时间：2013-11-29 分类：电力
摘要：本文笔者就如何提高配电网的功率因数，确定无功补偿设备的合理配置和分布，进行无功补偿，搞好无功平衡进行了分析和探讨。
关键词：功率因数;无功功率;无功补偿;配电网
随着国民经济的高速发展和人民生活水平的提高，人们对电力的需求日益增长，同时对供电的可靠性和供电质量提出了更高的要求。由于电网负荷的不断增加，不但改变了电力系统的网络结构和电源分布，而且造成系统的无功分布不尽合理，甚至可能出现局部地区无功严重不足、电压水平普遍较低的情况。电力系统无功分布是否合理，不仅关系到电力系统向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。这在与用户直接相关的配电网中显得尤为重要。因此如何进一步合理使用电能，优化农村配电网的无功资源管理，提高配电网功率因数，减少无功损耗，就成为当前农村供用电管理中需要认真研究和解决的重要课题。
1、配电网的无功补偿原则
在中、低压配电网中我们通常采用并联电容器的方法来实现无功补偿。电容补偿的原则是\"全面规划，合理布局，分级补偿，就地平衡\"。我们知道在功率一定的情况下，如果10KV线路的电流是1A，在0.4KV线路上反应的就是25A，这样在0.4KV线路上产生的损耗就是10KV线路损耗的625倍。农村配电网的无功负荷(包括配电变压器的无功负荷和电感性用电设备的无功负荷)主要集中在低压配电线路上，因而低压无功补偿应是农村配电网降损管理的工作重点。在无功管理方面，基层供电部门要勇于开拓无功经济运行的新领域，以科学的理论为导向，为推广农村电容补偿开辟新的途径。
由于保持无功功率的供求平衡是一项比较复杂的综合性技术工作，需要供电和用电双方的密切配合。因此，在具体实施无功补偿时，要注意以下几个方面的问题：①要满足线路的无功电力平衡，最大限度地减少有功功率和电能的损耗。②要中、低压配电网同时进行，尤其不可忽视低压配电网的补偿。③要集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为主，集中补偿为辅。④要降损与调压相结合。⑤要供电部门补偿与电力客户补偿相结合。由于在配电网的无功损耗中，约有60%的无功功率是消耗在电力客户方面的，因此仅靠供电部门实施无功补偿，显然是不行的。⑥无功补偿的标准要严格按照《供电营业规则》第四十一条的要求认真落实，切实做好无功电力就地平衡。⑦要严格执行功率因数调整电费的办法，用经济杠杆的手段来调控。⑨由于公用变普遍存在三相负荷差异很大的情况，使得三相功率因数也相差很大，在选择电容补偿装置时要优先选用具有分相自动投切补偿功能的设备。
2、提高农村配网功率因数的方法
功率因数与无功功率和功率损耗关系密切，功率因数低的实质就是用电设备向电力网中吸收无功功率太高。据有关统计资料表明，在农村配网中，电动机消耗的无功功率约占60%，变压器的无功功率约占30%，其余10%消耗在线路上。因此，提高配电网的功率因数，减少无功损耗的途径可以从下述两个方面来进行：
1)提高自然功率因数。提高电气设备的自然功率因数的主要方法是：①合理选择电动机的容量，尽量与其负载匹配，保持高负载运行状态，避免\"大马拉小车\"的现象发生。②根据负载性质选择不同类型的电动机。③加强电动机的维护和保养，提高电动机的检修质量，要保证电动机的定子绕组匝数和电动机的定、转子间的气隙不变。④淘汰JO系列电动机，当前农村仍有大量的JO系列电动机在使用，基层供电部门要杜绝新增电力客户使用淘汰的JO系列电动机。⑤合理选择配套变压器的容量，一般情况下，负载系数按50%~70%来考虑。⑥改善配套变压器的运行方式，对高低峰负荷差比较大的用电台区可采用并联变压器组式的方式供电，然后依据负荷需求调整变压器的运行方式。⑦采用新系列低损耗变压器，淘汰更新高能耗变压器。⑧及时停用空载设备来减少配电网中各个部分所需的无功功率，特别是要减少负载的无功消耗。⑨推广使用节电新产品和新技术。
2)采取人工无功补偿的方式提高功率因数。采用人工无功补偿，可以有效地降低配电网的线损，改善电压质量，提高配电变压器的供电能力和用电设备的出力。以用电设备为例：若将电动机所需全部无功功率给予补偿的话，假设功率因数补偿前为0.7，补偿后达到1.0时，可变损失可减少51%，配电变压器的供电能力将提高30%。(见表1)
提高功率因数可变损耗减少的的计算公式：
△P% = [1-(cosφ1/cosφ2)2]×100%
提高功率因数变压器增加供电能力的计算公式：
△Sz % =[1- ( cosφ1/cosφ2) ] ×100%
表1 提高功率因数与降低可变损失和增加变压器供电能力的关系
功率因数由右列数值提高到1.00.60.650.70.750.80.850.90.95
可变损耗降低△P(%)6457.755143.753627.75199.75
变压器增加供电能力△Sz(%)403530252015105
3、无功补偿的容量与补偿位置的确定
补偿方式通常应采用集中补偿和随机(随器)补偿相结合的方案。对于30KVA以上的10KV变压器应随器就地补偿;对于7.5KW以上的电动机，年运行在1000小时以上的重点进行就地随机补偿;低压100KVA以上的动力用户必须安装电容补偿装置。安装的自动无功补偿装置，宜采用智能型的自动无功电压综合控制装置。#p#分页标题#e#
3.1 10KV中压配电网的无功补偿
35KV变电站要按主变容量的15%～30%配置电容器，在10KV母线上进行集中补偿。10KV中压配电线路实行集中和分散补偿相结合。单点集中补偿的最佳位置是在负荷的集中点或是从线路首端起线路总长的2/3处，补偿容量取全补偿的2/3，这样的补偿节电效率最高可达88%以上;对于线路较长或分支较大，负载自然功率因数低的线路可采用分散补偿，补偿容量和位置的确定可参照上述的原则确定。
补偿容量的确定：补偿容量可按下列公式计算求得
式中： Qc为补偿电容的容量 krva
WQ为电容补偿前的月用无功电量 krvah
WP为电容补偿前的月用有功电量 kwh
T 为月用电小时数
cosφ2为电容补偿后计划达到的功率因数
3.2 0.4KV低压配电网及电力客户的无功补偿
在低压配电网中要提倡安装动态无功自动补偿装置，通过实现动态跟踪补偿负载的无功功率，来增大配电变压器和配电线路的承载率，改善冲击负载所引起的电流冲击，抑制电压波动和电压闪变，提高配电网络的电压水平，从而有效地避免在电网负荷低谷时的无功过剩和电压过高现象。
专用变电力客户的无功补偿容量的确定：对专用变的电力客户可采用在低压母线上就地集中补偿的方式进行。补偿容量可按提高功率因数的原则来确定。补偿电容的计算公式为：
Qc=P(tgφ1- tgφ2)
式中： Qc 补偿电容的容量 krva
P 客户最大月负荷有功功率的平均值
tgφ1、tgφ2 补偿前后功率因数的正切值
为了避免功率因数值cosφ的较大浮动，在实行集中补偿时，要将需要补偿的电容分成几组并联在0.4KV的母线上，并安装电容自动投切补偿装置，确保电容补偿始终处于最佳补偿状态。
公用变随器补偿容量的确定：公用低压配电网必须配置足够的低压无功自动补偿装置，实现无功就地平衡。对于经常空载或低损耗的变压器取8%，重载变压器取10%就能满足补偿之需要。同时还应设法管理好客户的无功补偿装置，逐步实现客户端的无功装置按需自动投切。
客户端随机补偿容量的确定：这种方式是按电动机最轻载运行方式进行补偿的，任何情况下都不会过补偿，是最佳的补偿方式。补偿容量的确定可按下面公式来计算。
式中： Qc 补偿电容的容量 krva
Io 电动机的空载电流值，可以通过实际测量获得，也可以按额定电流的30%估算。
Ue 电动机的额定电压KV
Kd 电动机的极数的系数，不同极数的电动机选取的系数不同。
2极电动机Kd=0.7~0.75
4极电动机Kd=0.75~0.8
6极电动机Kd=0.8~0.85
8极电动机Kd=0.85～0.92
4、选择和安装无功补偿装置应注意的问题
1)要优化补偿方式，实行多级分组补偿。由于补偿电容器的容量和安装位置的不同，对无功补偿的降损效果、调压程度以及装设电容器本身的经济效果也各不相同。在实施配电网的无功补偿时要结合35KV变电站、10KV线路、专用变压器、公用变压器及0.4KV线路等方面通盘考虑，全面落实。
2)10KV线路采用杆上无功优化补偿时必须结合实际工程要求来进行：①补偿点不宜多。同一条配电线路上宜采用单点补偿，当一条线路需要安装两处电容补偿时，第一处要安装在从线路首端起的2/5处，第二处为线路4/5处，补偿容量按应补容量各半平分安装。②补偿容量不宜过大。③控制和保护方式要简化。杆上补偿不设分组投切，采用跌落式熔断器(为便于操作，有条件的可安装无线遥控跌落式熔断器)和氧化锌避雷器分别作为过流和过电压保护。
3)无功补偿位置应尽量选择在负荷的中心，以取得最优的就地补偿效果，减少无功潮流在配电网中的长距离传输，达到经济运行的最终目的。
4)由于低压公用配电网普遍存在三相负荷不平衡的问题，部分台区的情况还比较严重。因此在负荷较大的公用配变台区，要安装具有分相投切的无功自动补偿装置，实现无功的按需补偿。
5)低压的无功过补偿问题。无功倒送会增加配电网的损耗，加重配电线路的负担，是电力系统所不允许的。尤其对配电网中的那些采用固定电容器补偿方式的客户，在负荷低谷时出现无功过补偿，形成无功倒送的问题要充分引起基层供电部门的高度重视，要加大其无功自动补偿的改造力度。
6)选择低压无功补偿装置应优先考虑具有科技含量高、技术原理先进、质量可靠、功能完善、便于运行维护与分析的智能型设备。
7)要结合县城配电网改造的有利时机，加快配电网无功自动补偿的改造和建设力度。配电网的无功补偿，除在变电站的10KV母线进行集中自动补偿外，有条件的话还要积极在10KV线路上进行动态无功补偿，实现遥控和自动投切。
5、结束语
总之，提高功率因数降低配网损耗，实现无功的最优化配置和补偿。首先要认识到无功功率也是一种资源;其次要在提高设备自然功率因数的基础上重视无功补偿，充分利用无功补偿的最优控制原理，实现电容器投切的优化控制;第三是要建立健全相应的无功补偿设备运行维护制度，保证设备的安全可靠运行。只有既重视无功补偿的安装，又重视投运后的运行维护，才能真正实现无功功率的合理分布，从而达到节能降损之功效，使供用电双方共同取得最佳的经济效益。#p#分页标题#e#
