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摘要：无功补偿是改变功率因数的一种重要手段，而功率因数是供用电企业的一项重要技术经济指标，它的高低直接关系到配电网络的供电能力和经济效益。本文从理论上结合浙江省某地区某县级供电企业供电现状，浅谈提高功率因数对于配网运行影响，针对该县级供电企业在如何提高功率因数方面采取无功补偿措施作进一步的探讨，并对配网无功补偿装置前后进行了经济效益分析。
关键词：功率因数无功补偿经济效益
Abstract: Reactive power compensation is an important means of changing the power factor, the power factor is an important technical and economic indicators for electricity companies, directly related to the power supply capacity and economic efficiency of the distribution network. Paper combination of Zhejiang Province, a region of a county-level power supply enterprise supply status quo, How to Improve the power factor for the distribution network run, how to improve the power factor to take reactive power compensation measures for the county-level power supply enterprise in further conducting an economic analysis before and after the discussion, and the distribution network reactive power compensation device.Keywords: power factor, reactive power compensation economic benefits
中图分类号：TM531.4
随着我国经济发展的日益加快, 电力需求量愈来愈大。作为建设和运营电网的供电企业，在给用户提供安全、可靠、质量合格的电能同时，提高本身的经济效益，是当前的一项重要的任务。尤其是提高电网优化配置资源的能力，加强节能降耗工作，既是供电企业的重要使命，也是实践“服务电力客户、服务社会发展”的宗旨。对于县级供电企业来说, 配电网络中利用适当的无功补偿方法，使功率因数达到一定要求，这样不但可以提高配电线路供电能力和运行质量, 同时还会带来可观的经济效益。因此，如何进行适当的无功补偿方法来提高功率因数是县级供用电企业的一项重要课题。
一、提高功率因数意义
从电工学的理论中可知，在交流电路中，功率因数就是有用功功率与视在功率的比值。用cosφ 表示为：
式中；P – 有功功率；KW Q – 无功功率；Kvar
S- 视在功率；KVA
从上述公式中可知，提高cosφ，就是在视在功率不变的情况下，提高有功功率，降低无功功率。这样，对于发电机可增加设备利用率；在电力传输过程中，降低无功功率的传输，即可以减少线路损耗，提高电网传输能力；同时可降低线路电压损耗，提高电能质量。
二 、配电网络中各环节对功率因数的要求
为了减少配电网络中无功功率的传输，尽量做到无功功率就地平衡，达到降低线损，提高经濟效益目的。根据《电力系统电压和无功电力技术导则》规定，电力用户的功率因数应达到:（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（工业、农副业专用线路cosφ≥0.9）；（2）趸售和农业用电功率因数为0.80以上(农村生活和农业线路cosφ≥0.80)；（3）其他100kva及以上大用户功率因数为0.85以上（cosφ≥0.85）。
三、配电网络无功功率补偿的配置原则
电能在配网的传输需要无功功率，感性电气设备的正常工作需要无功功率。提高功率因数就是在需要无功功率的场所，配置适当容量的容性补偿设备，就地提供适量的无功功率，减少传输的无功功率。因此，配电网无功功率补偿的配置应按照“就地补偿，分级分区平衡”的原则进行规划，合理布局。并要满足以下几点要求：
1、总体平衡与局部平衡相结合。
要做到城乡电无功功率力网的无功功率平衡，首先要满足整个县级电网的无功功率平衡，其次要同时满足各个分站、分线的无功功率平衡。
2、电业部门补偿和用户补偿相结合。
据统计资料表明，在工业网络中，用户消耗的无功功率约占60%；其余的无功功率消耗在供用电网络中。因此，为了减少无功功率在网络中的输送，要尽可能地实现无功就地补偿、就地平衡。所以，应当根据总的无功功率需求，同时发挥供电部门和用户的积极性，共同进行补偿。
3、分散补偿与集中补偿相结合，以分散为主。集中补偿是指在变电所集中装设容量较大的补偿设备进行补偿；分散补偿是指在配电网络中的分散区（如配电线路、配电变压器和用户的用电设备等）分散进行的无功补偿。
4、降损与调压相结合，以降损为主。利用并联电容器进行无功补偿，其主要目的是为了达到无功功率就地平衡，减少网络中的无功损耗，以降低线损。与此同时，对电压进行适当调整。
四、配电网络无功补偿的容量确定与效益分析
配电网络由配电线路、配电变压器、用户用电设备等组成，根据需要对这些环节进行科学合理的的无功补偿，从而提高功率因数，减少无功功率的传输，较好的提高供电企业的经济效益。
1、配电线路的无功补偿容量确定；
这种补偿方法就是将电力电容器并联分散安装在10KV配电线路上，它具有投资省、见效快、投运时间长和降损效果显著的优点，而且安装简便，维护工作量小，事故率低，特别适合农村配电线路长、负荷点多的供电状况。
1)最佳装设位置。不同电容器组最佳装设位置计算式为
式中L——配电线路的总长度，km; n——装设电容器的分组数；
Li—第i组电容器最佳装设位置（距变电所的距离），km.
例如安装一组电容器时，其最佳装设位置在线路长度距变电所(线路首段)距离的2/3处。
2)从提高功率因数需要确定补偿容量
某县级供电企业某主干线路运行基本情况如下；
有功电量102520；无功电量57768。
根据上表的数据计算可知该线路的平均功率因数为：0.87；最大的有功功率为2720Kvar与最大无功功率为1730KW；平均无功功率1047KVAR，平均有功功率为1938KW。在7时至19时的数据计算该线路的平均功率因数为：0.85；平均无功功率1313KVAR，平均有功功率为2274KW。因此可知该线路的功率因数较低无功功率大。
3)无功功率补偿方案的确定
根据无功补偿公式Qp=P(tgθ1-tgθ2)，P为线路平均有功功率(在功率因数不合格时)补偿前的功率因数为0.85,补偿后的功率因数为0.95以上,经计算需补偿的电容总容量为850KVAR；分三组安装在线路上，每组容量分别为：150KVAR、500KVAR、200KVAR；根据实际情况，分别安装在线路的主杆线与支线上。
电容器投切方式：按电压无功自动控制补偿方式。
4)经济效益分析
加装无功补偿设备后的功率因数 由cosφ提高到cosφ1。因为P＝UIcosφ，负荷电流I与cosφ成反比，又由于P＝I2R，线路的有功损失与电流I的平方成正比。当cosφ升高，负荷电流I降低，线路有功损耗就成倍降低。电网元件中功率损耗将减少的百分数为ΔPL%，计算如下：
ΔPL%＝(1/cos2φ-1)·100%
功率因数提高对降低有功功率损耗的影响（见表）
由上可知,进行合理的无功补偿能较大幅度降低线损，是提高电能质量的有效途径。
2、配电变压器无功补偿容量的确定
配电变压器低压侧无功补偿，是目前应用最普遍的补偿方法。主要用来补偿配电变压器的空载无功损耗、漏磁无功损耗及减少上一级的无功功率传输。
安装位置
将低压电容器组安装在变压器低压侧。
安装的多组电容器常分为固定连接组和可投切连接组，固定连接组补偿电容器可起到相当于随器补偿的作用，补偿变压器自身的无功基荷。可投切连接组补偿电容器用于补偿用户无功负荷部分，减少上一级的无功功率传输。
固定连接组补偿电容器容量的选择
a）变压器空载无功功率的确定
式中：
Q0—变压器空载无功功率；P0 —变压器空载有功损耗；
I0%—变压器空载电流百分数； Se—变压器额定视在功率；
b）固定连接组补偿电容器容量的选择
为了防止变压器在接近空载时造成过补偿，推荐选用固定连接组电容器容量Q =（0.95~0.98）Q。
自动投切连接组补偿电容器容量的选择
a) 变压器无功损耗QS
式中：
P—变压器负载有功功率Q—变压器负载无功功率
XB—变压器感抗ZB—变压器的等效阻抗
RB—变压器的等效电阻UK%—变压器短路电压百分值
Ue—变压器额定电压Se—变压器额定视在功率
PK—变压器额定短路损耗
b) 自动投切连接组补偿电容器容量的确定
自动投切连接组补偿电容器容量可按≦QS确定。
在实用中，自动投切连接组补偿电容器分成多组，根据负荷变化情况自动投切，从而保证功率因数在要求范围之内，达到最佳补偿效果。
c)选择自动投切连接组补偿电容器必须满足以下几个条件
（1）能根据无功负荷变化情况自动投切电容器组，且不过补偿。
（2）能实现电容器组自动循环投切，使电容器、接触器使用几率接近，延长使用寿命。
（3）具有过电压保护功能。
（4）元器件性能稳定可靠，便于维护。
（5）在轻负荷时，不会引起电容器组投切振荡现象。
3、电动机无功补偿容量的确定
据统计，县级农网中约有60%的无功消耗在电动机上。因此，电动机无功补偿更能体现以下优点：
线损率可减少20%；
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：
释放系统能量，提高线路供电能力。
电动机无功补偿就是将电容器组与电动机并接，通过控制、保护装置与电动机同时投切。
如无功补偿装置没安装前，电动机运行功率因数为COS￠1，没满足规定要求，需提高到COS￠2。这样，需补偿的无功容量可由下式计算：
式中；P—电动机功率（KW）
如可测得电动机空载运行时的无功电流I0，需补偿的无功容量可由下式计算。
式中；Ue—— 电动机额定电压（KV）
这样，可防止电动机退出运行时产生自激过电压。一般电动机的年运行时间大于1000h，用戶的补偿投资可在1～2年内全部收回。
终上所述，配电网络中有功功率与无功功率的合理分配，是提高功率因数的重要措施。为不断推动供电企业健康、持续发展，从而为经济社会提高可靠的电力保障，追求合理的无功补偿配置，保持标准的功率因数要求，是提高配网运行质量的有效途径。
参考文献:
中国水利水电出版社1997年8月出版靳龙章、丁毓山主编的《电网无功补偿实用技术》
中国电力出版社2010年9月出版《国家电网公司组编的«配电线路运行》
关键词：功率因数无功补偿经济效益
Abstract: Reactive power compensation is an important means of changing the power factor, the power factor is an important technical and economic indicators for electricity companies, directly related to the power supply capacity and economic efficiency of the distribution network. Paper combination of Zhejiang Province, a region of a county-level power supply enterprise supply status quo, How to Improve the power factor for the distribution network run, how to improve the power factor to take reactive power compensation measures for the county-level power supply enterprise in further conducting an economic analysis before and after the discussion, and the distribution network reactive power compensation device.Keywords: power factor, reactive power compensation economic benefits
中图分类号：TM531.4
随着我国经济发展的日益加快, 电力需求量愈来愈大。作为建设和运营电网的供电企业，在给用户提供安全、可靠、质量合格的电能同时，提高本身的经济效益，是当前的一项重要的任务。尤其是提高电网优化配置资源的能力，加强节能降耗工作，既是供电企业的重要使命，也是实践“服务电力客户、服务社会发展”的宗旨。对于县级供电企业来说, 配电网络中利用适当的无功补偿方法，使功率因数达到一定要求，这样不但可以提高配电线路供电能力和运行质量, 同时还会带来可观的经济效益。因此，如何进行适当的无功补偿方法来提高功率因数是县级供用电企业的一项重要课题。
一、提高功率因数意义
从电工学的理论中可知，在交流电路中，功率因数就是有用功功率与视在功率的比值。用cosφ 表示为：
式中；P – 有功功率；KW Q – 无功功率；Kvar
S- 视在功率；KVA
从上述公式中可知，提高cosφ，就是在视在功率不变的情况下，提高有功功率，降低无功功率。这样，对于发电机可增加设备利用率；在电力传输过程中，降低无功功率的传输，即可以减少线路损耗，提高电网传输能力；同时可降低线路电压损耗，提高电能质量。
二 、配电网络中各环节对功率因数的要求
为了减少配电网络中无功功率的传输，尽量做到无功功率就地平衡，达到降低线损，提高经濟效益目的。根据《电力系统电压和无功电力技术导则》规定，电力用户的功率因数应达到:（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（工业、农副业专用线路cosφ≥0.9）；（2）趸售和农业用电功率因数为0.80以上(农村生活和农业线路cosφ≥0.80)；（3）其他100kva及以上大用户功率因数为0.85以上（cosφ≥0.85）。
三、配电网络无功功率补偿的配置原则
电能在配网的传输需要无功功率，感性电气设备的正常工作需要无功功率。提高功率因数就是在需要无功功率的场所，配置适当容量的容性补偿设备，就地提供适量的无功功率，减少传输的无功功率。因此，配电网无功功率补偿的配置应按照“就地补偿，分级分区平衡”的原则进行规划，合理布局。并要满足以下几点要求：
1、总体平衡与局部平衡相结合。
要做到城乡电无功功率力网的无功功率平衡，首先要满足整个县级电网的无功功率平衡，其次要同时满足各个分站、分线的无功功率平衡。
2、电业部门补偿和用户补偿相结合。
据统计资料表明，在工业网络中，用户消耗的无功功率约占60%；其余的无功功率消耗在供用电网络中。因此，为了减少无功功率在网络中的输送，要尽可能地实现无功就地补偿、就地平衡。所以，应当根据总的无功功率需求，同时发挥供电部门和用户的积极性，共同进行补偿。
3、分散补偿与集中补偿相结合，以分散为主。集中补偿是指在变电所集中装设容量较大的补偿设备进行补偿；分散补偿是指在配电网络中的分散区（如配电线路、配电变压器和用户的用电设备等）分散进行的无功补偿。
4、降损与调压相结合，以降损为主。利用并联电容器进行无功补偿，其主要目的是为了达到无功功率就地平衡，减少网络中的无功损耗，以降低线损。与此同时，对电压进行适当调整。
四、配电网络无功补偿的容量确定与效益分析
配电网络由配电线路、配电变压器、用户用电设备等组成，根据需要对这些环节进行科学合理的的无功补偿，从而提高功率因数，减少无功功率的传输，较好的提高供电企业的经济效益。
1、配电线路的无功补偿容量确定；
这种补偿方法就是将电力电容器并联分散安装在10KV配电线路上，它具有投资省、见效快、投运时间长和降损效果显著的优点，而且安装简便，维护工作量小，事故率低，特别适合农村配电线路长、负荷点多的供电状况。
1)最佳装设位置。不同电容器组最佳装设位置计算式为
式中L——配电线路的总长度，km; n——装设电容器的分组数；
Li—第i组电容器最佳装设位置（距变电所的距离），km.
例如安装一组电容器时，其最佳装设位置在线路长度距变电所(线路首段)距离的2/3处。
2)从提高功率因数需要确定补偿容量
某县级供电企业某主干线路运行基本情况如下；
有功电量102520；无功电量57768。
根据上表的数据计算可知该线路的平均功率因数为：0.87；最大的有功功率为2720Kvar与最大无功功率为1730KW；平均无功功率1047KVAR，平均有功功率为1938KW。在7时至19时的数据计算该线路的平均功率因数为：0.85；平均无功功率1313KVAR，平均有功功率为2274KW。因此可知该线路的功率因数较低无功功率大。
3)无功功率补偿方案的确定
根据无功补偿公式Qp=P(tgθ1-tgθ2)，P为线路平均有功功率(在功率因数不合格时)补偿前的功率因数为0.85,补偿后的功率因数为0.95以上,经计算需补偿的电容总容量为850KVAR；分三组安装在线路上，每组容量分别为：150KVAR、500KVAR、200KVAR；根据实际情况，分别安装在线路的主杆线与支线上。
电容器投切方式：按电压无功自动控制补偿方式。
4)经济效益分析
加装无功补偿设备后的功率因数 由cosφ提高到cosφ1。因为P＝UIcosφ，负荷电流I与cosφ成反比，又由于P＝I2R，线路的有功损失与电流I的平方成正比。当cosφ升高，负荷电流I降低，线路有功损耗就成倍降低。电网元件中功率损耗将减少的百分数为ΔPL%，计算如下：
ΔPL%＝(1/cos2φ-1)·100%
功率因数提高对降低有功功率损耗的影响（见表）
由上可知,进行合理的无功补偿能较大幅度降低线损，是提高电能质量的有效途径。
2、配电变压器无功补偿容量的确定
配电变压器低压侧无功补偿，是目前应用最普遍的补偿方法。主要用来补偿配电变压器的空载无功损耗、漏磁无功损耗及减少上一级的无功功率传输。
安装位置
将低压电容器组安装在变压器低压侧。
安装的多组电容器常分为固定连接组和可投切连接组，固定连接组补偿电容器可起到相当于随器补偿的作用，补偿变压器自身的无功基荷。可投切连接组补偿电容器用于补偿用户无功负荷部分，减少上一级的无功功率传输。
固定连接组补偿电容器容量的选择
a）变压器空载无功功率的确定
式中：
Q0—变压器空载无功功率；P0 —变压器空载有功损耗；
I0%—变压器空载电流百分数； Se—变压器额定视在功率；
b）固定连接组补偿电容器容量的选择
为了防止变压器在接近空载时造成过补偿，推荐选用固定连接组电容器容量Q =（0.95~0.98）Q。
自动投切连接组补偿电容器容量的选择
a) 变压器无功损耗QS
式中：
P—变压器负载有功功率Q—变压器负载无功功率
XB—变压器感抗ZB—变压器的等效阻抗
RB—变压器的等效电阻UK%—变压器短路电压百分值
Ue—变压器额定电压Se—变压器额定视在功率
PK—变压器额定短路损耗
b) 自动投切连接组补偿电容器容量的确定
自动投切连接组补偿电容器容量可按≦QS确定。
在实用中，自动投切连接组补偿电容器分成多组，根据负荷变化情况自动投切，从而保证功率因数在要求范围之内，达到最佳补偿效果。
c)选择自动投切连接组补偿电容器必须满足以下几个条件
（1）能根据无功负荷变化情况自动投切电容器组，且不过补偿。
（2）能实现电容器组自动循环投切，使电容器、接触器使用几率接近，延长使用寿命。
（3）具有过电压保护功能。
（4）元器件性能稳定可靠，便于维护。
（5）在轻负荷时，不会引起电容器组投切振荡现象。
3、电动机无功补偿容量的确定
据统计，县级农网中约有60%的无功消耗在电动机上。因此，电动机无功补偿更能体现以下优点：
线损率可减少20%；
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：
释放系统能量，提高线路供电能力。
电动机无功补偿就是将电容器组与电动机并接，通过控制、保护装置与电动机同时投切。
如无功补偿装置没安装前，电动机运行功率因数为COS￠1，没满足规定要求，需提高到COS￠2。这样，需补偿的无功容量可由下式计算：
式中；P—电动机功率（KW）
如可测得电动机空载运行时的无功电流I0，需补偿的无功容量可由下式计算。
式中；Ue—— 电动机额定电压（KV）
这样，可防止电动机退出运行时产生自激过电压。一般电动机的年运行时间大于1000h，用戶的补偿投资可在1～2年内全部收回。
终上所述，配电网络中有功功率与无功功率的合理分配，是提高功率因数的重要措施。为不断推动供电企业健康、持续发展，从而为经济社会提高可靠的电力保障，追求合理的无功补偿配置，保持标准的功率因数要求，是提高配网运行质量的有效途径。
参考文献:
中国水利水电出版社1997年8月出版靳龙章、丁毓山主编的《电网无功补偿实用技术》
中国电力出版社2010年9月出版《国家电网公司组编的«配电线路运行》