探讨配电网无功补偿技术及其应用

温州市龙湾永强供电公司 薛迪胜 赵佰南

当前社会发展迅速，人们对电能的依赖程度不断增加，保证电能供应质量，关系着供电单位的外在形象以及经济效益的增长。无功补偿可保证电气设备的正常运行，降低给有功功率造成的不良影响，降小配电网线损的同时，保证供电质量，因此，供电单位应做好无功补偿技术的研究，保证配电网安全稳定运行，为人们的生产生活提供优质的电能，满意的服务。

一、无功功率及补偿原理

配电网中的功率分为有功功率、无功功率与视在功率，其中有功功率指做功消耗的功率，视在功率是有功功率与无功功率的向量和。为加深对无功补偿的理解，在探讨无功补偿原理之前，有必要对配电网中无功功率进行分析，以正确认识无功功率存在的客观性与必要性。

1.无功功率

众所周知，配电网中存在电流与磁场间的转换，电气设备中用于建立与维持磁场的电功率，即为无功功率。无功功率不对外做功，但是维持电气设备及配电网正常运行的重要功率，例如，变压器线圈产生的磁场、电动机转子磁场，都需要从电源中获得无功功率加以维持。考虑到配电网中电磁间的转化复杂，配电网提供的无功功率无法满足负荷要求，因此，需应用专业技术对无功功率进行补偿，确保用电设备在额定功率状态下工作。

2.无功补偿原理

无功补偿的原理为：将感性功率负荷和容性功率负荷装置并联接入到同一电路中，当感性负荷释放能量时，容性负荷会吸收释放的能量，反之，感性负荷会吸收容性负荷释放的能量，这样能量便在两者之间相互交换，最终实现无功补偿的目的。

二、无功补偿作用与实现方式

1.无功补偿作用

在配电网中进行无功补偿具有重要作用，主要体现在以下方面：首先，保证电压质量。用Ia、Ir分别表示有功、无功电流，△U表示电压损失，则计算公式为：

公式中字母含义如表1所示：

表1 公式中的字母与含义

由公式可知，在有功功率不变的情况下，线路总电阻以及线路感抗为定值时，无功功率Q越小，电压损失的越小，可很好的保证电压质量。其次，节约投资成本。无功补偿后功率因数由cosφ1提高至cosφ2，可将变压器的利用率提高为：

能够带更多的负荷，降低了输变电设备的投资成本。再次，降低电费支出。降低有功功率对无功功率的补偿，用户使用电量减小，电费也会因此而减少。最后，提升配电网传输能力。无功补偿时，功率因数升高，需要电网传输的功率变小，配电网的传输能力得以提升。

2.无功补偿的实现方式

无功补偿中常用的方式有三种：低压个别补偿、低压集中补偿、高压集中补偿。其中低压个别补偿指，在综合分析个别用电设备无功功率需求的基础上，使用低压电容器采用分散方式与用电设备并联。该补偿方式适合应用在连续运行且消耗无功功率较大的电气设备上，具有配置方便、安装简单，不会发生无功倒送的情况等优点。

低压集中补偿指，通过低压开关将低压电容器与配电变压器低压母线侧连接在一起，借助无功补偿投切装置，结合低压母线上的无功负荷大小，对电容器的投切进行控制。需要注意的是，电容器以整组方式进行投切，无法进行平滑调节。该种补偿方式的优点有：无功可降低平衡、运维工作量投入小、接线操作简单，在提高配变利用率的同时，减少线损，在无功补偿中的应用率较高。

高压集中补偿指，在变电所6～10kV高压母线侧安装并联电容器组的补偿方式。该种补偿方式适合应用在供电线路末端或远离变电所，用户自身具有一定高压负荷的情况下。配电网运行时，补偿装置可在参考负荷大小的基础上，自动进行投切，不仅能明显提升用户的功率因数，而且具有较高的补偿效益。

三、无功补偿技术的应用

为确保无功补偿技术在配电网中更好的应用，供电单位应做好不同无功补偿方式的研究，结合配电网实际情况，选择合理的补偿方式。同时，还应注重以下内容的考虑：

1.遵守补偿原则

配电网无功补偿是一项专业性较强的工作，为实现更好的补偿效果，供电单位应注重遵守以下原则：全面规划原则。设计与构建配电网时，应做好充分的调查，认真考虑配电网负荷情况，以及所用电气设备数量、类型等内容，将无功补偿纳入设计工作的重点，对无功补偿进行全面规划。如此才能在保证配电网建设工作稳步推进的基础上，更好的投入运营。合理布局原则。配电网无功补偿时，还应注重合理性，既要考虑补偿位置选择的合理性，又要保证补偿装置、补偿容量选择的合理性。分级补偿原则。对配电线路无功补偿方案进行充分的论证，分析影响无功补偿的因素，从经济投入，实施难易程度上加以权衡，确定最佳的分级补偿方案。就地平衡原则。配电网无功补偿时，应注重遵守就地平衡原则，提高补偿质量的同时，降低给配电网正常运行的影响。

2.明确补偿容量

配电网中应用无功补偿技术时，确定合理的补偿容量最为关键。确定无功补偿容量时，一方面，明确补偿依据。不同的无功补偿依据，采用的计算方法不同，需要供电单位明确不同补偿依据的计算方法，准确的计算出补偿容量。例如，以提高电压作为补偿计算的依据，可采用以下公式：

其中△U为需要提高的电压值，U2为需要达到的电压值，X为线路电抗。另一方面，考虑补偿细节。如10KV配电变压器容量超过100KVA时应考虑进行无功补偿，即，使用自动投切补偿装置，并根据负荷性质确定合理的补偿容量。10KV配电线路可结合负荷实际，采用分散方式进行补偿。超过5KW的交流异步电动机，应采用随机方式补偿，补偿容量参考电动机无功损耗确定。

3.优选补偿装置

配电网无功补偿的实现需借助专门的补偿装置，因此，补偿装置选择的合理与否直接影响补偿质量，这就要求供电单位提高认识，结合配电网负荷情况，认真对比不同补偿装置性能，选择工作稳定、性能优良，又能满足无功补偿需要的补偿装置。目前配电网无功补偿装置有：同步发电机、静止无功补偿器、静止无功发生器等，其中同步发电机在额定状态运行时，可产生无功功率，计算公式为：

其中S表示视在功率、P表示有功功率、a为功率因数角。

静止无功补偿器由晶闸管控制的投切电抗器、电容器等构成，其中晶闸管反应灵敏度较高，而且通断次数无限制。一旦电压发生变化，补偿器能够快速反应，实现平滑的调节，以满足配电网无功补偿需求。另外其还可应用到分相补偿，以及存在冲击负荷、三相不平衡负荷的环境中。但需要注意的是，投切过程中容易产生高次谐波，应安装滤波器。

静止无功发生器在晶闸管控制下，可将电容上的直流电源转化为何电力系统相适应的三相交流电压，通过变压器以及电抗器接入到配电网中。对发生器的输出电压进行适当控制，可改变其运行状态，包括零负荷、感性、容性等状态。该装置产生的谐波较少，而且注入的无功功率明显。综上，供电单位选择无功补偿装置时应明确各自的优缺点及适用范围，选择性能优良的补偿装置。

四、结论

无功补偿是配电网建设中考虑的重要内容，供电单位应充分认识到无功补偿的重要性，加强无功补偿技术的研究，结合配电网实际，选择合理的无功补偿方式，保证供电质量的同时，降低线损，更好的实现经济目标。本文通过研究得出以下结论：

（1）配电网中的无功功率虽不对外做功，但不可缺少，用于维持电气设备的正常运行，因此，为防止无功功率给有功功率造成不良影响，供电单位应做好无功补偿工作。

（2）配电网无功补偿方式较多，包括低压个别补偿、低压集中补偿、高压集中补偿等需要结合配电网负荷情况，合理选择无功补偿方式。

（3）供电单位应用无功补偿技术时，一方面，遵守全面规划、合理布局、分级补偿、就地平衡原则。另一方面，明确无功补偿目的，准确计算无功补偿容量。另外，根据无功补偿要求及具体情况，明确不同补偿装置的适用范围，优选无功补偿装置。

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