配网无功补偿及补偿效益分析

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                            1  无功补偿概述
    电网中的电力负荷如电动机、变压器等，大部分属于感性负荷，在运行过程中需向这些设备提供相应的无功功率。在电网中安装并联电容器等无功补偿设备以后，可以提供感性电抗所消耗的无功功率，减少了电网电源向感性负荷提供、由线路输送的无功功率，由于减少了无功功率在电网中的流动，因此可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗，这就是无功补偿。无功补偿可以提高功率因数，是一项投资少，收效快的降损节能措施。
    电网中常用的无功补偿方式包括：①在变电所母线集中安装并联电容器组；②在高低压配电线路中分散安装并联电容器组；③在配电变压器低压侧和用户车间配电屏安装并联补偿电容器；④在单台电动机处安装并联电容器等。
     装无功补偿设备，不仅可使功率消耗减小，功率因数提高，还可以充分挖掘设备输送功率的潜力。
     确定无功补偿容量时，应注意以下两点：①在轻负荷时要避免过补偿，倒送无功造成功率损耗增加，也是不经济的。②功率因数越高，每千乏补偿容量减少损耗的作用将变小，通常情况下，将功率因数提高到0.95就是合理补偿。

    2　无功补偿改善电能质量
    电网中无功补偿设备的合理配置，与电网的供电电压质量关系十分密切。合理安装补偿设备可以改善电压质量。
     负荷(P JQ)电压损失ΔU简化计算如下：
                      ΔU=(PR QX)/U(1)
                      式中:U-线路额定电压，kV
                      P-输送的有功功率，kW
                      Q-输送的无功功率，kvar
                      R-线路电阻，Ω
                      X-线路电抗，Ω
      安装补偿设备容量Qc后，线路电压降为ΔU1，计算如下：
                      ΔU1=[PR＋(Q－Qc)X]/U(2)
      很明显，ΔU1＜ΔU，即安装补偿电容后电压损失减小了。由式(1)、(2)可得出接入无功补偿容量Qc后电压升高计算如下：
                      ΔU-ΔU1=QcX/U(3)
     由于越靠近线路末端，线路的电抗X越大，因此从(3)式可以看出，越靠近线路末端装设无功补偿装置效果越好。

      3　无功补偿降低电能损耗
       安装无功补偿主要是为了降损节能，如输送的有功P为定值，加装无功补偿设备后功率因数 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，即电流I降低，线路有功损耗就成倍降低。反之当负荷的功率因数从1降低到cosφ时，电网元件中功率损耗将增加的百分数为ΔPL%，计算如下：
                      ΔPL%＝(1/cos2φ-1)·100%(4)
功率因数降低与功率损耗增加的百分数之间的关系如表1。
                     表1
     功率因数从1降低到左列数值 0.95 0.9 0.85 0.8 0.75 0.7 0.65
     电网元件中有功损耗增加百分数△% 11 23 38 56 78 104 136
功率因数提高对降低有功功率损耗的影响见表2。
                     表2
      功率因数由右列数值提高到0.95 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9
      可变有功功率损耗降低的百分数 60 53 46 38 29 20 10


    4　无功补偿挖掘发供电设备潜力
    (1)　在设备容量不变的条件下，由于提高了功率因数可以少送无功功率，因此可以多送有功功率。可多送的有功功率ΔP计算如下：
                      ΔP=P1-P=S(cosφ1-cosφ)(5)
    (2)　如需要的有功不变，则由于需要的无功减少，因此所需要的配变容量也相应地减少ΔS计算如下：
                      ΔS＝S-S1＝P(1/cosφ-1/cosφ1)(6)
                     可以减少供电设备容量占原容量的百分比为ΔS/S计算如下：
                      ΔS/S=(cosφ1-cosφ)/cosφ1=(1-cosφ/cosφ1) (7)
    (3)　安装无功补偿设备，可使发电机多发有功功率。系统采取无功补偿后，使无功负荷降低，发电机就可少发无功，多发有功，充分达到铭牌出力。

     5　无功补偿减少用户电费支出
     (1)　可以避免因功率因数低于规定值而受罚。
     (2)　可以减少用户内部因传输和分配无功功率造成的有功功率损耗，因而相应可以减少电费的支出。
                     
    综上所述，采用无功补偿可以提高功率因数，是一项投资少，收效快的节能措施。并联补偿电容器原理简单、使用方便、运行经济、投资省、可以分组投切保证电压合格率和合理的功率因数。我国各地区配网和农网很多地方平均功率因数偏低，有降低线损的潜力。通过计算，采用补偿电容器进行合理的补偿一定能取得显著的经济效益。