农村电网系统中配电线路无功补偿

　　摘要：本文主要就农村电网中配电线路配置无功补偿的方法进行了一系列探讨，从而使之农村电网的无功分层、分区、就地平衡，提高农网安全、可靠和经济运行水平得以实现。
　　关键词：农村电网系统；无功补偿；配电线路
　　一、无功补偿依据
　　根据我国按《功率因数调整电费办法》，《电力系统电压和无功管理条例》的规定，要求“高压供电的工业及装有带负荷调整电压设备的用户，功率因数为O．95以上，其他电力用户功率因数为O．90以上，趸售和农业用户功率因数为0．8以上”。
　　 用电容器补偿降低了电能损耗，提高了电网运行的经济性。但是这只是事物的一个方面，从另一个方面讲，装设电容器以需要一定的投资．而电容器本身也还有一定的有功损耗及电能损耗，当补偿容量增大时，这方面的支出也随着增大，又降低了电力网运行的经济性。综合两个方面的因素，按经济上合理的条件求出应的补偿容量，一般经济上合理的补偿容量，可以按年计算费用最小来决定。
　　 由于农网负荷变化较大，并非功率因数越高越好，从综合经济效果和防止过电压角度考虑，采用“欠补偿”，防止低谷负荷或低负荷时的过补偿而引起的过电压现象。在无功负荷较集中的地方实行就地补偿，同时按网损徽增率或无功负荷最优分布原则分配补偿容量，力求最佳经济效益。
　　 低压电网功率因数：低压电网在的电戍性无功负荷应用电力电容器予以就地充分补偿，一般在最大负荷月的月平均功率因数达到以下标准：
　　 农村公用配电变压器不低于0．85；
　　 100kVA以上的电力用户不低于0．9。
　　 低压电力网中的无功补偿按下列原则设置：固定安装年运行时间在1500h以上，且功率大于4．OkW的异步电动机，实行就地补偿，与电动机同步投切。
　　二、农村电网无功补偿优化配置方法
　　 配电网无功补偿包括：变电所集中补偿，低压集中补偿、杆上无功补偿和用户终端分散补偿。根据就地补偿原理，农村电网无功补偿采用集中补偿和分散补偿相结合方案。集中补偿是在35／10kV变电所补偿，分散补偿就是在低压网或1OkV线路上补偿。
　　 1．变电所集中补偿：针对输电网的无功平衡，在变电所进行集中补偿。补偿装置包括并取电容器、同步调相机、静止补偿器等。生要目的是就近向配电线路前段f靠近变电所的线路)输送无功，改善输电网的功率因数、提高终端变电所的电压和补偿主变压器的无功损耗．同时兼顾调压。这些补偿装置一般连接在变电所的10kV母线上或高压供电用户降压变电所母线上，也包括集中装设于电力用户主总配电聿低压母线上的电容器组。补偿容量通常按主变压器容量的15％一30％配备，具有管理容易、维护方便等优点，但是，由于农网负荷季节性强，设备负荷率低．变电所的无功补偿容量的先择很难适应季节性和昼夜大幅度变化的无功负荷的需要。为了使其功率因数达到上级电网规定值，并防止过补偿和电压升高题，必须采用大容量无功补偿装置自动投切，在运行上势必出现频繁的操作。又因为电容器组安装在变电所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传输的无功电力，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。由于变电所以下用户消耗的无功功率仍然需要通过配电线路长距离输送。为了实现变电所的电压控制。通常无功补偿装置（一般是并联电容器组)结合有载调压抽头来调节。通过两者的协调来进行电压／无功控制。
　　2．配电线路集中和分敞补偿：lOkV线路广泛采用大树干、多分支的单向辐射供电方式。这些线路的特点是负荷率低，符合季节性波动大，配电变压器的平均负荷率低，供电半径长，无功消耗多，功率因数低，线路损耗大，末端电压质量差。在配电线路上进行分散补偿能显著改善线路的运行性能，降低电能损耗，提高供电网络的电压质量。
　　 配电线路分散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lOkV架空线路上，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。
　　2．1配电线路无功补偿确定安装地点和装设容量原则
　　1)就近补偿适用于线路主干线长度超过10km、超过经济电流密度运行的重负荷线路、电压质量差的线路。
　　2)防止轻载时向电网倒送无功，容量选择以补偿局部电网中配电变压器的空载损耗总值为度。
　　3)合理选择安装地点
　　2．2配电线路无功补偿：安装位置及补偿容量确定无功补偿装置安装地点的选择应符合无功就地平衡的原则，尽可能减少主干线上的尤功电流为目标。一般对于均匀分布无功负荷的配电线路，其补偿容量和安装位置按[2n／(2n+1)](其中n为不小于1的整数)规则，求得最优补偿方案。考虑到无功补偿装置的运行维护、补偿效益及投资回收期限，沿线的无功补偿点以安装一处为适宜，最多不应超过两处，可以直接连接于主干线上和较大的分支线上，每个补偿点的容量不宜超过100—150kvar。
　　 配电线路上无功补偿点容量应适当控制，并且在线路负荷低谷时，不应出现过补偿向系统倒送无功。负荷在线路上的分布状况不同，安装地点也不相同。
　　3．用户分散补偿：目前我县城镇低压用户的用电量大幅增长，企业、厂矿、居民小区等对无功需求都很大，直接在用户末端进行无功补偿最恰当地降低电网的损耗和维持网络的电压水平。
　　 GB50052—1995《供电系统设计规范》指出，容量较大，负荷平稳且经常使用的用电设备无功负荷宜单独就地补偿。故对于企业在的电动机应该进行就地无功补偿即随机补偿。针对小区用户终端由于用户负荷小，波动大，地点分散，无人管理，因此应该开发一种新型低压终端无功补偿装置，并满足以下要求：智能型控制，免维护；体积小，易安装；功能完善．造价较低。
　　 与工(一)、(二)两种补偿方式相比，用户终端分散补偿方式将更能体现以下优点；线损率可减少20％；减小电压损失，改善电压质馘，进而改善用电设备启动和运行条件；释放系统能量提高线路供电能力。缺点是由于低压无功补偿通常按配电变压器低压侧最大无功需求来确定安装，而各配电变压器低压负荷波动的不同时性造成大量电容器在较轻载时的闲置，设备利用率不高。
　　 4．10／0.4kV配电变压器的随机补偿：配电变压器随机补偿，是将低压补偿电容直接安装在配电变压器低压侧，与配电变压器同投同切，用以补偿配电变压器自身励磁无功功率损耗和感性用电设备的无功功率损耗。
　　4．1随机补偿原则：10／0.4kV配电变压器的补偿位置一般在出口处的总保险后，这样可用配电变压器低压绕组作为放电线圈，配电变压器低压侧总保险作为保护。无功补偿装置的容量选择，根据实际负荷水平按提主功率因数的要求合理配置。随着负荷的变化，配电压器随机补偿方式使用无功自动补偿装置自动投切一部分电容器组，以达到最佳补偿功率因数。
　　4．2补偿容量的确定
　　 1)农网配变负荷率一般部很低，据统计年平均负荷率为8％，所以只要以每台变压器都进行就地补偿，就可以补偿农网总无功负荷的50％，是目前补偿无功最有效的手段之
　　 2)配电变压器低压则补偿容量不易过大。否则不但不经济．而且在变压器空载或者负荷较轻时，还会造成过补偿，使功率因数角超前无功功率向电力系统倒送和电源电压升高。功率因数角超前有如下坏处：○1电容器与电源仍有无功功率交换，减少电源的有功出力。○2因网络传输容性无功功率，仍会造成有功损耗。○3白白耗费了电容器的设备投资。另外，如补偿电容过大，当电源缺相时有可能发生铁磁谐振过电压，烧毁电容器和变压器，影响漫备的安全运行。
　　3)为了防止发生过补偿现象，其补偿容量不应超过配电变压器的无功功率，补偿容量的选择应考虑两个方面：○1补偿配电变压器本身的无功功率损耗；○2当低压网的cos<0.9时，补偿到cos≤0．9所需要的无功功率。
　　 此处所说的cos≤09指的是最大负荷时的功率因数，加了补偿后。当负荷减少时，南于无功功率负荷减小，如果补偿容量不变功率因数会提高。但在低谷负荷时不应出现过补偿，以免功率和电能损耗。防止末端电艉升高。
　　 对l00kVA及以上的配电变压器宜采用无功补偿微机监测和自动投切装置，合理调整无功自动补偿装置功率因数的整定值,保证无功功率在低压电嘲就地平衡重负荷时提高功率因数到0．95以上,在轻负荷时功率因数不得大0.95补偿容量按配变无功损耗的1.5~1．8倍估算补偿时先补偿无功负荷大、等值电阻大的配电变压器，这是由于补偿而减少的用有功网损A(AP)=(2Q—QOQR／u与无功负荷和等值电阻成正比。
　　4．3补偿方式：低压配电系统中的无功功率补偿方式在用户变压器低压侧安装低压三相电力电容器组，在测得米样相(多为B相)的功率因数后。便依据此值投切三相电容器组对三相负载的无功功率作集中补偿。这种补偿方式在以三相负荷为主的低压供配电系统中表现优异，但在以单相负荷为主的低压供配电系统中，由于三相间无功负荷平衡，且这种不平衡无法通过调配三相负载等手段米消除。所以若是采用低压三相电力电容器组按采样相值对三相进行无功补偿，则补偿后三相功率因数不一致。采样相补偿效果好，而另外两相则会经常出现欠补偿或是过补偿。欠补偿使得安装的电力电容器组不能完全发挥作用，线路中仍然流过较大的无功电流而增加电能损耗,而过补偿则将向电网输送无功电流，这是电力系统中所禁止的。
　　 如果采用单相电容器组按每相测出的功率因数值对三相分别进行无功补偿，则会完全可以避免以电网中无功功率过补偿或欠补偿情况的发生，充分发挥电力电容器组对无功负荷作用，改善电能质量，减少系统中的电能损耗。
　　 分相补偿对电容器额定容量的选择应与变压器容量相匹配。如果选择大容量电容器组束补偿小容量变压器。往往会难以精确补偿,而若是采用小容量电容器组补偿大容量变压器。则将会导致电容器的投切频繁。电容器在接通时，经振荡而被充电到其稳定值。频率从几百赫到几千赫，出现极高的尖峰电流，而若是在电容器组中接入单个电容器，由于已接入电网的电容器此时成为附加能源。则将会产生更大的尖峰电流，这种尖峄电流对开关电器是极为不利的，因此，碰尽可能减少电容器的投切次数。
　　 由于现在电网中大量存在非线性负荷(如众多的半导体功率元件等)，使得电剐中的谐波含量常常很高。而装在电网上的电容器。从低压侧看来与变压器的感抗及剩余的电刚电感形成一个振荡回路。当这一回路的固有频率与电流谐波的频率相互重合时，振荡回路励磁而产生很的过电流，造成供电回路过载，甚至引起电容器的烧毁。因此需要在电容器接通回路中串联一个电感，一则防止产生谐波，二则可吸收高次谐波电流。
　　5．低压电动机的随机补偿
　　5．1电动机运行工况：三相异步电动机是企业最常用的电气设备之一。由于它们都是电感性负荷，所以在企业内部的生产运行中，功率因数一般都比较低，需要从电源中吸收大量的无功功率．才能正常工作，给企业造成较大的电压损失和电能损耗。因此加强对三相异步电动机的运行管理，将有效地提高运行功率因数和综合效率，减少线路损。
　　 企业在内部配电室里0.4kV母线上集中安装一些电容器柜。对变配电系统的无功功率进和行补偿，这对于提高企业内部的供电能力，节约变配电损耗都有积积作用。但由于企业内部的电动机大都通过低压导线连接，分散在各个生产车间，形成企业内部的输配电网络,由此，大量的无功电流仍然在企业内部的输配电线路中流动,这些无功电流在企业内部所造成的损耗，依然不能解决。
　　5．2随机补偿的原理、优点、方式：因为在电容负载中产生的超前无功电流与在电感负载中产生的滞后无功电流能够相互补偿．所以在电力电动机电源终端并联一个适当容量的电容器，就可以使电动机所需的无功电流大部分由并联的电容器供给，从而减少输配电线路上的总电流，降低线路损耗。
　　 设电动机正常工作时，线路输运的有功功率P是恒定的，无功功率为Q．，视在功率为S．，功率因数为c0s‘p．若对该电动机的无功功率进行就地补偿，使其无功功率为Q，视在功率为s2。这时我们可以看出，就地并联安装了一个Qc=(QrQ的无功电容萤以后，电动机从电源吸收的无功功率就由原来的O．减到Q2，视在功率s2<s2。功率因数得到提高。很显然，无功功率就地补偿后，就等于减少了线路输运的视在功率。
　　 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。随机补偿适于补偿电动的无功消耗．以朴励无功为主，，此种方工可较好地限制农网峰荷。这种方式具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活，维护简单、事故率低等优点。若电动机年运行小时数大于800h。选用随机补偿较其他补偿方式更经济，用户的补偿投资一般可在两年内全部收回且补偿无功负荷效果最佳。
　　 对于Y一起动的电动机，应将补偿电容器的三个接线端子连接到电动机的D4、D5、D6三个端子上，使电动机在Y连接起动时，同时也将三相电容器短接起来，当起动完毕后。电动机进入连接运行时，电容器与电动机绕组并联，投入正常的运行。安装补偿电容器的电动机。不能承受反转或反接制动。电动机仍在继续运转，并产生相当大的反电势时，不能再起动应避免电容器和电动机产生自激电压。对于用户的异步电动机，可以采取单台补偿的方式，但应采取防止功率因数角超前和产生自励过电压的措施。对7．5kW及以上投运率高的电动机最好进行无功补偿，为防止出现因过补而产生的谐振过电压，烧毁电动机，应将电动机空载时的功率因数补偿到接近1．0。因为电动机空载时的无功负荷最小。补偿后满载的电动机功率因数仍为滞后，这样就避免过补偿现象的发生。将低压电容器同设备一起投切，直接补偿设备本身的无功损耗。
　　5．3补偿容量的确定：单台电动机的补偿容量，应根据电动机的运行工况确定。机械负荷惯性小的(切断电源后，电动机转速缓慢下降的，如风机等)，补偿容量可按0．9倍电动机空载无功功率配置。
　　 电动机的补充容量是按照其空载无功损选择的。显然电动机在负载情况下运行时始终处于欠补偿状态。如果补偿容量选择过大．电动机在空载或轻载运行时造成过补偿。过补偿的电动机在切断电源后，会因为电容器放电而供给电动机以励磁。使旋转电动机成为感应发电机，造成过电压运行，对电动机和电容器均不利，要解决这一矛盾，必须把电容器与电动机分开控制，即在电动机投入运行后，再井人电容器组；在电动机退出运行前，先切断电容器组。可见，这种控制方式必然给运行管理带来不便，对于要求频繁起动的电动机不便使用