配电网建设中无功补偿技术的应用分析

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【摘要】无功补偿技术够有效降低配电过程中的电力损耗，提高全电网的功率因数，对提高供电质量意义重大。本文首先对配电网无功补偿的技术原理进行了介绍，并就无功补偿技术在配电网建设中的主要应用形式进行了分析，最后结合案例对无功补偿技术的实际应用成效进行了探讨。

【关键词】配电网;无功补偿技术;应用

1.引言

配电网是沟通发电厂和电力用户的桥梁，也是管理和保障用户用电质量的最重要的一环。但我国电力行业长期以来都将关注焦点放在了发电环节，对各种新型发电技术和发电设备的研发也一直不曾停止，但配电环节及其无功补偿问题的重要性一直都得不到重视，这制约了供电质量的提高。随着电网系统中发电和供电环节的日渐完善，配电环节的固有缺点开始日益展现，配电过程中的电力损耗和电力波动对供电质量带来了极其严重的损害，而无功补偿技术正是应对这一难题的有效对策。

2.配电网发展对应用无功补偿技术的要求

随着配电网规模的日益扩大，配电网电压稳定性面临新的考验。当前配电网中亟需应用无功补偿技术，提高电网的动态无功备用水平，增强抵御大事故的能力，这也体现了现代智能配电网对无功配置的要求。结合无功补偿技术对配电环节的影响，分析提出对配电网无功补偿的要求如下：

（1）无功补偿应满足分区、就地平衡

无功的平衡和电压调整涉及到各个电压等级，同时与无功补偿装置的选择配置、运行、管理、用户、线损等诸多因素相关。需要供用电企业协调配合，合理进行无功补偿，才能保证整个电网系统的安全供电和电压质量。

（2）无功补偿应达到动态平衡，在动态平衡的基础上满足电压调整的需求

电网无功补偿容量的不足会造成设备利用率低、电网系统损耗增加、电压稳定性能降低等问题。即使无功补偿装置配置充足，在区域配置、运行管理、调节手段等方面不足，也会引起类似问题。

（3）逐步增加动态无功补偿装置的数量，实现可动态平滑连续调节，要能满足配电网灵活、快速无功平衡的需要。

3.配电网无功补偿的技术原理

有功功率、无功功率和视在功率之间的关系，如图1所示。其中，S为视在功率，单位为kVA;P为用功功率，单位为kW;Q为无功功率，单位为kVar;cosφ称作功率因数。

图1 有功功率、无功功率及视在功率的关系图

由图1可知，P一定的情况下，cosφ越小，需要的无功容量Q就越高。如果电网系统过多地消耗了无功功率，则配电系统的导线和变压器的容量就会随之增大，如果在用户侧又缺少足够的无功补偿能量，就会使线路的电力损耗激增，电网的整体利用效率也会大打折扣。

无功补偿的基本原理是：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷同时以并联的方式接入一段电路，能量在两种负荷之间相互交换，从而实现了用容性负荷输出的无功功率来补偿感性负荷所需要的无功功率的目的。

4.配电网建设中无功补偿技术的常见应用方式

4.1 随机补偿

随机补偿就是将低压电容器组与电动机并接，通过控制、保护装置与电机同时投切。随机补偿以补偿励磁无功为主，适用于对电动机的无功消耗进行补偿，它的优点是可以很好地限制用户的无功负荷，无功补偿的投入和退出与设备的运、停状态同步，且不需要经常性地调整补偿容量。

4.2 随器补偿

随器补偿是指将低压电容器通过低压保险接在配电变压器二次侧，以补偿配变的空载励磁无功，是目前补偿无功最有效的方法之一，在实际中取得了大量的应用。对于轻负载的配变，由其励磁无功损耗造成的力率电费在总电费中占有的比例很大。随器补偿的优点是接线简单、维护管理方便，能有效地补偿配变空载无功;缺点是配变数量较大且安装位置分散，使得这种补偿方式的投资成本较大，且给后期的配网运行维护工作带来了一点的难度。

4.3 跟踪补偿

跟踪补偿是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置，将低压电容器组补偿在大用户（一般为100kVA以上的专用配变用户）的配变低压侧。跟随补偿是当前各供电企业针对用户侧无功管理所采用的主要补偿方式，它可以替代以上两种补偿方式，具有较好的补偿效果。这种补偿方式的优点是可以根据实际运行负荷进行动态补偿，比随机和随器补偿方式寿命相对延长、运行也更可靠;缺点是控制保护装置复杂、采用这种方式的成本较大。

5.实际应用案例分析

以某供电局为例，通过对其覆盖区域内的某条长度为15.2km的配电线路进行了无功率补偿改造。该段线路总共有65台配变，总共安装了50台无功补偿装置，补偿度为32.1%，总补偿容量为2310kVar，一共投资了20.16万元。

5.1 无功补偿在提高功率因数方面的效果

补偿后，该条线路的功率因数都为0.91，而电网进行补偿前，其功率因素为0.81，那么进行补偿后，有用功电量和有用功功率都损失了19.56%。

5.2 无功补偿在降低线损方面的效果

通过对2013年的数据监测显示，该线路的线损率从原来的10.44%降低到了现在的8.19%。此线路每年供电量大约为678WkWh，售电量大约为667.5kWh，一年大概可以节约10.5kWh的电量，每年大约可以节约3.1W左右的电费，节能效果显著。

5.3 无功补偿在设备管理方面的效果

在改造前，由于缺乏对配变和无功补偿装置的统一管理，造成部分以前安装的无功补偿装置没有正常运行，很多无功补偿装置在安装投入工作后没多久就因故障等各种原因退出运行，没能起到应有的作用。通过这次无功补偿改造，对该线路上的所有无功补偿装置进行了统一有效的管理，并建立了无功补偿装置运行状态监测系统，从而使该线路的配电设备管理水平得到有效提升。

6.结论

综上所述，随着经济和社会的发展，对电网的稳定性要求也越来越高，尤其是作为连接发电厂和电力用户的枢纽，配电环节的稳定是尤为重要的。为了提高配电环节的稳定性，通常会在配电网中使用无功补偿技术，但无功补偿技术在实际应用过程中，还存在一些问题，比如无功补偿装置在安装的过程中，首先要考虑降低电能的损失，由于需要对安装运行费用的问题进行考虑，所以在计算的过程中，相对来说就比较复杂，而且在谐波的影响下，电容器本身具有抗谐波的能力，会降低设备的使用年限。此外，系统谐波还会产生比较大的干扰，如果不能加以控制，则不但会降低无功补偿效率，还会增大电力损耗，对配电网的正常运行造成影响。

因此，为了保证配电网能够稳定运行，就要确保配电网取得了最佳的无功补偿效果，以真正达到降低线路能量损失、提升供电质量的目的。

参考文献

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