摘要： 本文介紹了在低壓配電網中無功自動補償裝置的選擇與應用，著重分析了無功自動補償裝置在配電線路上的補償方案，并對使用無功自動補償裝置的效益進行了深入的分析。

　　關鍵詞：低壓無功自動補償裝置,選擇與應用,效益分析

　　0、前言

　　電力系統的無功補償和優化是電力系統安全、經濟運行研究的一個重要組成部分。通過對電力系統無功電源的合理配置和對無功負荷的最佳補償，不僅可以維持電壓水平和提高電力系統運行的穩定性，而且可以降低有功損耗和無功網損，使電力系統能夠經濟運行。

　　在河源市市區的中壓及以下電網綜合線損中，公變臺區的低壓網損耗占有很大的比重，可占總線損的50～70%。我市的低壓網絡損耗情況為：新整改或全新臺區一般為3～6%，中等情況的臺區一般為6～11%，差的或極差的臺區為10～20%，以下就以低壓損耗為6～11%的中等情況作為對象，結合城市低壓配電網的特點，通過理論計算及分析，尋求電容器最佳安裝位置，充分發揮無功補償可以減少線變損損失，提高電網輸送能力以及改善用戶電壓質量的效益。

　　1、城市公變的低壓網無功補償原理分析。

　　無功補償基本原則：越靠近供電末端，經濟效果越好，這是因為越靠近供電末端補償，補償點以上減少無功電流造成的線損級數越多和電氣距離越長，減少線損的總量也就越多。

　　目前我市一般公變無功補償方式為配變電源端裝設補償裝置，也是一種公變臺區的“集中”式補償方式。“集中”式補償其最大的優點是結構簡單，維護方便，相對造價低，但是其產生補償效果只能惠及中壓及以上電網和設備，對公變的低壓網損耗起不到作用，要讓無功補償能降低低壓網損耗，必須將無功補償向用戶端延伸，這就需要分散性的無功補償。

　　根據線損理論：

　　△P=I2R

　　I=P/(U.Cosφ)

　　△P=P2R/(U.Cosφ)2

　　功率因數Cosφ從0.7提高到1.0時線損率可降低:

　　1-△P1/△P0=1-I12.R/I02.R=1-(P2.R/ U.Cosφ)2)/ P2.R/ U.Cosφ)2)

　　=1-Cos2φ0/ Cos2φ1=1-0.72/1.02=50%

　　U…系統電壓

　　P…系統輸送功率;

　　R…線路電阻;

　　Cosφ0、Cosφ1…補償前后的功率因數

　　△P0、△P1…補償前后的損失功率

　　I0、I1…補償前后的負荷電流

　　對中等情況的低壓網臺區原損耗6～11%來說，它的一半則是3～5.5%!當然這是理想狀態，真要做到還是不容易的，而低壓網功率因數從0.7提高到0.9是有可能做到的，而線損率按以上同樣計算可降低39.5%，也就是6～11%的39.5%，即2.4～4.3%，比如一個年供售電量在10億kWh，公變電量3億kWh(30%計)的中等營業區來說，那將是：(2.4～4.3%)*3億kWh=(720～1290)萬kWh的年降損量，降損效果極為顯著，經濟效益明顯。

　　2、無功補償裝置的選擇

　　無功補償的合理配置應按照“分級補償，就地平衡”的原則進行配置，而且應滿足以下幾點要求：

　　2.1以分散補償為主。在城市配網中，低壓配電網的無功負荷與無功損耗占全網的70%以上，因此在低壓配電網中進行分散無功補償可以有效地減少電網的無功功率的輸送，降低線損。

　　2.2降損與調節器壓相結合。進行無功補償的目的是為了達到無功電力就地平衡減少網絡中的無功損耗，以降低線損。與此同時，也可以利用補償裝置，改善電壓質量。

　　根據以上的無功補償配置原則及要求，結合我市低壓配電網的負荷特點，應選用分相控制的無功補償裝置。

　　相控無功自動補償裝置是針對各相負荷動態變化的特征而設計的。它是能過單片計算機作為檢測和智能化控制的部件，可以分別把各相的動行參數(電壓、有功及無功的功率、功率因數、負載取用有功及載功功率、已投入補償的無功功率及電流滯后時間等)進行存儲和自動控制各相的電容組投切。使各相功率因數均補償到0.9以上，而不至于出現某相過補償，某相欠補償的現象，適應于公用低壓配電網的特點。自動裝置控制電容的自動投切，不致產生低負載(如晚上)期間的電壓升高。

　　相控無功自動補償裝置有戶內及戶外結構，特別是戶外結構型比較適合低壓配電網以架空線為主的特點，安裝位置的選擇較容易。

　　3、線路上無功負荷的最優：補償方案的分析

　　在低壓配電網中安裝無功補償裝置要達到最大效益，必須達到無功補償的最優補償位置、最佳安裝位置和降損效果。對于城市公用低壓配電網，線路負荷可以近似認為大致是沿主干線均勻分布的，線路的最優補償分析如下：

　　3.1、低壓配電線路的理想數學模型

　　設一低壓配電線路主干線長為L，導線單位長的電阻為K，補償前線路始端的無功負荷電流為I，并設定正方向向右。如圖1所示。

　　則線路任意一點的無功電流為i=I-I·X/L，X指該點到線路始端的距離，0≤X≤L;在線路中某一點A進行補償，補償后線路始端無功負荷電流為I1，補償功率的補償電流為I2，補償點距離線路始端為L1，距離末端為L2，如圖2：

　　補償后補償點后AL2段始端的無功電流為I22， L1末端的無功電流為I21，則有以下關系：

　　I22=I2+I21I=I1+I2

　　I21=I1-I·L1/L

　　各段L1，L2上任意一點的無功電流可表示為：

　　i1=I1-IX1/L(0≤X1≤L1)

　　X1指該點距線路首端的距離;

　　i2=I22-X2/L(0≤X2≤L2)

　　X2指該點距A點的距離。

　　3.2、補償后電能損耗分析

　　電流在線路上引起的損耗即電流在整個線路電阻上的積分，因此，無功電流在L1、L2上的損耗△P1、△P2分別為：

　　分別將以上積分積出并化簡得到：

　　又因為：I1=I-I2 L2=L-L1

　　I22=I2+I21=I2+I1-IL1/L=I(L-L1)/L (3)

　　將(3)式分別代入(1)、(2)式，得到：

　　因此線路上的總損耗△P=△P1+△P2，由(4)+(5)得到：

　　可以看出，上式中△P是I2、L1的函數，為了求得△P的最小值，我們分別求△P對I2和L1的偏導數并化簡，由于在函數取得極值時的偏導數為0，便得到以下等式：

　　△P對I2求導得到：

　　△P對L1求導得到：

　　將(8)式化簡后得到：

　　I2=2I(L-L1)/L (9)

　　將(9)式代入(7)式得到：

　　L1=2L/3，所以L2=L/3I2=2I/3 (10)

　　3.3、理想狀態電壓損失校驗

　　根據以上確定的結果，在配電線路中，補償以前由無功電流引起的線路電壓損失為：

　　△U=KLI/2

　　補償以后，L21為負值，即方向向左，線路中出現了兩個電壓較低點，第一個為L1的中點，第二個為線路的末端。

　　由無功電流引起的線路中點對首端的電壓降落為：

　　因為I21的表達式-I1，所以，A點對L1中點的無功電壓降落為KIL/18，因此A點對線路首端的無功電壓降落為0。線路末端對A點的電壓降落：

　　因此，補償后線路上由無功電流引起的電壓降落最大的點有兩個，分別為線路的末端和1/3處，電壓降落為KIL/18。

　　3.4、補償方案的確定

　　由以上分析得知，城市公用低壓配電線路的補償位置應在配電線路距首端2/3處，補償的容量應為無功負荷的2/3。此時的線路有功功率損耗達到最小值。在確定具體某一條配電線路的補償時，應充分調查該線路的平均無功負荷和最小無功負荷，這些數據可以從運行日志中獲得。當線路的最小無功負荷小于平均無功負荷的2/3時，考慮到無功不應倒送，可固定安裝的補償裝置，但應按最小無功負荷確定補償容量。當線路中有較大無功負荷點時，除應考慮與線路始端的距離外，也應考慮大的無功負荷點。選擇電容器時應考慮電容器的過電壓能力，耐受短路放電能力、涌流，以及運行環境和電容器的有功損耗等因素。

　　4、效益分析

　　提高低壓配電網的功率因數，可以減少低壓線路配變壓器以及中壓配電網輸送的無功功率，可以提高配電系統的供電能力。也可以減少配電變壓器以及線路的損耗，減少配電線損。

　　4.1提高低壓配電網功率因數可以充分發揮配電變壓器的潛力。

　　設配電變壓器額定容量為 ，補償前功率因數為 ，負荷率為 ，假設投入相控無功補償裝置后，功率因數提高到 ，則變壓器輸送容量 為：

　　4.2在低壓配電線路上安裝相控無功補償裝置，即可以減少低壓配電線路的損耗，還可以減少配電變壓器的繞組損耗。

　　年可減少的低壓配電線路損耗及變損電量可按如下計算：

　　(1)低壓配電線路的年減少損耗電量可根據下列公式計算：

　　式中：

　　S—計算負荷：

　　、 —補償前后的功率因數;

　　—補償前全年線路電能損耗與傳輸電能的比值(一般取0.05-0.1)

　　—線路負載的年最大損耗小時數。

　　2變壓器年減少的變損電量可根據下列公式計算：

　　式中： —變繞組的短路損耗

　　另外，在低壓配電網上安裝補償裝置后，無功負荷進行了就地平衡，減少了中壓配電網輸送的無功負荷，提高了中壓配電網的功率因數，也可以減少中壓配電網的線路損耗。

　　因此，在城網低壓配電網中安裝相控無功補償裝置，是可以達到提高網絡供電能力及大幅度降低損耗的明顯效益。

　　5、結束語

　　通過以上的分析探討，在城網低壓配電網中合理選用和安裝無功補償裝置，是提高城網供電能力、降低城網線損率以及改善用戶供電電壓質量行之有效的途徑。

　　參考文獻：

　　[1]靳龍章.配電網無功補償實用技術。北京：水利水電出版，1997

　　[2]華中理工大學出版社.《電力系統分析》。

　　[3]王正風，徐先通.淺談電力系統無功優化和無功補償。江蘇南京：華東電力，2002

　　[4]張勇軍，任震等.配電線路桿上無功補償優化算法。廣州：華南理工大學報(自然科學版)，2001