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摘 要 介绍电力系统无功补偿的原理，并对无功补偿方式的选择及无功补偿容量的确定进行分析。以期可以维持电压水平和提高电力系统运行的稳定性，而且可以降低网损，使电力系统能够安全经济运行。
关键词 配电线路；无功补偿；原理
中图分类号 TM 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2011)121-0107-01
1 无功补偿的基本原理
交流电通过纯电阻时，电能转化成热能；而在通过纯容性或者纯感性负载时并不做功， 没有消耗电能，即为无功功率。实际负载不可能为纯容性或者纯感性的，一般都是混合性的，这样在电流通过负载时，就会有部分电能不做功，此时功率因数小于1。为了提高电能利用率，需要无功补偿。选择合理的无功功率补偿方式可以提高电网的功率因数，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高电网质量，改善供电环境。
功率因数：在功率三角形中，有功功率P与视在功率S的比值，称为功率因数cosΦ，其计算公式为：
cosΦ＝P/S
功率因数反映电源输出的视在功率被有效利用的程度。功率因数越大，电路中的无功功率越小，视在功率将大部分用来供给有功功率，从而提高电能输送的功率。但在电路工作中，一般保证cosΦ＜0.95，避免电路出现谐振现象，以致损坏电网供电设备和用电器。
1）感性负载消耗的无功功率。大量的电感性设备，如异步电动机、感应电炉等是无功功率的主要消耗者。据有关统计，在某企业所消耗的全部无功功率中，异步电动机的无功消耗占了60％～70％；而在异步电动机空载时所消耗的无功又占到电动机总无功消耗的60％～70％。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负荷率。
2）变压器消耗的无功功率。变压器消耗的无功功率—般约为其额定容量的10％～15％， 而空载无功功率约为满载时的1/3。因此，要改善电网和企业的功率因数，变压器应避免空载运行或长期低负载运行。
3）电网供电电压不稳定。电网供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响。当电网供电电压高于额定值的10％时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，据有关资料统计，当供电电压为额定值的110％时，一般无功将增加35％左右；当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高，但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。所以，应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。
2 无功补偿方式的选择
1）配电变压器低壓补偿。配电变压器低压补偿是目前应用最普遍的补偿方法。其主要目的是提高配变用户功率因数，实现无功就地平衡，降低配电网损耗和改善电压质量。其优点是补偿后功率因数有所提高，但由于配电变压器的数量多，低压补偿装置安装地点分散、数量大，运行维护比较麻烦。
2）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。其主要目的是平衡输电网的无功功率，补偿主变压器和离变电站较近负荷的无功损耗。变电站集中补偿有利于提高系统终端变电站的母线电压，减少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10 kV母线上，因此具有管理容易、维护方便等优点，但这种补偿方法对变电站以下的10 kV配电网，特别是离变电站较远的线路，降损作用较小。
3）线路无功补偿。在10 kV配电线路上安装自动无功补偿装置，是一种减少无功电流、降低线损、提高功率因数比较有效的方法。线路无功补偿装置安装在变电站补偿与配变低压补偿之间，主要补偿线路产生的无功与配变的空载及负载损耗， 一般在线路配变较集中的分支安装，较低压无功补偿相对“集中”，比变电站集中补偿相对“分散”，在维护量以及“就近补偿”之间取得一个较佳的平衡。在保证补偿效果的同时又不增加很多维护量，对长线路以及季节性负荷特征明显的农网线路尤其适用。
3 无功补偿容量的确定
110 kV和35 kV变电站集中补偿的容量，除了考虑本站运行主变的空载无功损耗之外，还应考虑配电网络中未被补偿和补偿不足的部分。对于110 kV的变电站，补偿容量一般为主变额定容量的5%～10%；而35 kV变电站，要根据主变负载的轻重区别对待，当负荷较重时，补偿容量为运行主变容量的12%左右；负荷较轻时，按运行主变容量的10%考虑。当主变为低损耗的变压器时，补偿容量可为主变容量的8%。并可根据实际需要选择固定补偿或自动投切控制方式。
110 kV配电线路应考虑线路长度、所带配电变压器的无功损耗、负载功率因数以及随机、随器已补偿的容量等因素，经计算后确定补偿容量和补偿地点。一般补偿点宜放在负荷中心或分支线1/2处，并配置电容器自动投切开关，按无功大小进行自动投切，以实现10 kV线路的自动
补偿。
实施随器补偿的配电变压器的补偿容量仍以补偿配电变的空载无功损耗为主，一般在额定容量的10%以下。对于315 kVA及以下的小容量节能变压器，满载运行时补偿容量为额定容量的6%～7%，空载运行时为额定容量的2%～3%；315 kVA及以上的变压器，可按额定容量的2%进行补偿。一般100 kVA以下的配变采用固定补偿，100 kVA及以上的配变采用自动投切装置。
容量在5 kW及以上的单台电动机，都应采用随机补偿方式，但补偿容量不宜过大，一般不大于电动机的励磁无功，以防产生谐振过电压。用于随机、随器补偿的电容器应选用干式低压自愈金属化膜电容器，并满足额定电压、环境温度等工作条件。
凡配电容量在50 kVA及以上的用户，根据其用电性质，都应考虑安装低压集中补偿装置，其补偿容量取决于用电负荷的大小、类型以及随机补偿的容量。对于新上用户，补偿容量一般为变压器容量的30%～40%，若未装随机、随器补偿，可按50%考虑。
上述方式各有其补偿的侧重点，对于一个电网来说，任何一种单一的补偿方式都不能达到理想的结果，只有采用多种补偿方式的结合，才能最大限度地限制无功功率在网络上的传输、交换，实现无功需、供的就地平衡，获得好的补偿效果和经济效益。
4 结束语
通过比较无功补偿方法的优劣性，为农网选择合适的无功补偿方法，提高了农村电网的功率因数，降低了损耗，给农村供电部门及广大用户带来经济效益。
参考文献
[1]张文渊.农村电网无功补偿容量的确定[J].青海电力,2001,03.
[2]王晓飞.农村低压电网无功规划及其补偿方法[J].科技资讯,2005,22.
[3]薛明琪,纪勇兵.电网无功补偿容量的选择[J].低压电器,2009,01.
关键词 配电线路；无功补偿；原理
中图分类号 TM 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2011)121-0107-01
1 无功补偿的基本原理
交流电通过纯电阻时，电能转化成热能；而在通过纯容性或者纯感性负载时并不做功， 没有消耗电能，即为无功功率。实际负载不可能为纯容性或者纯感性的，一般都是混合性的，这样在电流通过负载时，就会有部分电能不做功，此时功率因数小于1。为了提高电能利用率，需要无功补偿。选择合理的无功功率补偿方式可以提高电网的功率因数，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高电网质量，改善供电环境。
功率因数：在功率三角形中，有功功率P与视在功率S的比值，称为功率因数cosΦ，其计算公式为：
cosΦ＝P/S
功率因数反映电源输出的视在功率被有效利用的程度。功率因数越大，电路中的无功功率越小，视在功率将大部分用来供给有功功率，从而提高电能输送的功率。但在电路工作中，一般保证cosΦ＜0.95，避免电路出现谐振现象，以致损坏电网供电设备和用电器。
1）感性负载消耗的无功功率。大量的电感性设备，如异步电动机、感应电炉等是无功功率的主要消耗者。据有关统计，在某企业所消耗的全部无功功率中，异步电动机的无功消耗占了60％～70％；而在异步电动机空载时所消耗的无功又占到电动机总无功消耗的60％～70％。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负荷率。
2）变压器消耗的无功功率。变压器消耗的无功功率—般约为其额定容量的10％～15％， 而空载无功功率约为满载时的1/3。因此，要改善电网和企业的功率因数，变压器应避免空载运行或长期低负载运行。
3）电网供电电压不稳定。电网供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响。当电网供电电压高于额定值的10％时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，据有关资料统计，当供电电压为额定值的110％时，一般无功将增加35％左右；当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高，但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。所以，应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。
2 无功补偿方式的选择
1）配电变压器低壓补偿。配电变压器低压补偿是目前应用最普遍的补偿方法。其主要目的是提高配变用户功率因数，实现无功就地平衡，降低配电网损耗和改善电压质量。其优点是补偿后功率因数有所提高，但由于配电变压器的数量多，低压补偿装置安装地点分散、数量大，运行维护比较麻烦。
2）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。其主要目的是平衡输电网的无功功率，补偿主变压器和离变电站较近负荷的无功损耗。变电站集中补偿有利于提高系统终端变电站的母线电压，减少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10 kV母线上，因此具有管理容易、维护方便等优点，但这种补偿方法对变电站以下的10 kV配电网，特别是离变电站较远的线路，降损作用较小。
3）线路无功补偿。在10 kV配电线路上安装自动无功补偿装置，是一种减少无功电流、降低线损、提高功率因数比较有效的方法。线路无功补偿装置安装在变电站补偿与配变低压补偿之间，主要补偿线路产生的无功与配变的空载及负载损耗， 一般在线路配变较集中的分支安装，较低压无功补偿相对“集中”，比变电站集中补偿相对“分散”，在维护量以及“就近补偿”之间取得一个较佳的平衡。在保证补偿效果的同时又不增加很多维护量，对长线路以及季节性负荷特征明显的农网线路尤其适用。
3 无功补偿容量的确定
110 kV和35 kV变电站集中补偿的容量，除了考虑本站运行主变的空载无功损耗之外，还应考虑配电网络中未被补偿和补偿不足的部分。对于110 kV的变电站，补偿容量一般为主变额定容量的5%～10%；而35 kV变电站，要根据主变负载的轻重区别对待，当负荷较重时，补偿容量为运行主变容量的12%左右；负荷较轻时，按运行主变容量的10%考虑。当主变为低损耗的变压器时，补偿容量可为主变容量的8%。并可根据实际需要选择固定补偿或自动投切控制方式。
110 kV配电线路应考虑线路长度、所带配电变压器的无功损耗、负载功率因数以及随机、随器已补偿的容量等因素，经计算后确定补偿容量和补偿地点。一般补偿点宜放在负荷中心或分支线1/2处，并配置电容器自动投切开关，按无功大小进行自动投切，以实现10 kV线路的自动
补偿。
实施随器补偿的配电变压器的补偿容量仍以补偿配电变的空载无功损耗为主，一般在额定容量的10%以下。对于315 kVA及以下的小容量节能变压器，满载运行时补偿容量为额定容量的6%～7%，空载运行时为额定容量的2%～3%；315 kVA及以上的变压器，可按额定容量的2%进行补偿。一般100 kVA以下的配变采用固定补偿，100 kVA及以上的配变采用自动投切装置。
容量在5 kW及以上的单台电动机，都应采用随机补偿方式，但补偿容量不宜过大，一般不大于电动机的励磁无功，以防产生谐振过电压。用于随机、随器补偿的电容器应选用干式低压自愈金属化膜电容器，并满足额定电压、环境温度等工作条件。
凡配电容量在50 kVA及以上的用户，根据其用电性质，都应考虑安装低压集中补偿装置，其补偿容量取决于用电负荷的大小、类型以及随机补偿的容量。对于新上用户，补偿容量一般为变压器容量的30%～40%，若未装随机、随器补偿，可按50%考虑。
上述方式各有其补偿的侧重点，对于一个电网来说，任何一种单一的补偿方式都不能达到理想的结果，只有采用多种补偿方式的结合，才能最大限度地限制无功功率在网络上的传输、交换，实现无功需、供的就地平衡，获得好的补偿效果和经济效益。
4 结束语
通过比较无功补偿方法的优劣性，为农网选择合适的无功补偿方法，提高了农村电网的功率因数，降低了损耗，给农村供电部门及广大用户带来经济效益。
参考文献
[1]张文渊.农村电网无功补偿容量的确定[J].青海电力,2001,03.
[2]王晓飞.农村低压电网无功规划及其补偿方法[J].科技资讯,2005,22.
[3]薛明琪,纪勇兵.电网无功补偿容量的选择[J].低压电器,2009,01.