稳定10kV线路功率因数

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摘要： 本文就提高10kV线路功率因数对线路负荷、无功补偿柜安装位置、容量进行分析，提出解决办法。

关键词： 10kV线路 功率因数 分析

近年来，由于电网容量的增加，对电网无功要求也与日俱增。无功电源如同有功电源一样，是保证电力系统电能、电压质量、降低网络损耗以及安全运行所不可缺少的部分。在电力系统中，无功要保持平衡，否则，将会使系统电压下降，严重时，会导致设备损坏、系统解列。此外，网络的功率因数和电压降低，使电气设备得不到充分利用，促使网络传输能力下降、损耗增加。因此，解决好网络无功补偿问题，对网络降损节能有着极为重要的意义.

1、无功补偿电容器概述

设置无功补偿电容器是补偿无功功率的传统方法之一，目前在国内外均得到广泛的应用。设置并联电容器补偿无功功率具有结构简单、经济方便等优点。

并联电容器的容量是按正常供电情况设计的，为了留有发展余地，还有适当裕量。这样，当变电处于低谷负载时，电容器的补偿容量势必过大，出现过补偿的情况，母线电压升高，电容器的补偿容量与实际供电电压成正比，电压升高会使补偿容量进一步增大，反过来又会使电压再升高。电压升高会导致变压器、电动机、电容器等设备损耗增大，影响使用寿命。若变电所处于高峰负载，电压水平低于额定供电电压，则电容器提供的补偿容量下降，并使电压进一步下降，严重时会导致局部电压崩溃。为此，采用双级或多级自动补偿，根据运行情况的需要自动投切，适时地调节无功补偿容量。

电力网络除了要负担用电负荷的有功功率P，还要负担负荷的无功功率Q，有功功率P、无功功率Q和视在功率S之间存在下述关系：S=√P2+Q2，COSφ=P/S，被定义为电力网络的功率因数，其物理意义是线路的视在功率S，供给有功功率的消耗所占百分数。在电力网的运行中，我们所希望的是，功率因数越大越好，如能做到这一点，则电路中的视在功率将大部分用来供给有功功率，以减少无功功率的消耗。

2、提高功率因数的意义

2.1改善设备的利用率：因为功率因数可以表示成下述形式

COSφ=P / S=P / √3UI，其中U是线电压（KV）I是线电流（A），可见，在一定的电压和电流下，提高COSφ，其输出的有功功率越大。因此，改善功率因数是充分发挥设备潜能，提高设备利用率的有效方法。提高电力网络的传输能力。视在功率与有功功率成下述关系P=SCOSφ，可见，在传送一定有功功率的条件下，COSφ越高，所需视在功率越小。

2.2可减少电压损失，即提高系统电压。因为电力网的电压损失可借用下式求出：U=（PR+QX）/U，可以看出，影响U的因素有四个：线路的有功功率P、无功功率Q、电阻R和电抗X。如果采用容抗为XC的电容来补偿，则电压损失为U={PR+Q（X-XC）}/U，故采用补偿电容提高功率因数后，电压损失U减小，改善了电压质量。

2.3减少线路损失（耗）。当线路通过电流I时，其有功损耗P=3I2R×10-3（KW）或P=3（P/UCOSφ）2×10-3=3P2R/U2COS2φ×10-3（KW），可见，线路有共损失P与COS2φ成反比，COSφ越高，P就越小。

3、无功补偿总容量的确定

3.1 对10KV线路无功补偿容量以提高功率因数来确定。电力网的最大负荷月的平均有功功率为P，补偿前的功率因数为COSφ1，补偿后的功率因数为COSφ2，则所需补偿容量可用下式计算：

QC=P（tgφ1-tgφ2）=p{√（1/ COS2φ1-1）- √（1/ COS2φ2-1）}

有时需要将COSφ1提高到大于COSφ2而小于COSφ3，则补偿容量应满足：

p{√（1/ COS2φ1-1）- √（1/ COS2φ2-1）}≤QC≤p{√（1/ COS2φ1-1）- √（1/ COS2φ3-1）}

3.2 对于低压线路，一般可按下式计算其补偿容量：

Qc=（20%～40%）Pn

式中 Qc――补偿容量（Kvar）

Pn――变压器的额定容量（KVA）

4、10kV线路无功补偿实例分析

以下对灵璧供电公司35kV渔沟变电所10kV梁集105线路进行实例分析：

4.1 10kV 梁集105线路功率因数现状分析：

通过时间、功率因数及电量对比我们可得知：渔沟105线路无功量严重不足，如采取定补将产生过补偿，我们根据该线路负荷、电流等参数决定采用智能型10kV线路无功补偿柜。

在确定好对策方案后，我们于2010年9月10日对渔沟变电站10kV梁集105线路进行智能型无功补偿电容器选定及安装工作。

4.2、智能型无功补偿电容器选定：

经多次研讨，选定XBZW-10型高压无功自动补偿装置，该装置单元化设计、单件元件体积小、重量轻，便于搬运运输；各部件之间采用带航空插头电缆连接，简单方便且便于维护。

该装置能根据线路电压、无功功率、功率因数等综合判断依据依次投切电容器，从而达到动态、自动、精细补偿线路无功的目的。

4.3、智能型无功补偿电容器安装、调试、投运：

4.3.1、安装位置的确定

根据以上线路负荷图所示可知，梁集105线路全长14.97KM， 所带配变总容量约9560kVA。（29#杆与129#杆之间为两线路并杆走线，129#杆后分为两条10kV线路）其中：

主干线142#杆后所带配变总容量共约4500kVA，约占配变总容量的47%；

主干线129#杆往娄圩支线所带配变总容量共计约1930kVA，约占配变总容量的20%；

主干线76#杆往韩庄支线方向所带配变总容量共计790kVA， 约占配变总容量的8%

主干线29#杆往马集支线、上渡家支线所带配变总容量共计约650kVA，约占配变总容量的7%。

由此可见，本线路负荷主要集中在中后部几个大分支上，特别是末端，特别适合安装线路高压无功自动补偿装置，以降低整条线路损失，提高线路整体功率因数，提升末端电压。

本方案为此线路共设计补偿总容量1100kvar，根据负荷比例分配如下：

（1）142#杆后主干线上安装一套50（定）+200（动）+200（动）kvar补偿装置补偿末端占总线路近半数的无功负荷需求，降低大部分线损；

（2）129#杆后往娄圩方向支线上安装一套50（定）+100（动）+200（动）kvar补偿装置，补偿此大负荷支线；

（3）76#杆往韩庄方向支线上安装一套50（定）+100（动）kvar补偿装置，补偿韩庄支线所需无功缺口。

（4）主干线29#杆往马集方向支线上安装一套50（定）+100（动）kvar补偿装置，补偿马集支线所需无功缺口。

这样，我们在此线路上共用4套高压无功补偿装置，其中两套为一级定补两级动补模式，两套为一级定补一级动补模式，共投入定补200kvar，动补900kvar.既考虑到了固定的无功负荷缺口，又考虑到了动态变化的负荷波动，通过两级、三级补偿多种电容组合模式使线路上的无功负荷得到最大程度的补偿，以确保线路的节能效果达到最优化，为打造优质配电线路奠定坚实的基础。

4.3.2、安装容量的确定

4.4 效果检查及取得效益

无功补偿对输配电网的降损节能、实现经济供电和提高供电企业的经济效益有着极为重要的作用：

4.4.1、减少电力损失，一般工厂动力配线依据不同的线路及负载情况，其电力损耗都较大，安装无功补偿装置提高功率因数后，总电流降低，可降低供电端与用户端的电力损失。

4.4.2、改善供电品质，提高功率因数，减少负载总电流及电压降。

4.4.3、延长设备寿命，改善功率因数后线路总电流减少，使接近或已经饱和的变压器、开关等设备和线路的负荷容量降低，并因此降低温升从而延长寿命（温度每降低10℃，寿命可延长1倍）。

4.4.4、满足电力系统对无功补偿的监测要求，消除因为功率因数过低而产生的罚款。

以下就以补偿后可降低电能损耗做出分析：

渔沟变电站梁集105线路2010年前八个月总有功电量为7352320kWh，可估算出全年总有功电量为7352320/8*12=11028480 kWh补偿前平均力率COSΦ1为0.83，补偿后力率COSΦ2为0.99；

按补偿前平均线损8%计算，δP%=（1-COS2Φ1/ COS2Φ2）×100%=30.70%

式中：COSΦ1为补偿前的平均功率因数，此处为0.83

COSΦ2为补偿后的平均功率因数，此处为0.99

即补偿后可降低电能损耗百分比：δP%=30.70%

经计算，线损率可减少0.08*0.307=2.456个百分点，全年减少有功电量为：

11028480kWh×2.456%=270859kWh

每度电0.55元计算，该设备安装后，渔沟变电站梁集105线路每年仅降损一项约有148972元左右的经济效益。

4.4.5、效果检查：

2010年9-12月电量、线损、功率因数实际值：

从表中可以看出，渔沟变电站梁集105线路自安装智能型无功补偿装置后功率因数及线损已达到预期目标值。

综上所述，无功补偿技术是提高电网功率因数及供电能力、减少电压损失和降低网损的一种有效措施。智能型无功补偿电容器具有无功补偿原理简单、安装方便、投资小，有功损耗小，运行维护简便、安全可靠等优点。因此，在当前随着电力负荷的增加，要想提高电网系统的利用率，稳定线路功率因数，通过采用补偿电容器进行合理的补偿，是能够提高供电质量并取得明显的经济效益的。■

参考文献

【1】 许业清，《实用无功功率补偿技术》，合肥，中国科学技术大学出版社，1998年

【2】 国家电网公司农电工作部，《农村电网电压质量和无功电力管理培训教材》，北京，中国电力出版社，2005年