试论低压配电系统中无功补偿的应用

刘剑凡

（佛山市顺德区机电安装工程有限公司，广东 佛山 528000）

电力事业的不断发展和电网的日趋复杂使低压用电负荷增长幅度越来越快，随之导致的问题是大量的无功功率在电网中流动形成线路损耗，大大降低了电能的电压质量和电网的经济效益。由于无功功率补偿具有提高电网的功率因素，补偿负荷所需的部分或全部无功功率的特点，被广泛应用于低压配电网中。

1 无功补偿的原理

无功补偿优化，主要是设置无功功率补偿装置。即在变配电所高压或低压母线上并联调相机或电容器，补偿负荷所需的部分或全部无功功率，以提高设置点用户的功率因数，从而减少网络中输送的无功功率以降低网损。由于并联电容器无旋转部分，运行维护方便安全，而且便于安装、能耗低、投资省，已逐渐取代了同步调相机，现主要介绍电容器无功补偿。

按电容器安装的位置不同，主要有集中补偿、分组补偿和就地补偿3种方式。

1.1 集中补偿

电容器组集中装设在总降压变配电所的10 kV母线上，用来提高整个变电所的功率因数，使该变配电所要供电范围内无功功率基本平衡。可减少高压线路的无功损耗，而且能够提高本变配电所的供电电压质量。

1.2 分组补偿

将电容器分别装设在功率因数较低的各配电所的高压或低压母线上，也称为分散补偿。这种方式具有与集中补偿相同的优点，但无功补偿容量和范围相对小些，效果较明显，因而普遍采用。

1.3 就地补偿

将电容器装设在感性用电设备附近，就地进行无功补偿，也称为个别补偿。这种补偿方式既能提高用电设备供电回路的功率因数，又能改善用电设备的电压质量。

在实际应用时，若能将3种补偿方式统筹考虑、合理布局，可取得较好的技术经济效益。

2 无功补偿的配置原则

为了最大限度地减少无功功率的传输损耗，提高输配电设备的效率，无功补偿设备的配置，应按照分级补偿、就地平衡的原则，合理布局。具体而言，有以下几点：①总体平衡与局部平衡相结合，以局部为主。②电力部门补偿与用户补偿相结合。在配电网络中，用户消耗的无功功率约占 50%～60%，其余的无功功率消耗在配电网中。因此，为了减少无功功率在网络中的输送，要尽可能地实现就地补偿、就地平衡，所以必须由电力部门和用户共同进行补偿。③分散补偿与集中补偿相结合，以分散补偿为主。集中补偿，是在变电所集中装设较大容量的补偿电容器；分散补偿，指在配电网络中分散的负荷区，如配电线路、配电变压器和用户的用电设备等进行的无功补偿。集中补偿，主要是补偿主变压器本身的无功损耗，以及减少变电所以上输电线路的无功电力，从而降低供电网络的无功损耗，但不能降低配电网络的无功损耗。用户需要的无功通过变电所以下的配电线路向负荷端输送，所以为了有效地降低线损，必须做到无功功率在哪里发生，就应在哪里补偿，中、低压配电网应以分散补偿为主。④降损与调压相结合，以降损为主。

3 低压配电网无功补偿的方法

3.1 随机补偿

随机补偿就是将低压电容器组与电动机并接，通过控制、保护装置与电机同时投切。随机补偿适用于补偿电动机的无功消耗，此方式可较好地限制用电单位无功负荷。

随机补偿的优点是：用电设备运行时无功补偿投入，用电设备停运时，补偿设备也退出，且不需频繁调整补偿容量。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低等特点。

3.2 随器补偿

随器补偿是指将低压电容器通过低压保险接在配电变压器二次侧，以补偿配电变压器空载无功的补偿方式。配电变压器在轻载或空载时的无功负荷主要是变压器的空载励磁无功，配电变压器空载无功是用电单位无功负荷的主要部分，对于轻负载的配电变压器而言，这部分损耗占供电量的比例很大，从而导致电费单价的增加。

随器补偿的优点：接线简单、维护管理方便、能有效地补偿配电变压器空载无功，限制电网无功基荷，使该部分无功就地平衡，从而提高配电变压器利用率，降低无功网损，具有较高的经济性，是目前补偿无功最有效的手段之一。

3.3 跟踪补偿

跟踪补偿是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置，将低压电容器组补偿在大用户0.4 kV母线上的补偿方式。适用于100 kVA以上的专用配电变压器用户，可以替代随机、随器两种补偿方式，补偿效果好。

跟踪补偿的优点是运行方式灵活，运行维护工作量小，比前两种补偿方式寿命相对延长，运行更可靠。但缺点是控制保护装置复杂，首期投资相对较大。但当这3种补偿方式的经济性接近时，应优先选用跟踪补偿方式。

4 无功补偿的效益

现代企业数量众多、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%，若把功率因数提高到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。

4.1 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显著的，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。

4.2 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。

4.3 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稍大于补偿前的电压 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：

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

随着现代电力电子技术的发展，大功率变流、变频等电力电子装置在电力系统中得以广泛应用，这些装置大多数功率因数都很低，导致电网中出现大量的无功功率，给电网带来额外负担且影响供电质量。因此，无功补偿就成为保持电网高质量运行的一种主要手段，这也是当今电气化、自动化技术步入一个新的领域所面临的一个重大课题，因此必将受到越来越多的关注。