无功电源在农网改造升级工程中的应用探讨

王富勇，黄 朵

（福建电力职业技术学院，福建 泉州 362000）

2018年4月29日，国网公司正式实施新一轮农网改造升级工程。无论是小城镇（中心村）电网改造升级，还是村村通动力电工程，以及提高东中部地区农村电网发展水平、推进西部及贫困地区农网供电服务均等化等，其目的都是为了提高供电质量，使电力公司供电能力和服务水平再上新台阶，更好地服务农村经济社会发展，实现至2020年有稳定可靠的供电服务全覆盖，农网供电可靠率达99.88%、综合电压合格率达98.45%。

而在农网改造升级工程中，结合用户用电实际情况，选择布置合理的无功电源以平衡无功，不仅可以大大降低供电网络电能损耗，提高供电质量，还可以减少用户用电成本和增强企业用电能效。

1 新一轮农网改造升级工程中无功电源的合理使用

1.1 优化新一轮农网改造升级工程无功电源投入

1.1.1 选择适当的无功电源补偿无功以稳定电压

电压作为电能质量指标之一，其稳定性与无功的平衡密切相关。无功平衡不仅反映了电网不同特性负载（感性、容性）设备的电能消耗，也反映了系统结构和运行调节有待改进的方向，并有助于构建和谐的供用电生态环境。因此，采用一定的无功电源进行合理的无功补偿对电网无功平衡、改善电压质量尤为重要。

在新农网改造升级工程中，应选择一定的无功电源，优先无功功率就地平衡，降低损耗，稳定电能质量。因为就地平衡补偿相对于集中、固定补偿方式］具有线损率低（可减少20%）、改善用电设备启动运行条件好、线路供电能力强等优点。

1.1.2 农网改造升级工程要结合用户用电特征配置无功电源

（1）对居民生活集中台区，宜采用在配电变旁安装电容器集中补偿，但对负载率高、长线路可在中间架设电容器分散补偿。

（2）对工农业生产集中台区，凭据其申报容量及其用电性质加强功率因数考核，尤其对单台5kW及以上设备要求采用分散、就地补偿方式。为防止大功率设备（10kW以上）启动电流对线路、设备及电容器补偿装置产生的负荷冲击和电压波动，建议采用降压启动装置。

（3）农网改造时加强对公用变配备电容器柜的同步设置与功率因数考核，提高无功补偿设备的利用率，也为从管理上强化无功平衡和电压稳定。

1.1.3 农网应根据“分级补偿、就地平衡”的原则，优先考虑随机就地补偿

在低压动力用电设备附近直接安装补偿用电力电容器，电容器与电动机供电回路并联，如图1所示，通过电压传感器控制而就地进行对电容器的自动投切，就地供给电机所需无功，使电能交换距离达到最短有效值。因在线路相同条件下，线路损耗与电流平方成正比，所以可最大限度地降低线路电流。

图1 电容器与电动机直接并联

1.1.4 无功电源中电容器的选择与使用

“井井通电”“村村通动力电”的同时，采用电力电容器随机就地补偿，不仅节能效果最好，用电无功失衡问题也得到有效解决，尤其在农村抽水用电高峰等感性负荷较重时节，合理、准确地投入电力电容器补偿，无功平衡效果更为明显，并可直接提高末端电压。

（1）并联电容器容量以配电变容量为原则。在0.4kV低压配电台区广泛采用并联电容器，其容量配置原则：一般按照配电变容量的20%～40%左右进行，通常200kVA及以下的配电变按15%配置实用效果明显，例如容量为100kVA的配电变，若按15%比例配置电容器的容量为15kvar。

（2）并联电容器容量优先采用自动投切补偿。按照配电变的负荷情况，区分直接与自动补偿形式来增加或减少电容器容量，防止过补偿与欠补偿的发生。实践表明，自动投切方式不仅及时快速，而且可达到最佳的功率因数提高效果。

（3）优化补偿电容器组的组数和投切时间。补偿电容器组数，应以正常投运时，电容器的利用率高、补偿效果好为前提，做到既安全又经济。一般，自动投切延时以每组电容器30s左右运行时间为参考、功率因数设置在0.85～0.95之间。

1.2 重视农网改造升级“两通”工程中三相负荷平衡

（1）为促进农村创新创业、持续推进“双创”全面发展，新一轮农网改造升级工程中，“两通”工程已在农网全面展开。“两通”即“井井通电”“村村通动力电”。考虑到“井井劳力化”和“村村单相电”模式遍布于农村，“村村通动力电”后出现的首要问题就是三相不平衡，由此会造成无功失衡、低电压和农网损耗增加。

（2）“村村通动力电”可大力推进农村电商、家庭生产贸易等三相用电设备的使用，但较多三相用电设备的投入，再加上农网中存在有大量的感性负荷，如电动机、电冰箱、空调等，这些感性负荷会消耗大量的无功功率，引起线路电压损失增大和严重的无功失衡现象，特别是电弧炉、电焊机、车床等冲击性无功负荷，还会产生电压剧烈波动，无功失衡和波动低电压时有发生。

（3）农网改造升级过程中，应充分加强三相负荷平衡分析。改造升级时要充分考虑台区用户分布、季节性用电、峰谷用电等特征，通过电网监控系统和排查三相不平衡台区线路，并对用户负荷种类、大小进行分析，加强台区三相电流测量及负荷调整，投入无功电源，强化无功补偿，确保台区用户电压合格水平和电能质量稳定。

三相平衡实例分析如下：

假设三相供电线路负荷不平衡分配：A相：P+jQ；B相：0.6P+j0.6QC相：1.4P+j1.4Q

电网电压降落△U和有功损耗△P的计算式分别如下：

则由式（1）（2）可计算得 A、B、C 三相电压降落和有功损耗分别为：

即A、B、C三相电压降落比和功率损耗比分别为1∶0.6∶1.4和1∶0.36∶1.96，可见重载线路C相电压降落大、功率损耗大，轻载线路B相电压降落小、功率损耗小。由此可见，三相不平衡将造成线路电能质量严重下降，直接影响运行安全。

2 改造升级工程中无功电源使用应注重信息化和新型智能化

2.1 强化无功电源与电能信息采集系统的融合

农网改造升级时，应强化用电信息采集系统的覆盖，合理布置投入无功电源，充分利用采集系统在线监测功能，进行无功、电压监测分析，并对台区用户隶属关系核查，分析线损异常和窃电发生台区。

农网改造升级后，应开展台区无功平衡分析和线损日采集工作，提高台区日线损合格率；成立供电所采集运维组，通过采集系统统计每周台区无功补偿率和日线损合格率等完成情况，及时对已全覆盖、全采集但营销系统与采集系统表计数不一致台区进行整治。

农网改造升级后，充分利用采集平台，对采集成功率较高但无功失衡严重、日线损高损或波动的台区，通过采集平台日电量明细，电能量进行分析、对电量异常用户，作为现场普查依据。对负损台区核查是否终端表故障、接线错误或接触不良等。

2.2 强化新型智能无功电源的使用

新型数字低压无功补偿装置在不新增配电变压器、不改造低压线路的情况下，可有效的解决农村配变台区低压线路中末端无功失衡问题。在农网改造升级工程中可将低电压无功补偿装置直接串联在高峰时期电压最低的位置，有效解决无功失衡问题，并通过高频斩波的原理对农网无功进行实时反馈和信息优化。

2.3 强化无功电源布置与新能源工程的对接

农网改造升级过程中，应同步加强对新能源工程的投入与接网管理。如工厂企业及家庭光伏并网问题，尽可能优化新能源发电点的分布，减少因容量小、分布广、可调节性差等造成的对农网改造及未来调控的影响。关注光伏接网用户并网点周围电压水平的管理，布置电压监测点，根据需要配置一定的无功电源，以平衡补偿无功，改善电压质量。

3 结语

至2020年，国网公司将全面建成“一强三优”现代公司，建成具有卓越竞争力的世界一流能源互联网取得重大进展。因此，在农网中分析无功失衡问题，采用无功电源进行合理的无功补偿，将有利于生态型节能型农网建设，构建良好的供电用电和谐关系，并大幅提高电能在农村家庭能源消费中的比重。