35千伏以下配电线路无功补偿技术分析

姚强华

摘要：配电线路无功补偿作为配电网络降损节能的一项措施，其容量的选择应以年经济效益最高为目标，即使网络总的有功损耗最小。本文主要对35 kV以下线路的无功补偿技术进行了较为全面的分析，仅供参考！

关键词：线路；无功补偿；无功功率

中图分类号：U463.62文献标识码：A 文章编号：

近年来，随着人们生活水平的日渐提高，各种家用电器的使用率及普及率越来越高，民用负荷从以往的以照明为主的有功消耗变成了以空调、冰箱等家用电器为主的大量的无功消耗，而且民用负荷所占比例越来越大，这使的配电网的无功负荷大量增加，仅靠变电站母线的集中补偿已远远不能满足配电网降损节能的需要。由此可知，配电网实行无功功率的就地补偿是完全必要的。

1.无功功率补偿原理及原则

在交流电路中，纯电阻元件中负载电流与电压同相位，纯电感负载中电流滞后电压90度，纯电容负载中电流超前电压90度，也就是说纯电容中电流与纯电感中的电流相位差为180度，可以相互抵消，即当电源向外供电时，感性负载向外释放的能量在两种负荷间相互交换，感性负荷所需要的无功功率就可由容性负荷输出的无功功率中得到补偿，实现了无功功率就地解决，达到补偿的目的。无功功率补偿原则有：

1）为减少无功功率在线路上流动造成的有功损耗，无功功率补偿应就近就地进行。

2）对于配变励磁无功损耗宜采用固定方式补偿，但考虑到运行维护及电容器本身的性能等因素，沿线各配变的无功补偿点不应超过三处，以二处为宜。对线路感抗所消耗的无功功率，应在配变无功补偿时统筹考虑。

3）对感性负荷用户，应在用户处进行无功补偿，以补偿感性负荷及变压器绕组的无功损耗，并随无功负荷的变化而自动投切电容器组。从电网长期经济运行的角度出发，只要不出现过补偿，功率因素补偿得愈高愈好。

2.无功功率补偿技术要求

1）为提高35kV以下配电线路的供电可靠性和供电可靠率，使电力系统运行稳定、安全、经济。通过城、农网的建设与改造工作，对35kV以下配电线路加装无功补偿装置系统，能使配电网供电能力和客户端电压质量明显改善、供电可靠性显著提高。

2）国家电网公司下发关于电力行业创一流的文件中，要求35kV以下功率因数不小于0.9，线损不大于5%，及电压质量和无功补偿的运行管理等内容，其主要解决的问题关键之一，是在35kV以下线路中投入一定的电容器，采用固定或自动相结合的投入方式实现无功补偿。如果在一条供电线路中投入固定的电容器组，一般是按线路低负荷进行计算，而自动补偿量是在线路满负荷时计算出来的值，一条线路有固定和自动补偿两种方式相互配合，即可达到理想的效

果。

3）无功补偿的原则是就地平衡，根据农网配电线路的实际情况比较复杂，不可能是统一模式，所以要采用分散和集中、固定和自动相结合的方法，分三步进行：一是变电所内按主变压器容量的15%左右安装固定补偿电容器组。二是在线路负荷中心或某处按低负荷时的无功需求量安装固定补偿电容器组。三是在线路负荷中心的上侧安装自动补偿电容器组。

4）对于农网主要使用的35kV以下配网系统，完整的无功补偿应该包括变电站集中补偿、35kV以下线路补偿和用户端低压补偿，再加上随机补偿，即“3级补偿+随机补偿”。

5）考虑到兼顾降低线损、提高力率与电压的效果，线路补偿原则是通过在线路电杆上安装电容器实行单点或多点电容器补偿，单点补偿地点选在离线路首端2/3处，补偿的容量应为无功负荷的2/3；两点补偿分别装设在距首端2/5和4/5处；若线路较长，负荷较大，实施固定补偿与自动补偿相结合、在线路上三点进行分散补偿：第一组装设在该线路2/7处为固定补偿；第二组为自动补偿，装设在该线路的4/7处，也是负荷较为集中地段；第三组为固定补偿，装设在该线路的6/7处；多点补偿是采用分支线分段补偿方式，对分支较大或线路较长负载自然功率因数低的线路进行补偿。根据农村实际状况，农网线路补偿的补偿点不宜过多；控制方式应从简；保护方式可采用熔断器和避雷器作为过电流和过电压简单保护。

6）确定某一条配电线路的补偿容量，应根据该线路的平均无功负荷和最小无功负荷计算，当线路的最小无功负荷小于平均无功负荷的2/3时，考虑到无功不应倒送，可安装固定的补偿装置，但应按最小无功负荷确定补偿容量。当线路中有较大无功负荷点时，除应考虑与线路始端的距离外，也应考虑大的无功负荷点。实际装设补偿装置每组以100～200kvar为宜。

3.无功补偿方式

3.1负荷的无功功率补偿

当无功补偿系统处于独立工作状态时，补偿点的选取直接影响到补偿效果。尤其在距离较长的线路上进行集中补偿，如农电网线路，补偿点的影响更加明显。一些距离很长或带有特殊负荷的线路(如电气化铁路的机车牵引电力线)为保证补偿效果，往往在一条线路上安装多台补偿设备。安装点的选取与线路上负荷的分布情况直接相关。对于低压配电网而言，其负荷一般是沿线路均匀分布的，为使补偿前、后的降损效果最大，必须确定补偿容量和位置，分三种情况。

1）单点补偿。在无功负荷沿线均匀分布的条件下，对单点补偿而言，补偿地点应装设在距线路首端为线路全长的2/3处，补偿容量为全线所需无功容量的2/3时，线损下降值将为最大。在此情况下，线损下降率为：△P△P1=88.9％

2）两点补偿。可求出极值为Q1=Q2=2/5，L1=2/5，L2=4/5。因此Q1应装设在距首端2/5L处，Q2应装设在距首端4/5L处，Q1、Q2的值为线路所需无功的2/5倍。线损下降率为△P△P1=96％

3）n个补偿点。具有n个补偿电容时，第i个补偿电容器的安装位置为补偿后的线损值为Li=2i2n+1（i=1，2，…，n）。补偿后的线损值为△P2=Q2r3u2(2n+1)2。线损下降率为△P△P1=1-1（2n+1）2△△×100％

3.2配变无功功率补偿

配变的无功损耗由△QO和△QT两部分组成。△QO场是用来建立磁场的励磁无功损耗，与负荷电流无关，△QT场是与负荷电流的平方成正比的漏磁无功损耗，已在负荷处进行补偿。配变固定无功损耗的补偿，应该根据配变的固定无功损耗和线路无功损耗来研究补偿容量和补偿位置。

4.无功补偿的效益

现代数量众多、容量大小不等的感性设备接于电网，导致平均功率因数在0. 70~0. 85之间。消耗的无功约占消耗有功的60%~90%，如果把功率因数提高到0. 95左右，则无功消耗只占有功消耗的30%左右。由于减少了电网无功的输入，会给用电企业带来效益。

1）节省企业电费开支。提高功率因数对企业的直接经济效益是明显的，国家大力倡导节能减排，在电价制度中，企业用电的功率因数低于规定的数值，需要多收电费，高于规定数值，可相应地减少电费。可见，提高功率因数对企业有着重要的经济意义。

2）提高设备的利用率。对于原有设备，在同样有功下，由于功率因数的提高，负荷电流减少了，使系统不至于过载运行，从而发挥原有设备的潜力。

3）降低系统的能耗。补偿前后线路传送的有功功率不变，P=IUcosφ，由于cosφ提高，补偿后的电压U2稍大于补偿前电压U1，为分析问题方便，可认为U2≈U1，从而导出I1cosφ1=I2cosφ2。即I1/I2=cosφ2/cosφ1，这样线损P减少的百分数为：

ΔP% =(1-cos2φ1/cos2φ2)×100%（1）

当功率因数从0. 70~0. 85提高到0. 95时，可求得有功损耗将降低20%~45%。

5.结束语

目前，在配电网特别是工农业配电网中，用电负荷自然功率因数低，无功消耗大，对电网的供电质量和供电效益影响较大，因此搞好配网无功补偿，有益于改善系统电压和用户电压质量、降低线路损耗、减少运行费用、提高经济效益，同时也能提高社会效益。

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