无功功率补偿的一些概念

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1、无功功率补偿的一些概念无功功率补偿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的无功功率中得到补偿， 这就是无功功率 补偿的基本原理。力率电费是指电力用户感性负载无功消耗量过大， 造成功率因数低于国家标准， 从而 按电费额的百分比追收的电费（详细了解力率电费调整办法）。过零模块采样及触发可控硅 （晶闸管） 。是通过过零模块对可控硅两端进行采样， 当 可控硅两端电压为零时， 触发可控硅，

2、使电容器投入或切除。 投入时无涌流， 切 除时无过电压。涌流及过电压涌流是将电容器投入时瞬间产生的电流如接触器投入电容器时采用不 过零点，所以当电容器投入时瞬间相当于短路， 产生的电流会比电容器额定电流 大几十倍或上百倍 同时会将电容器的极板的许多耐压薄弱点击穿， 造成电容器 无法储存能量，影响电容器的使用寿命所以接触器式电容柜不可以频繁投切。电压是将电容器切除时瞬间产生的电压切除时由于电网电压与电容器 的端电压产生迭加，从而产生过电压。投切振荡当投入电容器时出现过补偿，切除后又欠补偿，造成电容器来回频繁投切， 产生振荡。过补和欠补欠补是指用电系统中感性无功大于容性无功。过补是指用电系统中容性

3、无功大于感性无功。编码式投切是指控制器投入电容器时采取的一种方式，如122例：现做一台100KVAR勺电容柜。1、无编码：可做10路，每路10KVAR以10KVAR等级投切。2、有编码：可做6路，前两路每路为10KVAR后4路每路20KVAR投切 等级也为 10KVAR。两种方法比较起来都以10KVAR等级进行投切，无编码用了 10路，而有编码勺只用了 6路就可达到同样勺效果，减少了 4回路。降低了产品勺成本。响应速度接触器动作时间为几百毫秒。（机械）可控硅 （采样和触发 ）20 毫秒就能将 电容器投入。（电子）谐波是由于非线性负载所引起电压及电流勺畸变， 污染电网， 是电气设备勺一种 公害。

4、反送无功勺害处反送无功与无功欠补偿同样会使电压电流产生电位差，造成功率因数过低。 如果长期向电网反送大量勺无功， 将会引起电网电压升高造成对电网勺污染， 严 重时会造成电网崩溃耗（电业局不允许长期向电网反送无功）。投切信号勺比较功率因数，无功电流，无功功率三种方式。1. 功率因数： 用功率因数作为电容器投切信号勺一种方式。 如果系统功率 因较低， 无功功率又比较小， 投入电容器又过补， 过补后在切， 就容易产生投切 振荡2. 无功电流及无功功率： 用无功电流或无功功率作为电容器投切信号勺一 种方式，采系统中无功电流或无功功率， 当系统中无功功率小于控制器所设置勺 参数，控制器不发出投入电容器勺

5、信号，避免了投切振荡。减少了动作次数。就地补偿全国供用电规则规定：无功电力应就地平衡。就地补偿是指针对于某一台设备进行补偿，安装在设备附近，具有投资少、 体积小、安装方便，补偿效果好等特点就地补偿适用于单台设备容量较大， 电力用户输电线路较长。 就地平衡无功 电流。使电压质量得到保证，减少线路损耗。灯力分算是指用户的照明用电量与动力用电量占总用电量的比例。 有些用户照明和动 力是用一块计量表计量， 其中照明用电不收取力率电费， 所以电业局在计算力率 电费时将用户的照明与动力用电的多少按比例将总电量中的照明部分划分出去 后再计算。也就是说计算力率是按动力用电量的多少来计算。现状介绍设置无功补偿电

6、容器是补偿无功功率的传统方法，目前在国内外均获广泛应用。 电容器与网络感性负荷并联， 以并联电容器补偿无功功率具有结构简单、 经济方 便等优点， 但其阻抗是固定的， 故不能跟踪负荷无功需求的变化， 即不能实现对 无功功率的动态补偿。随着电力系统的发展， 要求对无功功率进行动态补偿， 从而产生了同步调相 机 (Synchronous Condenser-SC) 。它是专门用来产生无功功率的同步电机，在 过励磁或欠励磁的情况下，能够分别发出不同大小的容性或感性无功功率。自 20 世纪 2、30年代以来的几十年中，同步调相机在电力系统中作为有源的无功 补偿曾一度发挥着主要作用， 所以被称为传统的无功

7、动态补偿装置。 然而，由于 它是旋转电机， 运行中的损耗和噪声都比较大， 运行维护复杂，而且响应速度慢， 难以满足快速动态补偿的要求。20 世纪 70年代以来，同步调相机开始逐渐被静止型无功补偿装置(StaticVar Compensator-SVC) 所取代，目前有些国家已不再使用同步调相机。早期的 静止无功补偿装置是饱和电抗器 (Saturated Reactor-SR) 型的，1967 年英国 GEC 公司制成了世界上第一批该型无功补偿装置。 饱和电抗器比之同步调相机具有静 止、响应速度快等优点； 但其铁芯需磁化到饱和状态， 因而损耗和噪声还是很大， 而且存在非线性电路的一些特殊问题，

8、又不能分相调节以补偿负荷的不平衡， 所 以未能占据主流。电力电子技术的发展及其在电力系统中的应用， 将晶闸管的静止无功补偿装 置推上了无功补偿的舞台。1977年美国GE公司首次在实际电力系统中演示运行 了晶闸管的静止无功补偿装置。 1978年此类装置投入实际运行。随后，世界各 大电气公司都竟相推出了各具特色的系列产品。近10多年来，占据了静止无功补偿装置的主导地位。于是静止无功补偿装置(SVC)成了专指使用晶闸管的静止无功补偿装置，包括晶闸管控制电抗器 (Thyristor ontrolled Reactor-TCR) 和晶闸管投切电容器 (Thyistor Switched Capactor

9、-TSC)，以及这两者的混合装置(TCR+TSC)或者TCR与固定电容器(Fixed Capacitor-FC)或机械投切电容器(Mechanically Switched Capacitor-MSC)混合使用的装置(即 TCR+FCTCR+MSC等。随着电力电子技术的进一步发展， 20世纪 80 年代以来，一种更为先进的静 止型无功补偿装置出现了， 这就是采用自换相变流电路的无功补偿， 有人称为静 止无功发生器 (Static Var Generator-SVG)，也有人称其为高级静止无功补偿器(Advaneed Static Var Compensator-ASVC)或静止调相器(Stat

10、icCondenser-STATCON)最近，日本和美国已分别有数台 SVG装置投入实际运行。目前，除对SVC和SVG的无功补偿进一步的探讨外，人们还研究用于动态无 功补偿的其他各种形式的静止变流器，包括赌流型自换相桥式电路，交 -交变频 电路以及交流斩波电路等，直至最近，美国电力研究院还提出统一潮流控制器(Unified Power Flow Controller-UPFC)。事实上，SVC SVG和 UPEC都是柔性交流输电系统(Flexible ACTransmission System-FACTS)中的器件。所谓柔 性交流输电系统，是20世纪 80年代以来由美国电力研究院提出的一个崭新

11、概念， 其本质就是将高压大功率的电力电子技术应用于电力系统中， 以增强对电力系统 的控制能力，提高原有电力系统的输电能力。农村无功补偿山西省平顺县水电集团公司负责对全县水电自供区 2乡 1镇3.5 万人口的农村电 网进行全面改造，要求在 2002年 6月底以前完成。过去，该农村电网中，由于 负荷的不确定性，在春、秋收耕季节和浇地用电时段，负荷很重，而平时08时和白天基本无负荷， 供电质量极不正常， 用户端电压很不稳定， 甚至使一些低 压动力用户无法工作， 老百姓颇有怨言。 因此，在农网改造及施工中提高供电质 量，提高用户端的电压和功率因数 CO$，是一个要解决的重要问题，决定进行 低压无功补偿

12、。一、低压无功补偿的概念低压无功补偿是指在配电变压器低压 400(380)伏网络中安装补偿装置，包 括随机补偿、随器补偿、跟踪补偿几种方式。随机补偿：随机补偿就是将低压电容器经过熔断器与电动机并接， 通过控制， 保护装置与电动机同时投切。随器补偿：随器补偿是将低压电容器经过熔断器固定接在配电变压器低压侧， 以 补偿变压器的励磁及漏磁无功损耗。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 电容器组并接在大用户 400伏母线上。这种补偿方式，相当于随器补偿的作用。另选几组低压电容器作为手动或自动投切， 随时补偿 400 伏网络中变动的无功负 荷。二、农网无功负荷浅析在我

13、们现有 10 千伏送电系统中，往往是一条线路接有几台或十几台甚至二、 三十台容量大小不等的配电变压器。由于用户分散，变压器容量又很小， 75 千 伏安以下的变压器占 70%以上，而且多数变压器每天有近 15 个小时接近空载运 行，少数在额定容量的20% 40沱间运行，每逢栽插或收割季节，会出现无功 不平衡。在上述网络状态下，原有农网用户中， 10 千伏线路送出端或配电，变压器 用户均没有配置补偿装置，致使10千伏送出端功率因数COS）值很低。其主要 原因是众多的小容量配电变压器时常在低负荷下运行， 众多配变的空载及漏磁损 耗、家用电器的无功耗用迭加起来占据了 10千伏线路送出的大量无功功率，致

14、 使COS）值达不到规定要求，线损也大大增加。三、对功率因率coq）值的要求根据水电部电力系统电压和无功电力技术导则 的规定和农网改造的技术 要求，电力用户的功率因数应达到下列规定：1高压供电的工业用户和高压供电装有带负荷调整电压装置的电力用户功率因 数为 0.90 以上；2其他 100千伏安（千瓦）及以上电力用户和大、中型电力排灌站，功率因数为 0.85 以上；3趸售和农业用电，功率因数为 0.80 以上。经过努力达不到以上规定者应装设必要的补偿装置。原水电部供用电规则规定：高压供电的用户必须保证功率因数在 0.9 以上，其他用户应保持在 0.85 以上。四、几种无功补偿方式的优劣比较对于

15、10千伏供电系统，在变电站 10千伏母线上装设集中补偿方式的并联电 容器组，只能增大变压器与 10千伏母线之间及上一级电压等级线路的功率因数， 对10千伏母线上首端的功率因数 co值不能改变，线路上各配电变压器所提 供的无功功率仍需从这里送出，各送出线路上的线损不能降低。所以，对于 10 千伏供电系统的无功补偿，最好选择随线路上配电变压器装设低压无功补偿装 置，进行分散补偿方式。 这种方式易于根据无功负荷需要选择补偿容量， 具有“哪 里缺在哪里补，缺多少补多少”，都能把 10千伏及其上一级电压等级的线路线 损降低一部分的特点，且补偿效果好，经济效益高。在农网10千伏线路上，“T”接变压器一般较

16、多，且变压器“大马拉小车” 的现象极为普遍，多数时段接近于空载运行，10千伏线路首端的功率因数CO 值一般只有0.50.75。配电变压器的供电范围多以自然村为单位， 一个村有一、 二个动力加工作坊和电灌站， 在上述情况下宜采用随器和随机补偿方式， 即在变 压器低压侧按空载电流计算选择并联电容器补偿， 在加工作坊按电动机容量计算 选择并联电容器补偿。补偿电容器采用手动投切方式，可大大降低投资（ 每千乏约 30 多元） 。只有大范围的无功分散补偿， 才能降低农网线路的线损， 降低农村 电价。对于农村排灌站的用电特点，一是“季节性强”，每年用电累计时间为 1 2个月。二是“电动机单机容量大”，一般为

17、 3080千伏安。三是由于用电时 间短，不重视无功需量， 都没有装设补偿装置。 另外农村众多的排灌站同时投运， 造成系统无功电量不平衡。 这些排灌站应根据电机容量计算选择并联电容器随机 补偿，促进无功就地平衡。五、补偿装置的接线装置测量点的接线， 主要是补偿装置的电容器组和电流的引入点， 特别是电 流的引入点， 在实际接线中往往被忽视。 电容器组的引入点， 是指电容器组的总 进线在被补偿系统中的“ T”接点；电流的引入点，是指补偿装置使用的电流互 感器在被补偿系统中的安装点。 正确的方法是： 以负荷的供电电源为参考点， 电 流互感器的安装点必须在电容器组的总进线“ T”接点电源之间，即电流互感

18、器 测量的电流必须包含流过电容器组的电流。否则，在电容器分组投、切状态中， 无功补偿装置测量显示的有功、 无功功率和 COS 值都不会变化， 造成无功补偿 装置投、切效果无法判断。六、无功补偿的效益评价按国电公司有关规定，功率因数 COS 值达不到标准的应督促装设补偿装 置，以降低线损。装设补偿装置，要从长远利益出发，克服当前资金匮乏困难。 安装低压无功补偿装置， 获益最大的是用户， 其次是供电系统。 我们对我公司所 属农网用户， 通过认真分析计算， 精心设计， 在自愿的基础上， 为其加装了低压 无功补偿电容器， 从而彻底解决了用户电能质量不稳定的难题， 取得了良好的社 会效益，赢得了用户的好

19、评。配电网补偿1 引言由于无功补偿对电网安全、 优质、经济运行具有重要作用， 因此无功补偿是电力部门和用户共同关注的问题。 合理选择无功补偿方案和补偿容量， 能有效提高系统的电压稳定性，保证电网的电压质量，提高发输电设备的利用率，降低有 功网损和减少发电费用。我国配电网的规模巨大，因此配电网无功补偿对降损节能， 改善电压质量意 义重大。本文结合当前人们关注的电网无功补偿问题， 重点分析、比较了配电网 常用无功补偿方案特点，并通过对无功补偿应用技术的分析， 提出了配电网无功 补偿工程应注意问题和相关建议。2配电网无功补偿方案比较配电网无功补偿方案有变电站集中补偿、配电变低压补偿、配电线路固定补偿

20、和用电设备分散补偿。四种方案示意图见图 1所示。2.1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。这些补偿装置一般集中接在变电站10kV母线上，因此具有管理容易、维护方便等优点，但这种补偿 方案对10kV配电网的降损不起作用。i 1 OV eocm 氏/noii tinii t m武E歼武24eHo；i o图1 配电网常见无功补偿方式示意图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。协调调节控制算法国

21、内学者进行过大量研究，九区图法是一种常用的有效方法1。但大量的实际应用表明，投切过于频繁会影响电容器开关和分接 头的使用寿命，增大运行维护工作量，通常在实际中要限制抽头调节和电容器组 操作次数。采用电力电子开关控制成本比较高、 开关自身功率损耗也很大，因此 变电站高压电压/无功控制技术仍有待进一步改善和研究。鉴于变电站无功补偿对提高高压电网功率因数， 维持变电所母线电压和平衡 系统无功有重要作用，因此应根据负荷的增长安排、设计好变电站的无功补偿容 量，运行中在保证电压合格和无功补偿效果最好的情况下， 尽可能使电容器组投 切开关的操作次数为最少。2.2配电变低压补偿配电变低压补偿是目前应用最普遍

22、的补偿方法。由于用户的日负荷变化大， 通常采用微机控制、跟踪负荷波动分组投切电容器补偿， 总补偿容量在几十至几 百千乏不等。目的是提高专用变用户功率因数， 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、降损节能效果好。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。采用接触器投切电容器的冲击电流大， 影响电容器和接触器的使用寿命；用 晶闸管投切电容器能解决接触器投切电容器存在的问题， 但明显缺点是装置存晶 闸管功率损耗，需要安装风扇和散热器来通风与散

23、热， 而散热器会增大装置的体 积，风扇则影响装置的可靠性。图2机电一体开关无功补偿装置接线图为解决这些问题，笔者组织开发、研制了机电一体开关无功补偿装置 2，机 电开关补偿装置典型接线如图2所示。装置采用固定补偿与分组补偿结合， 以降 低装置的生产成本；装置能实现分相补偿，以满足三相不平衡系统的需要。 机电 开关控制使装置既有晶闸管开关的优点， 又具有接触器无功率损耗的优点。几千 台装置的现场运行、试验表明，机电开关补偿装置体积小、可靠性高，能满足户 外环境、长期工作需要。机电开关的原理与技术详见文献 2。低压补偿装置安装地点分散、数量大，运行维护是补偿工程需要重点考虑的 问题；另外，配电系统

24、负荷情况复杂，系统可能存在谐波、三相不平衡，以及防 止出现过补偿等问题，这些工程中应注意的问题后面详细介绍。2.3 配电线路固定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， 这种情况下可考虑配电线路无功补偿， 文献34 提出了配电线路 无功补偿的必要性和方法。线路补偿既通过在线路杆塔上安装电容器实现无功补偿。 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，线路补偿的补偿点不宜过多； 控制方式应从简， 一般不采用分组投

25、切控制； 补偿容量也不宜过大， 避免出现过补偿现象； 保护也要从简， 可采用熔 断器和避雷器作为过电流和过电压保护。线路补偿主要提供线路和公用变压器需要的无功， 工程问题关键是选择补偿 地点和补偿容量，文献 4 给出了补偿地点和容量的实用优化算法。线路补偿具 有投资小、 回收快、便于管理和维护等优点， 适用于功率因数低、 负荷重的长线 路。线路补偿一般采用固定补偿， 因此存在适应能力差， 重载情况下补偿度不足 等问题。自动投切线路补偿仍是需研究的课题。2.4 用电设备随机补偿在 10kV 以下电网的无功消耗总量中，变压器消耗占 30左右，低压用电设 备消耗占 65以上。由此可见，在低压用电设备

26、上实施无功补偿十分必要。从 理论计算和实践中证明， 低压设备无功补偿的经济效果最佳， 综合性能最强， 是 值得推广的一种节能措施。感应电动机是消耗无功最多的低压用电设备， 故对于油田抽油机、 矿山提升 机、港口卸船机等厂矿企业的较大容量电动机， 应该实施就地无功补偿， 即随机 补偿。与前三种补偿方式相比，随机补偿更能体现以下优点 5 ：1）线损率可减少 20%；2）改善电压质量，减小电压损失，进而改善用电设备启动和运行条件；3）释放系统能量，提高线路供电能力。由于随机补偿的投资大， 确定补偿容量需要进行计算， 以及管理体制、 重视 不够和应用不方便等原因， 目前随机补偿的应用情况和效果都不理想

27、。 因此，对 随机补偿需加强宣传力度， 增强节能意识， 同时应针对不同用电设备的特点和需 要，开发研制体积小、 造价低、易安装、免维护的智能型用电设备无功补偿装置。根据以上常用无功补偿方案的分析、 讨论，我们可归纳、 整理出四种补偿方 案的特点和基本性能如表 1 所示。表1 四种无功补偿方法的特点比较补偿方式变电站集中补 偿配电变低压补偿配电线路固定补 偿用电设备随机补 偿补偿对象变电站无功需 求配电变无功需求配电线路无功基 荷用电设备无功需 求降损范围主变压器及输 电网配电变及输配电 网配电线路及输电 网整个输配电系统 网调压效果较好较好较好最好单位投资较大较大较小较大设备利用率:较高1较高

28、1很高；较低维护方便性方便L较方便方便不方便3无功补偿的调压作用分析鉴于配变无功补偿是供电企业和用户普遍关注的工作。现在开始，本文重点 对配变无功补偿及工程问题进行分析和探讨。3.1典型实例的计算图1为某市台江变电站10kV母线953线路简化接线。该线路自变电站端开 始一段与956线为同杆双回线，其中956线较短些，接有18台配电变压器；而 953线路较长，接有31台配电变压器，变压器总容量为 9895kVA953线路31台变压器容量为501000kVA大小不等，为计算和分析方便，对 实际的31台变压器就近进行了等值处理。例如，节点8处是一个较大的用户，接有3台1000kVA的变压器；而节点3

29、处1695kVA是6台变压器的总容量，其它 节点情况与节点3相同。图1各段线路下数字为导线公里长度，主干线路导线型号为LG120。根据图1各节点变压器的总容量，假设变压器在经济负载系数Kf=0.65 （相当较大负荷情况）状态下工作，取功率因数为 cos =0.85，可计算节点变压器和各段 线路的有功负荷；再假设变电站母线电压分别为10.5kV和11.4kV，运用负荷矩法可分别计算不同情况下线路的各节点电压。依此方法计算的几种结果如表2所示。表2不同情况线路节点电压的计算结果万案序号功率因数线路节点电压值（kV）234 J568910.8510.510.0839.7819.4979.2979.1

30、429.0639.08120.9510.510.1309.8429.5899.3959.2579.1879.20330.8511.410.98310.69910.40010.18310.0279.9489.96640.9511.411.03310.74210.48910.29510.15710.08610.1033.2计算结果分析表2中变电站母线电压10.5kV为负荷高峰期正常逆调压的要求电压；11.4kV 是为保证和满足线路末端用户（节点 8和节点9）母线电压在额定范围内，变电 站母线应达到的电压，也是实际系统中经常需要的运行电压。 计算结果为功率因 数为0.85和0.95两种情况电压，目的

31、在于分析配变无功补偿对电压的影响。按国标（GB12325-90）电能质量供电电压允许偏差中的规定：10kV及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的土 7%因此，从表2计算结果可以看出：1）该线路依靠正常的分接头逆调压， 功率因数cos =0.85时，节点6到节 点9电压超标；功率因数cos =0.95时，节点7到节点9电压超标。因此，仅 靠变压器分接头逆调压，不能满足线路末端用户的电压质量要求。2）表2中的cos 值为各节点变压器的功率因数。因此在配变低压补偿无 功功率，提高变压器功率因数，对该线路电压有调节作用，但只能部分地解决电 压问题；但从调压和降损两方面考虑，无功补偿是应普遍采用的技术。

32、3）变电站电压提高到11.4kV能满足末端用户电压要求，但变电站母线电压 属严重超标。会造成变电站10kV电容器和部分低压电容器的保护超过 1.1Un的 定值，使无功补偿装置退出运行（实际情况），这将使电网损耗明显增大。3.3原因和解决措施造成图1系统电压问题的主要原因是导线截面小、供电半径大。例如，在线路4.5km范围内（5节点之前），电压不会超标。因此，对更换导线或插入新变 电站是解决该线路电压问题的根本措施。 但由于街区位置和条件限制，插入变电 站改造需要的投资非常大，因此该线路必须寻求其它的解决办法。文献 提出的有载调压变压器是解决该线路电压问题的有效手段。但配电变的负荷波动大、变化频

33、繁，机械式分接头难适应和满足电网的调压需要。文献 提出的晶闸管串联调压方法是一个很好的解决思路，希望这种变压器能尽快 得到推广和应用。但该方案需要更换的变压器数量多，工程改造投资会很大。表3采用TVR调压线路节点电压的计算结果万案序号功率因数线路节点电压值（kV）234568950.8510.510.0839.7819.4979.7979.6429.5639.58160.8510.259.8339.5319.2579.5299.3749.2979.31370.9510.510.139.8429.5899.8959.7579.6879.70380.9510.259.8809.5929.3399.

34、6469.5079.4379.453在图1节点6位置安装一台晶闸管电压调节器（TVR，是解决该线路电 压问题的更有效措施。TVR可使节电6电压在方案1和方案2基础上调高500V, 有TVR调压的各节点电压计算结果如表 3所示。TVR方案优点是一台设备解决全 线路的电压问题，经济性是显而易见的。10kV电网电压的作用；但不以上实例说明，低压无功补偿具有调节、改善 能解决像图1这种长线路存在的电压问题。4无功补偿效益的简要分析配变低压无功补偿能有效降低配电变及以上输配电网的损耗。 由于计算整个 电网损耗涉及因素多，工作量大，下面仅以图1中节点4的1000kVA变压器为例， 通过简单计算，说明无功补

35、偿具有巨大的直接和间接效益。设补偿前节点4变压器满载运行，视在功率S= 1000KVA功率因数CO = 0.85，年用电时间为T= 3000小时，计算：1）若将CO提高到0.95，计算需 要的补偿电容器容量；2）补偿前需要支付的年费用；3）补偿装置单位投资为 150元/kvar，补偿装置本身损耗为3%，投资回收率为10%/年，计算补偿后的 年效益。根据已知条件，可计算补偿前P SCO 1 = 1000X 0.85 = 850kWQ= Ssin 1 = 1000X 0.52678 = 526.78kvar1）求需要安装的补偿电容器容量 x因装置本身有功损耗为3%,补偿后的电网无功 Q= 526.

36、78 x,要求CO 为0.95，可求tg 2= 0.3287，于是有=0,3237可求补偿容量x = 245.73246kvar2）补偿前需要支付的年费用基本电费：一般按最大负荷收取，设每 KVA收取的费用为180元/年，故有Fj1= 180X 1000= 18 万元电量电费：设每KWh为0.4元，故有Fdi= 0.4 X 850X 3000= 102 万兀补偿前年费用：Fzi = Fji+ F di= 18+102= 120 万兀3) 补偿后需要支付的年费用和年效益补偿后的视在功率和基本电费：0.55095kVAFj2= 180X 857= 15.426 万元电量电费：Fd2= 0.4 X

37、(850+0.03 X 246) X 3000= 102.88 万元补偿装置折旧费：Ff = 150X 246X 10%= 0.369 万元补偿后年费用：Fz2= FJ2+ FD2+ Ff =15.426+102.88+0.369 = 118.675 万元安装无功补偿可获得的年效益 F= Fzl Fz2= 120- 118.675 = 1.325 万元上面仅仅是无功补偿提高功率因数角度计算的效益； 如果计及降低输配电网 损耗、功率因数调整电费，以及节约建设投资、改善电压质量等方面因素，其经 济效益更加可观。5产品选型及工程应注意的问题低压无功补偿安装地点分散、 数量多，且配电网电压、负荷情况复

38、杂；工程 中相关问题考虑不周，不仅影响装置正常运行，也带来很多维护、管理等问题， 工程问题必须引起重视。1) 运行及产品可靠性问题与配电变压器相比，低压补偿装置的维护量无疑要高很多；控制系统越复杂、 功能越多，维护工作量越大。有些单位从“长远”考虑，提出联网、 监控等很多 要求，无疑会增大投资和运行维护量，事实是很多没有联网的可能。低压补偿装置的可靠性在开关和电容器， 电容器寿命与工作条件有关， 因此 装置的投切开关是关键。大量工程实践表明，户外配变无功补偿因工作条件差， 晶闸管或接触器补偿装置难满足可靠性要求 2 ，机电一体开关是最佳选择。2）产品类型和功能选择问题对配电台变的补偿控制， 有

39、多种类型和不同功能的产品可供选择。 城网台变 多以无功补偿为主， 很多要求有综合监测功能。 农网不同场合要求不同， 可考虑 配电+补偿、补偿+计量，特殊用户可用配电 +补偿+计量或补偿 +综测。对监控功能的要求高， 必然成本高、投资大。建议根据实际需要和使用场合， 合理选择功能适用、 价位合理的产品。 实际工程上， 不应出现一个变台安装有多 个箱子的情况。3）控制量选取和控制方式问题很多专变补偿装置根据电压控制电容器补偿无功量， 这种方式有助于保证用 户的电压质量，但对电力系统无功补偿不可取。前面图 1 线路的电压分析表明， 电网的电压水平是由系统情况决定的。 若只按电压高或低控制， 无功补偿

40、量可能 与实际需求相差很大， 容易出现无功过补偿或欠补偿。 从电网降低网损角度， 取 无功功率为控制量是最佳控制方式。4）补偿效果和补偿容量问题前面实例分析表明， 配变低压补偿无功可提高配变功率因数， 降低配变损耗， 但只节点6配变装补偿，对10kV线路降损作用很小。因此，某条线路配变安装 补偿数量少或补偿容量不足，影响全网（线路）降损和电压改善效果。前面计算方法确定补偿容量，对实际工程难以实现。配电网日负荷变化大， 负荷性质不同， 补偿容量要求也不同。 大量工程实践表明， 对动态补偿在配变容 量 20%-30%内。同时，对个别情况可能需要进行特殊处理。5）无功倒送和三相不平衡问题无功倒送会增

41、加线路和变压器的损耗， 加重线路供电负担。 为防止三相不平 衡系统的无功倒送， 应要求控制器检测、 计算三相无功投切控制。 固定补偿部分 容量过大，容易出现无功倒送。一般动态补偿能有效避免无功倒送。系统三相不平衡同样会增大线路和变压器损耗。对三相不平衡较大的负荷， 比如机关、 学校等单相负荷多的用户， 应考虑采用分相无功补偿装置。 并不是所 有厂家的控制器都具有分相控制功能，这是工程中必须考虑的问题。6）谐波影响和电容器保护问题谐波影响会使电容器过早损坏或造成控制失灵，谐波放大会使干扰更加严 重。工程中应掌握用户负荷性质， 必要时应对补偿系统的谐波进行测试， 存在谐 波但不超标可选抗谐波无功补

42、偿装置，而谐波超标则应治理谐波。电容器耐压标准为1.15,补偿控制器过压保护一般取1.2Un,超过必须跳闸, 如图 1 线路首端节点配变的补偿装置可能发生跳闸。 实际工程中， 对电压较高电 网的装置应予以关注。总之,由于配电网负荷、场合的复杂性,虽然装置容量小、电压低,却有很 多值得认真分析和思考的问题。 特别是台变补偿在户外, 使用环境差, 工程上应 给予足够的重视。6 结语电网无功补偿是一项建设性的技术措施, 对电网安全、 优质、经济运行有重 要作用。由于篇幅限制,本文重点对配电网的无功补偿技术进行了分析、探讨。 分析计算结果和大量工程实践表明, 虽然配变无功补偿容量小、 电压低, 但工程

43、 中却有很多技术问题值得认真分析和思考； 而无功补偿工程是供电企业和产品厂 家双方的事情,都应充分重视解决工程中的问题。7 参考文献1 赵登福,司哲,杨靖等,新型变电站电压无功综合控制装置的研制 J , 电网技术，2000; 24 (6): 14172 刘连光,林峰,姚宝琪,机电一体开关低压无功补偿装置的开发和应用 J ,电力自动化设备, 2003, 23(9) ： 46483 张勇军，任震，廖美英等，10kV长线路杆上无功优化补偿J，中国电 力, 2000; 33( 9)： 50 524 张勇军，任震，李本河等，基于配网潮流计算的杆上无功补偿优化算法 研究J，华南理工大学学报，2001; 2

44、9 (4): 22255 曹光祖，应系统地重视分散和终端无功补偿 J ，低压电器， 1999(5)：27 306 朱国荣，李民族等，配电变压器的晶闸管串联调压方法 J ，变压器， 2002;39( 7): 22 267 刘连光，姚海燕，伦涛，晶闸管分级电压调节器和配电网调压技术 J ，电工技术， 2004( 4): 5 7作者简介:刘连光（ 1954- ），男，教授、主要从事输配电自动化和电能质量监控方面 的教学、科研工作。E-mail ：llguang刘宗岐（1963- ），男，副教授、 主要从事电力系统分析与控制方面的教学、 科研工作。无功补偿的原理 因为在电容上建立电压首先需要有个充电过

45、程， 随着充电过程， 电容上的电 压逐步提高， 这样就会先有电流， 后建立电压的过程， 通常我们叫电流超前电压 90 度（电容电流回路中无电阻和电感元件时，叫纯电容电路） 。电动机、变压器 等有线圈的电感电路，因通过电感的电流不能突变的原因，它与电容正好相反， 需要先在线圈两端建立电压， 后才有电流 （电感电流回路中无电阻和电容时， 叫 纯电感电路），纯电感电路的电流滞后电压 90 度。由于功率是电压乘以电流， 当 电压与电流不同时产生时 （如：当电容器上的电压最大时， 电已充满， 电流为 0； 电感上先有电压时，电感电流也为 0），这样，得到的乘积（功率）也为 0！这就 是无功。那么，电容的电压与电流之间的关系正好与电感的电压与电流的关系相 反，就用电容来补偿电感产生的无功，这就是无功补偿的原理。