采用现场

27、或远程采集的方式。显示方面采用液晶显示器，全中文直观显示配电变压器运行的有关参数。无功补偿智能化控制方面取样的物理量为负载的无功功率Q；可对Y电容器组的任意组合方式进行调节；防止无功投切震荡及补偿呆区；当电网中发生过电压、欠电压、缺相、谐波或零序电流超标及电容器温升超标时，快速切除补偿电容器。（5）采用不锈钢或航空铝板的箱体，具有防寒、防晒、密封、防潮、防锈的特点；（6）选用干式或充SF6的自愈式并联电容器，提高运行可靠性，延长使用年限。七、 传统的高压线路补偿和本公司的高压线路补偿的对比1、传统的高压线路补偿存在的问题（1）、采用单一固定补偿方式，补偿效果不佳。（2）、保护单一，可靠性较低。2、本公司高压补偿装置的特点（1）智能分析，智能控制， 采用无功量和无功功率相结合的方式进行投切，避免的死区。（2）采用具有本公司专利高压线载电流无线遥测仪；采样准确、