摘要：本文主要就農(nóng)村電網(wǎng)中配電線路配置無功補(bǔ)償?shù)姆椒ㄟM(jìn)行了一系列探討，從而使之農(nóng)村電網(wǎng)的無功分層、分區(qū)、就地平衡，提高農(nóng)網(wǎng)安全、可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平得以實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：農(nóng)村電網(wǎng)系統(tǒng);無功補(bǔ)償;配電線路

一、無功補(bǔ)償依據(jù)

根據(jù)我國按《功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)辦法》，《電力系統(tǒng)電壓和無功管理?xiàng)l例》的規(guī)定，要求“高壓供電的工業(yè)及裝有帶負(fù)荷調(diào)整電壓設(shè)備的用戶，功率因數(shù)為O.95以上，其他電力用戶功率因數(shù)為O.90以上，躉售和農(nóng)業(yè)用戶功率因數(shù)為0.8以上”。

用電容器補(bǔ)償降低了電能損耗，提高了電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。但是這只是事物的一個(gè)方面，從另一個(gè)方面講，裝設(shè)電容器以需要一定的投資.而電容器本身也還有一定的有功損耗及電能損耗，當(dāng)補(bǔ)償容量增大時(shí)，這方面的支出也隨著增大，又降低了電力網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。綜合兩個(gè)方面的因素，按經(jīng)濟(jì)上合理的條件求出應(yīng)的補(bǔ)償容量，一般經(jīng)濟(jì)上合理的補(bǔ)償容量，可以按年計(jì)算費(fèi)用最小來決定。

由于農(nóng)網(wǎng)負(fù)荷變化較大，并非功率因數(shù)越高越好，從綜合經(jīng)濟(jì)效果和防止過電壓角度考慮，采用“欠補(bǔ)償”，防止低谷負(fù)荷或低負(fù)荷時(shí)的過補(bǔ)償而引起的過電壓現(xiàn)象。在無功負(fù)荷較集中的地方實(shí)行就地補(bǔ)償，同時(shí)按網(wǎng)損徽增率或無功負(fù)荷最優(yōu)分布原則分配補(bǔ)償容量，力求最佳經(jīng)濟(jì)效益。

低壓電網(wǎng)功率因數(shù)：低壓電網(wǎng)在的電戍性無功負(fù)荷應(yīng)用電力電容器予以就地充分補(bǔ)償，一般在最大負(fù)荷月的月平均功率因數(shù)達(dá)到以下標(biāo)準(zhǔn)：

農(nóng)村公用配電變壓器不低于0.85;

100kVA以上的電力用戶不低于0.9。

低壓電力網(wǎng)中的無功補(bǔ)償按下列原則設(shè)置：固定安裝年運(yùn)行時(shí)間在1500h以上，且功率大于4.OkW 的異步電動機(jī)，實(shí)行就地補(bǔ)償，與電動機(jī)同步投切。

二、農(nóng)村電網(wǎng)無功補(bǔ)償優(yōu)化配置方法

配電網(wǎng)無功補(bǔ)償包括：變電所集中補(bǔ)償，低壓集中補(bǔ)償、桿上無功補(bǔ)償和用戶終端分散補(bǔ)償。根據(jù)就地補(bǔ)償原理，農(nóng)村電網(wǎng)無功補(bǔ)償采用集中補(bǔ)償和分散補(bǔ)償相結(jié)合方案。集中補(bǔ)償是在35/10kV變電所補(bǔ)償，分散補(bǔ)償就是在低壓網(wǎng)或1OkV線路上補(bǔ)償。

1.變電所集中補(bǔ)償：針對輸電網(wǎng)的無功平衡，在變電所進(jìn)行集中補(bǔ)償。補(bǔ)償裝置包括并取電容器、同步調(diào)相機(jī)、靜止補(bǔ)償器等。生要目的是就近向配電線路前段f靠近變電所的線路)輸送無功，改善輸電網(wǎng)的功率因數(shù)、提高終端變電所的電壓和補(bǔ)償主變壓器的無功損耗.同時(shí)兼顧調(diào)壓。這些補(bǔ)償裝置一般連接在變電所的10kV母線上或高壓供電用戶降壓變電所母線上，也包括集中裝設(shè)于電力用戶主總配電聿低壓母線上的電容器組。補(bǔ)償容量通常按主變壓器容量的15%一30%配備，具有管理容易、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，但是，由于農(nóng)網(wǎng)負(fù)荷季節(jié)性強(qiáng)，設(shè)備負(fù)荷率低.變電所的無功補(bǔ)償容量的先擇很難適應(yīng)季節(jié)性和晝夜大幅度變化的無功負(fù)荷的需要。為了使其功率因數(shù)達(dá)到上級電網(wǎng)規(guī)定值，并防止過補(bǔ)償和電壓升高題，必須采用大容量無功補(bǔ)償裝置自動投切，在運(yùn)行上勢必出現(xiàn)頻繁的操作。又因?yàn)殡娙萜鹘M安裝在變電所主要是補(bǔ)償主變壓器本身的無功損耗以及減少變電所以上輸電線路傳輸?shù)臒o功電力，降低供電網(wǎng)絡(luò)的無功損耗。但它不能降低配電網(wǎng)絡(luò)的無功損耗。由于變電所以下用戶消耗的無功功率仍然需要通過配電線路長距離輸送。為了實(shí)現(xiàn)變電所的電壓控制。通常無功補(bǔ)償裝置(一般是并聯(lián)電容器組)結(jié)合有載調(diào)壓抽頭來調(diào)節(jié)。通過兩者的協(xié)調(diào)來進(jìn)行電壓/無功控制。

2.配電線路集中和分敞補(bǔ)償：lOkV線路廣泛采用大樹干、多分支的單向輻射供電方式。這些線路的特點(diǎn)是負(fù)荷率低，符合季節(jié)性波動大，配電變壓器的平均負(fù)荷率低，供電半徑長，無功消耗多，功率因數(shù)低，線路損耗大，末端電壓質(zhì)量差。在配電線路上進(jìn)行分散補(bǔ)償能顯著改善線路的運(yùn)行性能，降低電能損耗，提高供電網(wǎng)絡(luò)的電壓質(zhì)量。

配電線路分散補(bǔ)償是指把一定容量的高壓并聯(lián)電容器分散安裝在供電距離遠(yuǎn)、負(fù)荷重、功率因數(shù)低的lOkV架空線路上，主要補(bǔ)償線路上感性電抗所消耗的無功功率和配電變壓器勵(lì)磁無功功率損耗，還可提高線路末端電壓。

2.1配電線路無功補(bǔ)償確定安裝地點(diǎn)和裝設(shè)容量原則

1)就近補(bǔ)償適用于線路主干線長度超過10km、超過經(jīng)濟(jì)電流密度運(yùn)行的重負(fù)荷線路、電壓質(zhì)量差的線路。

2)防止輕載時(shí)向電網(wǎng)倒送無功，容量選擇以補(bǔ)償局部電網(wǎng)中配電變壓器的空載損耗總值為度。

3)合理選擇安裝地點(diǎn)

2.2配電線路無功補(bǔ)償：安裝位置及補(bǔ)償容量確定無功補(bǔ)償裝置安裝地點(diǎn)的選擇應(yīng)符合無功就地平衡的原則，盡可能減少主干線上的尤功電流為目標(biāo)。一般對于均勻分布無功負(fù)荷的配電線路，其補(bǔ)償容量和安裝位置按[2n/(2n+1)](其中n為不小于1的整數(shù))規(guī)則，求得最優(yōu)補(bǔ)償方案�？紤]到無功補(bǔ)償裝置的運(yùn)行維護(hù)、補(bǔ)償效益及投資回收期限，沿線的無功補(bǔ)償點(diǎn)以安裝一處為適宜，最多不應(yīng)超過兩處，可以直接連接于主干線上和較大的分支線上，每個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)的容量不宜超過100—150kvar。

配電線路上無功補(bǔ)償點(diǎn)容量應(yīng)適當(dāng)控制，并且在線路負(fù)荷低谷時(shí)，不應(yīng)出現(xiàn)過補(bǔ)償向系統(tǒng)倒送無功。負(fù)荷在線路上的分布狀況不同，安裝地點(diǎn)也不相同。

3.用戶分散補(bǔ)償：目前我縣城鎮(zhèn)低壓用戶的用電量大幅增長，企業(yè)、廠礦、居民小區(qū)等對無功需求都很大，直接在用戶末端進(jìn)行無功補(bǔ)償最恰當(dāng)?shù)亟档碗娋W(wǎng)的損耗和維持網(wǎng)絡(luò)的電壓水平。

GB50052—1995《供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》指出，容量較大，負(fù)荷平穩(wěn)且經(jīng)常使用的用電設(shè)備無功負(fù)荷宜單獨(dú)就地補(bǔ)償。故對于企業(yè)在的電動機(jī)應(yīng)該進(jìn)行就地?zé)o功補(bǔ)償即隨機(jī)補(bǔ)償。針對小區(qū)用戶終端由于用戶負(fù)荷小，波動大，地點(diǎn)分散，無人管理，因此應(yīng)該開發(fā)一種新型低壓終端無功補(bǔ)償裝置，并滿足以下要求：智能型控制，免維護(hù);體積小，易安裝;功能完善.造價(jià)較低。

與工(一)、(二)兩種補(bǔ)償方式相比，用戶終端分散補(bǔ)償方式將更能體現(xiàn)以下優(yōu)點(diǎn);線損率可減少20%;減小電壓損失，改善電壓質(zhì)馘，進(jìn)而改善用電設(shè)備啟動和運(yùn)行條件;釋放系統(tǒng)能量提高線路供電能力。缺點(diǎn)是由于低壓無功補(bǔ)償通常按配電變壓器低壓側(cè)最大無功需求來確定安裝，而各配電變壓器低壓負(fù)荷波動的不同時(shí)性造成大量電容器在較輕載時(shí)的閑置，設(shè)備利用率不高。

4.10/0.4kV配電變壓器的隨機(jī)補(bǔ)償：配電變壓器隨機(jī)補(bǔ)償，是將低壓補(bǔ)償電容直接安裝在配電變壓器低壓側(cè)，與配電變壓器同投同切，用以補(bǔ)償配電變壓器自身勵(lì)磁無功功率損耗和感性用電設(shè)備的無功功率損耗。

4.1隨機(jī)補(bǔ)償原則：10/0.4kV配電變壓器的補(bǔ)償位置一般在出口處的總保險(xiǎn)后，這樣可用配電變壓器低壓繞組作為放電線圈，配電變壓器低壓側(cè)總保險(xiǎn)作為保護(hù)。無功補(bǔ)償裝置的容量選擇，根據(jù)實(shí)際負(fù)荷水平按提主功率因數(shù)的要求合理配置。隨著負(fù)荷的變化，配電壓器隨機(jī)補(bǔ)償方式使用無功自動補(bǔ)償裝置自動投切一部分電容器組，以達(dá)到最佳補(bǔ)償功率因數(shù)。

4.2補(bǔ)償容量的確定

1)農(nóng)網(wǎng)配變負(fù)荷率一般部很低，據(jù)統(tǒng)計(jì)年平均負(fù)荷率為8% ，所以只要以每臺變壓器都進(jìn)行就地補(bǔ)償，就可以補(bǔ)償農(nóng)網(wǎng)總無功負(fù)荷的50%，是目前補(bǔ)償無功最有效的手段之

2)配電變壓器低壓則補(bǔ)償容量不易過大。否則不但不經(jīng)濟(jì).而且在變壓器空載或者負(fù)荷較輕時(shí)，還會造成過補(bǔ)償，使功率因數(shù)角超前無功功率向電力系統(tǒng)倒送和電源電壓升高。功率因數(shù)角超前有如下壞處：1電容器與電源仍有無功功率交換，減少電源的有功出力。2因網(wǎng)絡(luò)傳輸容性無功功率，仍會造成有功損耗。3白白耗費(fèi)了電容器的設(shè)備投資。另外，如補(bǔ)償電容過大，當(dāng)電源缺相時(shí)有可能發(fā)生鐵磁諧振過電壓，燒毀電容器和變壓器，影響漫備的安全運(yùn)行。

3)為了防止發(fā)生過補(bǔ)償現(xiàn)象，其補(bǔ)償容量不應(yīng)超過配電變壓器的無功功率，補(bǔ)償容量的選擇應(yīng)考慮兩個(gè)方面：1補(bǔ)償配電變壓器本身的無功功率損耗;2當(dāng)?shù)蛪壕W(wǎng)的cos<0.9時(shí)，補(bǔ)償?shù)絚os≤0.9所需要的無功功率。

此處所說的cos≤0 9指的是最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)，加了補(bǔ)償后。當(dāng)負(fù)荷減少時(shí)，南于無功功率負(fù)荷減小，如果補(bǔ)償容量不變功率因數(shù)會提高。但在低谷負(fù)荷時(shí)不應(yīng)出現(xiàn)過補(bǔ)償，以免功率和電能損耗。防止末端電艉升高。

對l00kVA及以上的配電變壓器宜采用無功補(bǔ)償微機(jī)監(jiān)測和自動投切裝置，合理調(diào)整無功自動補(bǔ)償裝置功率因數(shù)的整定值,保證無功功率在低壓電嘲就地平衡重負(fù)荷時(shí)提高功率因數(shù)到0.95以上,在輕負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)不得大 0.95 補(bǔ)償容量按配變無功損耗的1.5~1.8倍估算補(bǔ)償時(shí)先補(bǔ)償無功負(fù)荷大、等值電阻大的配電變壓器，這是由于補(bǔ)償而減少的用有功網(wǎng)損A (AP)=(2Q—QOQ R/u 與無功負(fù)荷和等值電阻成正比。

4.3補(bǔ)償方式：低壓配電系統(tǒng)中的無功功率補(bǔ)償方式在用戶變壓器低壓側(cè)安裝低壓三相電力電容器組，在測得米樣相(多為B相)的功率因數(shù)后。便依據(jù)此值投切三相電容器組對三相負(fù)載的無功功率作集中補(bǔ)償。這種補(bǔ)償方式在以三相負(fù)荷為主的低壓供配電系統(tǒng)中表現(xiàn)優(yōu)異，但在以單相負(fù)荷為主的低壓供配電系統(tǒng)中，由于三相間無功負(fù)荷平衡，且這種不平衡無法通過調(diào)配三相負(fù)載等手段米消除。所以若是采用低壓三相電力電容器組按采樣相值對三相進(jìn)行無功補(bǔ)償，則補(bǔ)償后三相功率因數(shù)不一致。采樣相補(bǔ)償效果好，而另外兩相則會經(jīng)常出現(xiàn)欠補(bǔ)償或是過補(bǔ)償。欠補(bǔ)償使得安裝的電力電容器組不能完全發(fā)揮作用，線路中仍然流過較大的無功電流而增加電能損耗,而過補(bǔ)償則將向電網(wǎng)輸送無功電流，這是電力系統(tǒng)中所禁止的。

如果采用單相電容器組按每相測出的功率因數(shù)值對三相分別進(jìn)行無功補(bǔ)償，則會完全可以避免以電網(wǎng)中無功功率過補(bǔ)償或欠補(bǔ)償情況的發(fā)生，充分發(fā)揮電力電容器組對無功負(fù)荷作用，改善電能質(zhì)量，減少系統(tǒng)中的電能損耗。

分相補(bǔ)償對電容器額定容量的選擇應(yīng)與變壓器容量相匹配。如果選擇大容量電容器組束補(bǔ)償小容量變壓器。往往會難以精確補(bǔ)償,而若是采用小容量電容器組補(bǔ)償大容量變壓器。則將會導(dǎo)致電容器的投切頻繁。電容器在接通時(shí)，經(jīng)振蕩而被充電到其穩(wěn)定值。頻率從幾百赫到幾千赫，出現(xiàn)極高的尖峰電流，而若是在電容器組中接入單個(gè)電容器，由于已接入電網(wǎng)的電容器此時(shí)成為附加能源。則將會產(chǎn)生更大的尖峰電流，這種尖嶧電流對開關(guān)電器是極為不利的，因此，碰盡可能減少電容器的投切次數(shù)。

由于現(xiàn)在電網(wǎng)中大量存在非線性負(fù)荷(如眾多的半導(dǎo)體功率元件等)，使得電剮中的諧波含量常常很高。而裝在電網(wǎng)上的電容器。從低壓側(cè)看來與變壓器的感抗及剩余的電剛電感形成一個(gè)振蕩回路。當(dāng)這一回路的固有頻率與電流諧波的頻率相互重合時(shí)，振蕩回路勵(lì)磁而產(chǎn)生很的過電流，造成供電回路過載，甚至引起電容器的燒毀。因此需要在電容器接通回路中串聯(lián)一個(gè)電感，一則防止產(chǎn)生諧波，二則可吸收高次諧波電流。

5.低壓電動機(jī)的隨機(jī)補(bǔ)償

5.1電動機(jī)運(yùn)行工況：三相異步電動機(jī)是企業(yè)最常用的電氣設(shè)備之一。由于它們都是電感性負(fù)荷，所以在企業(yè)內(nèi)部的生產(chǎn)運(yùn)行中，功率因數(shù)一般都比較低，需要從電源中吸收大量的無功功率.才能正常工作，給企業(yè)造成較大的電壓損失和電能損耗。因此加強(qiáng)對三相異步電動機(jī)的運(yùn)行管理，將有效地提高運(yùn)行功率因數(shù)和綜合效率，減少線路損。

企業(yè)在內(nèi)部配電室里0.4kV母線上集中安裝一些電容器柜。對變配電系統(tǒng)的無功功率進(jìn)和行補(bǔ)償，這對于提高企業(yè)內(nèi)部的供電能力，節(jié)約變配電損耗都有積積作用。但由于企業(yè)內(nèi)部的電動機(jī)大都通過低壓導(dǎo)線連接，分散在各個(gè)生產(chǎn)車間，形成企業(yè)內(nèi)部的輸配電網(wǎng)絡(luò),由此，大量的無功電流仍然在企業(yè)內(nèi)部的輸配電線路中流動,這些無功電流在企業(yè)內(nèi)部所造成的損耗，依然不能解決。

5.2隨機(jī)補(bǔ)償?shù)脑�理、�?yōu)點(diǎn)、方式：因?yàn)樵陔娙葚?fù)載中產(chǎn)生的超前無功電流與在電感負(fù)載中產(chǎn)生的滯后無功電流能夠相互補(bǔ)償.所以在電力電動機(jī)電源終端并聯(lián)一個(gè)適當(dāng)容量的電容器，就可以使電動機(jī)所需的無功電流大部分由并聯(lián)的電容器供給，從而減少輸配電線路上的總電流，降低線路損耗。

設(shè)電動機(jī)正常工作時(shí)，線路輸運(yùn)的有功功率P是恒定的，無功功率為Q.，視在功率為S.，功率因數(shù)為c0s‘p. 若對該電動機(jī)的無功功率進(jìn)行就地補(bǔ)償，使其無功功率為Q ，視在功率為s2。這時(shí)我們可以看出，就地并聯(lián)安裝了一個(gè)Qc=(QrQ 的無功電容螢以后，電動機(jī)從電源吸收的無功功率就由原來的O.減到Q2，視在功率s2

隨機(jī)補(bǔ)償就是將低壓電容器組與電動機(jī)并接，通過控制、保護(hù)裝置與電機(jī)。同時(shí)投切。隨機(jī)補(bǔ)償適于補(bǔ)償電動的無功消耗.以樸勵(lì)無功為主，，此種方工可較好地限制農(nóng)網(wǎng)峰荷。這種方式具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活，維護(hù)簡單、事故率低等優(yōu)點(diǎn)。若電動機(jī)年運(yùn)行小時(shí)數(shù)大于800h。選用隨機(jī)補(bǔ)償較其他補(bǔ)償方式更經(jīng)濟(jì)，用戶的補(bǔ)償投資一般可在兩年內(nèi)全部收回且補(bǔ)償無功負(fù)荷效果最佳。

對于Y一起動的電動機(jī)，應(yīng)將補(bǔ)償電容器的三個(gè)接線端子連接到電動機(jī)的D4、D5、D6三個(gè)端子上，使電動機(jī)在Y連接起動時(shí)，同時(shí)也將三相電容器短接起來，當(dāng)起動完畢后。電動機(jī)進(jìn)入連接運(yùn)行時(shí)，電容器與電動機(jī)繞組并聯(lián)，投入正常的運(yùn)行。安裝補(bǔ)償電容器的電動機(jī)。不能承受反轉(zhuǎn)或反接制動。電動機(jī)仍在繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生相當(dāng)大的反電勢時(shí)，不能再起動應(yīng)避免電容器和電動機(jī)產(chǎn)生自激電壓。對于用戶的異步電動機(jī)，可以采取單臺補(bǔ)償?shù)姆绞�，但�?yīng)采取防止功率因數(shù)角超前和產(chǎn)生自勵(lì)過電壓的措施。對7.5kW及以上投運(yùn)率高的電動機(jī)最好進(jìn)行無功補(bǔ)償，為防止出現(xiàn)因過補(bǔ)而產(chǎn)生的諧振過電壓，燒毀電動機(jī)，應(yīng)將電動機(jī)空載時(shí)的功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)浇咏?.0。因?yàn)殡妱訖C(jī)空載時(shí)的無功負(fù)荷最小。補(bǔ)償后滿載的電動機(jī)功率因數(shù)仍為滯后，這樣就避免過補(bǔ)償現(xiàn)象的發(fā)生。將低壓電容器同設(shè)備一起投切，直接補(bǔ)償設(shè)備本身的無功損耗。

5.3補(bǔ)償容量的確定：單臺電動機(jī)的補(bǔ)償容量，應(yīng)根據(jù)電動機(jī)的運(yùn)行工況確定。機(jī)械負(fù)荷慣性小的(切斷電源后，電動機(jī)轉(zhuǎn)速緩慢下降的，如風(fēng)機(jī)等)，補(bǔ)償容量可按0.9倍電動機(jī)空載無功功率配置。

電動機(jī)的補(bǔ)充容量是按照其空載無功損選擇的。顯然電動機(jī)在負(fù)載情況下運(yùn)行時(shí)始終處于欠補(bǔ)償狀態(tài)。如果補(bǔ)償容量選擇過大.電動機(jī)在空載或輕載運(yùn)行時(shí)造成過補(bǔ)償。過補(bǔ)償?shù)碾妱訖C(jī)在切斷電源后，會因?yàn)殡娙萜鞣烹姸�供給電動機(jī)以勵(lì)磁。使旋轉(zhuǎn)電動機(jī)成為感應(yīng)發(fā)電機(jī)，造成過電壓運(yùn)行，對電動機(jī)和電容器均不利，要解決這一矛盾，必須把電容器與電動機(jī)分開控制，即在電動機(jī)投入運(yùn)行后，再井人電容器組;在電動機(jī)退出運(yùn)行前，先切斷電容器組�？梢姡�這種控制方式必然給運(yùn)行管理帶來不便，對于要求頻繁起動的電動機(jī)不便使用。

 

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