農村配電網無功分散補償方案淺析

0 前言

2011年1月5日溫家寶總理主持召開國務院常務會議，決定實施新一輪農村電網改造升級工程。會議提出，在“十二五”期間，使全國農村電網得到改造，基本建成安全可靠、節能環保、技術先進、管理規范的新型農村電網。同時，發改委印發的《農村電網升級技術原則》明確了農網改造建設方向和技術改造標準。其中，無功補償將是供電網絡節能環保建設的一個要點。

1 配電線路進行無功補償的原理。

(1)當電流通過線路時，其有功功率損耗為：△P=3I2R×10-3 或△P=3×(P/UcosΦ)2×R×10-3 。

式中：△P--線路的有功功率損耗kW;I--線路通過的電流A;R--線路每相電阻Ω;P--線路輸送的有功功率kW;Q--線路輸送的無功功率kvar;cosΦ--線路負荷的功率因數。

由上式可知，有功功率損失和功率因數的平方成反比，提高功率因數可以大量降低線損。當功率因數由0.6提高到0.8時，線損下降將近一半。

(2)改善用戶電壓質量。其中，線路電壓損失的公式為：△U=(PR QX)/U×10-3。

式中△U--線路電壓損失kV;U--線路電壓kV;P--線路有功負荷kW;Q--線路無功負荷kvar;X--線路感抗Ω;R--線路電阻Ω。

由上式可以看出，提高系統功率因數，減少線路輸送的無功負荷，則電壓損失將下降。

(3)減小系統元件的容量，提高電網的輸送能力。

視在功率S=P/cosΦ，由此可以看出，提高功率因數在輸送同樣的有功功率情況下，設備安裝容量可以減少，節約了投資。如設備安裝容量不變則可增大有功功率輸送量。安裝電容器提高輸送有功功率所得的效益，可按下式確定：△P/Q=(cosΦ2-cosΦ1)/cosΦ2(tgΦ1-tgΦ2)。

式中△P--有功功率的增加量;Q--達到△P所需要的無功功率;cosΦ1、cosΦ2--補償前、后的功率因數。

如果cosΦ由0.8提高到0.95，每kvar電容器節約配電線路上的變壓器及其它設備安裝容量約為0.38kVA。而網絡上每kVA安裝容量的造價為每kvar電容器價格的幾十倍以上。

2 配電線路無功補償的做法及分配方案

(1)無功補償的做法：將低壓自愈式電容器裝設在配電變壓器低壓出口處，隨變壓器同時投切，直接補償變壓器本身消耗的無功及補償部分感性負載所需的無功。

(2)分配方案：

①補償容量的選擇：補償容量由電力負荷及補償前和要求補償提高后的功率因數值決定。計算公式如下：Qbch=Ppj(tgΦ1-tgΦ2) 或Qbch=Ppj(1-tgΦ2/tgΦ1)。

式中Qbch--所需的補償容量kvar ;Ppj--最大負荷月的平均有功負荷kW ;Qpj--最大負荷月的平均無功負荷kvar;tgΦ1--補償前的功率因數cosΦ1的正切值;tgΦ2--補償后要求達到的功數因數cosΦ2的正切值。

②配電線路各支線電容器的合理分配：

輻射狀的配電網絡中，設Q1、Q2、Q3……Qn為補償前各條支線的平均無功負荷;Qbc1、Qbc2……Qbcn為各條支線上要安裝電容器的無功功率;R1、R2、R3……Rn為各條支線的計算電組(其數值為每一支線的電阻值乘以系數α而得，一般α取0.55)。 裝設電容器的所有各條線路的等值電阻Rd為： Rd=1/(1/R1 1/R2 1/R3……1/Rn)

計算結果表明，符合下式的條件時，電容器的無功補償效果最好，即：(Q1-Qbc1)R1=(Q2-Qbc2)R2=……=(Q-Qbc)Rd

因此，安裝于各條支線上電容器無功功率的最合理分配為：

Qbc1=Q1-(Q-Qbc)Rd/R1
……
Qbcn=Qn-(Q-Qbc)Rd/Rn

式中Q-整條線路補償前的無功負荷 ，Qbc-整條線路補償后的無功負荷 。

3 配電線路上裝設電容器后的效果。

以某供電局的10kV線路為例，該線路總長7.626km(線號為LGJ-70導線)，配電變壓器105臺，合計7100kVA。2011年4月份該線路的有功電量為45.41萬kWmiddot;h，無功電量為74.44萬kvarmiddot;h，功率因數為：cosΦ=45.41/45.412 74.442=0.61;配電變壓器無功消耗計算值：Qtr=7100×0.08×720=40.896萬kvarmiddot;h 。由此看出配電變壓器的無功損耗占該線路總無功電量的55%，線路傳輸的無功電量理論值為：Qx1=22.305萬kvarmiddot;h，占該線路總無功電量的29.6%，剩下的11.239萬kvarmiddot;h(15.4%)是其它感性無功損失。由此說明配電變壓器的固定無功損耗所占比重大，是整個配電網功率因數偏低的主要原因。2011年6月份根據理論計算在該線路分散裝設了800kvar低壓自愈式電容器后，通過實測，該線路功率因數從0.61提高到0.90左右，低壓用戶側電壓提高了10～15V，線損率由補償前的21%下降到14%左右。由此可見，分散裝設電容器效果顯著。

4結束語

農村用電的特點是分散性和季節性，功率因數和負載率都很低，無功損耗十分嚴重。對此，采用低壓無功就地補償，把補償范圍延伸到低壓側的做法，從整體節能來考慮是比較徹底的。所以，只要能合理配置農村配電變壓器的無功補償電容器，加強設備的運行管理，不僅能減少線路損耗，增加線路輸送容量，還能改善電壓質量和提高電網運行的經濟性，增加可觀的經濟效益。