10KV配電線路無功補償裝置

1。為提高10KV配電線路的供電可靠性和供電可靠率，使電力係統運行穩定、**、經濟。通過城、農網的建設與改造工作，對10KV配電線路加裝無功補償裝置係統，能使配電網供電能力和客戶端電壓質量明顯改善、供電可靠性顯著提高。

2。國家電力公司下發關於電力行業創**的文件中，要求10KV功率因數不小於0.9，線損不大於5％，及電壓質量和無功補償的運行管理等內容，其主要解決的問題關鍵之一，是在10KV線路中投入一定的電容器，采用固定或自動相結合的投入方式實現無功補償。如果在一條供電線路中投入固定的電容器組，一般是按線路低負荷進行計算，而自動補償量是在線路滿負荷時計算出來的值，一條線路有固定和自動補償兩種方式相互配合，即可達到理想的效果。

3。無功補償的原則是就地平衡，根據農網配電線路的實際情況比較複雜，不可能是統一模式，所以要采用分散和集中、固定和自動相結合的方法，分三步進行：一是變電所內按主變壓器容量的15％左右安裝固定補償電容器組。二是在線路負荷中心或某處按低負荷時的無功需求量安裝固定補償電容器組。三是在線路負荷中心的上側安裝自動補償電容器組。

4。對於農網主要使用的10KV配網係統，完整的無功補償應該包括變電站集中補償、10KV線路補償和用戶端低壓補償，再加上隨機補償，即“3級補償＋隨機補償”（“3＋1”模式）。

經驗估算：當COSφ約在0.6～0.7時，可按饋路實際負荷的15％左右補償；或按無功缺口的2／3補償。

5。考慮到兼顧降低線損、提高力率與電壓的效果，線路補償原則是通過在線路電杆上安裝電容器實行單點或多點電容器補償，單點補償地點選在離線路端2／3處，補償的容量應為無功負荷的2／3；兩點補償分彆裝設在距端2／5和4／5處；若線路較長，負荷較大，實施固定補償與自動補償相結合、在線路上三點進行分散補償：組裝設在該線路2／7處為固定補償；**組為自動補償，裝設在該線路的4／7處，也是負荷較為集中地段；第三組為固定補償，裝設在該線路的6／7處；多點補償是采用分支線分段補償方式，對分支較大或線路較長負載自然功率因數低的線路進行補償。根據農村實際狀況，農網線路補償的補償點不宜過多；控製方式應從簡；保護方式可采用熔斷器和避雷器作為過電流和過電壓簡單保護。

6。確定某一條配電線路的補償容量，應根據該線路的平均無功負荷和*小無功負荷計算，當線路的*小無功負荷小於平均無功負荷的2／3時，考慮到無功不應倒送，可安裝固定的補償裝置，但應按*小無功負荷確定補償容量。當線路中有較大無功負荷點時，除應考慮與線路始端的距離外，也應考慮大的無功負荷點。實際裝設補償裝置每組以100～200KVAR為宜。

無功功率補償容量的選擇方法無功補償容量以提高功率因數為主要目的時，補償容量的選擇分兩大類討論，即單負荷就地補償容量的選擇（主要指電動機）和多負荷補償容量的選擇（指集中和局部分組補償）。

1。單負荷就地補償容量的選擇的幾種方法：

1）美國資料推薦：QC＝（1／3）PE【額定容量的1／3】

2）日本方法：從電氣計算日文雜誌中查到：1／4～1／2容量計算

3）經驗係數法：由於電機極數不同，按極數大小確定經驗係數選擇容量比較接近實際需要的電容器，采用這種方法一般在70％負荷時，補後功率因數可在0.95～0.97之間。

經驗係數表：

電機類型一般電機起重電機冶金電機

極數246810810

補償容量（KVAR／KW）0.20.2～0.250.25～0.30.35～0.40.50.60.75

電機容量大時選下限，小時選上限；電壓高時選下限，小時選上限。

4）QC＝P【－】

實際測試比較準確方法此法適用於任何一般感性負荷需要**補償的就地補償容量的計算。

5）如果測試比較麻煩，可以按下式

QC≤UEIO×10－3（KVAR）

IO－空載電流＝2IE（1－COSφE）瑞典電氣公司推薦公式

6）按電動機額定數據計算：

Q＝K（1－COS2φE）3UEIE×10－3（KVAR）

K為與電動機極數有關的一個係數

極數：246810

K值：0.70.80.850.9

2。多負荷補償容量的選擇：

1）對已生產企業欲提高功率因數，其補償容量QC按下式選擇：

QC＝KMKJ（TGφ1－TGφ2）／TM

式中：KM為*大負荷月時有功功率消耗量，由有功電能表讀得；KJ為補償容量計算係數，可取0.8～0.9；TM為企業的月工作小時數；TGφ1、TGφ2意義同前，TGφ1由有功和無功電能表讀數求得。

2）對處於設計階段的企業，無功補償容量QC按下式選擇：

QC＝KNPN（TGφ1－TGφ2）

式中KN為年平均有功負荷係數，一般取0.7～0.75；PN為企業有功功率之和；TGφ1、TGφ2意義同前。TGφ1根據企業負荷性質查手冊近似取值，也可用加權平均功率因數求得COSφ1。

多負荷的集中補償電容器安裝簡單，運行可靠、利用率較高。因此這種方法選擇的容量，對於低壓來說*好采用電容器組動態控製補償，即根據負荷大小動態投入無功補償容量的多少。

無功補償的效益在現代用電企業中，在數量眾多、容量大小不等的感性設備連接於電力係統中，以致電網傳輸功率除有功功率外，還需無功功率。如自然平均功率因數在0.70～0.85之間。企業消耗電網的無功功率約占消耗有功功率的60％～90％，如果把功率因數提高到0.95左右，則無功消耗隻占有功消耗的30％左右。由於減少了電網無功功率的輸入，會給用電企業帶來效益。

1。節省企業電費開支。提高功率因數對企業的直接經濟效益是明顯的，因為國家電價製度中，從合理利用有限電能出發，對不同企業的功率因數規定了要求達到的不同數值，低於規定的數值，需要多收電費，高於規定數值，可相應地減少電費。可見，提高功率因數對企業有著重要的經濟意義。

2。提高設備的利用率。對於原有供電設備來講，在同樣有功功率下，因功率因數的提高，負荷電流減少，因此向負荷傳送功率所經過的變壓器、開關和導線等供配電設備都增加了功率儲備，從而滿足了負荷增長的需要；如果原網絡已趨於過載，由於功率因數的提高，輸送無功電流的減少，使係統不致於過載運行，從而發揮原有設備的潛力；對尚處於設計階段的新建企業來說則能降低設備容量，減少投資費用，在一定條件下，改善後的功率因數可以使所選變壓器容量降低。因此，使用無功補償不但減少初次投資費用，而且減少了運行後的基本電費。

3。降低係統的能耗。補償前後線路傳送的有功功率不變，P＝UICOSφ，由於COSφ提高，補償後的電壓U2稍大於補償前電壓U1，為分析問題方便，可認為U2≈U1從而導出I1COSφ1＝I2COSφ2。

即：I1／I2＝COSφ2／COSφ1，這樣線損P減少的百分數為：

ΔP％＝（1－I22／I12）×100％＝（1－COS2φ1／COS2φ2）×100％

當功率因數從0.70～0.85提高到0.95時，由（2）式可求得有功損耗將降低20％～45％。

4。改善電壓質量。以線路末端隻有一個集中負荷為例，假設線路電阻和電抗為R、X，有功和無功為P、Q，則電壓損失ΔU為：

△U＝（PR＋QX）／UE×10－3（KV）兩部分損失：PR／UE→輸送有功負荷P產生的；QX／UE→輸送無功負荷Q產生的；

配電線路：X＝（2～4）R，△U大部分為輸送無功負荷Q產生的

變壓器：X＝（5～10）R，QX／UE＝（5～10）PR／UE變壓器△U幾乎全為輸送無功負荷Q產生的。可以看出，若減少無功功率Q，則有利於線路末端電壓的穩定，有利於大電動機的起動。因此，無功補償能改善電壓質量（一般電壓穩定不宜超過3％）。對於無功補償應用的主要目的是改善功率因數，減少線損，穩定電壓。

5。三相異步電動機通過就地補償後，由於電流的下降，功率因數的提高，從而增加了變壓器的容量，計算公式如下：

△S＝P／COSφ1×【（COSφ2／COSφ1）－1】

如一台額定功率為155KW水泵的電機，補前功率因數為0.857，補償後功率因數為0.967，根據上麵公式計算其增容量為：

（155÷0.857）×【（0.967÷0.857）－1】＝24KVA

無功補償裝置的應用實例采取低壓動態無功補償裝置節能降損的效果舉例說明。

例1：某供電企業給某澱粉廠加裝470KVAR低壓動態補償電容櫃，設定補償限值COSφ為0.95，小於限值則動態順序投入電容器組。如功率因數超前，向線路反送無功功率，則開始順序切除電容器，使功率因數在一個相對穩定的區域保持動態平衡。試機時一次電流1050A，COSφ＝0.7，裝置動態投入400KVAR後，功率因數接近到1，一次電流變為750A，電流是補償前的電流的70％，即減少線路電流30％左右。

表1列出了補償前後參數的變化：

注：按現場控製盤儀表指示

例2：某供電企業給某造紙廠加裝500KVAR低壓動態補償櫃，補償前功率因數≤0.75，線路電流1300A，動態補償到功率因數為0.96後一次電流是1000A，直觀減少線路電流25％左右。

根據電路原理，線路的損耗與負荷電流的平方成正比，線路電流大則損耗大，線路電流減小則線損減少，例1中，補償前電流為I，補償後電流大約為0.7×I，根據DP＝3I2R，所以補償後的線路損耗為補償前線路損耗值的49％，線路損耗降低了大約51％左右。例2中線路補償後電流大約是補償前電流的0.77，所以補償後的線路損耗大概是補償前線路損耗的59％。

推算出補償前後功率因數的變化與線路損耗變化的關係：

按表2所示：例1功率因數從0.7提高到1，補償後的線路損耗為補償前線路損耗的49％；線路功率因數從0.75提高到0.95後，線路損耗為補償前的63％，降低線損效果明顯。

例3：某市能源監測中心於2006年4月24、29、30日對某氨綸股份有限公司B區製冷機、空壓機電機進行了電機補償裝置的安裝調試，從安裝後測試結果看，平均降低電流22－51（A），電機功率因數提高到0.98，（見測試結果對比表），減少了公司內部低壓電網的消耗，從而達到了節電的目的。

測試結果對比表：

由於電流減少，變壓器的銅損及公司內部的低壓損耗都降低。

配電係統電流下降率△I％＝（1－0.87／0.98）×100％＝11％；

配電係統損耗下降率△P％＝（1－0.872／0.982）×100％＝11.2％

該公司B區製冷機、空壓機電動機補償的總容量為780千乏，電流平均總下降518（A），依據GB／T12497－1997中計算公式，安裝電動機補償裝置後，年可節電量＝補償容量×無功經濟當量×年運行時間＝780×0.04×24×300＝224640KWH，節約價值11.2萬元，補償投資費用（包括設備的購置、安裝及現場調試）為：6.24萬元。（80元／千乏）

用戶低壓端無功補償裝置一般按照用戶無功負荷的變化動態投切補償電容器，達到動態控製的目的，可以做到不向高壓線路反送無功電能。在配電網中，若各用戶低壓側配置了足夠的無功補償裝置，則可使配電線路中的無功電流*小，也使配電線路的有功功率損耗*小，這是*理想的效果。另外，線路中的無功電流小，也使線路壓降減少，電壓波動減少。

智能低壓動態無功補償技術電力電子技術、智能控製技術和信息通信技術的不斷發展，帶動了許多電力新技術、新設備的不斷出現，近年來隨著城鄉電網改造的進行，智能無功補償技術在各地低壓配電網的公用配變被廣泛應用，它集低壓無功補償、綜合配電監測、配電台區的線損計量、電壓合格率的考核、諧波監測等多種功能於一身；同時還充分考慮了與配電動態化係統的結合。

一、傳統的低壓無功補償設備的狀況：

1。采集單一信號，采用三相電容器，三相共補

這種補償方式適用於負荷主要是三相負載（電動機）的場合，但如果當前的負載主要為居民用戶，三相負荷很可能不平衡。那麼各相無功需量也不同，采用這種補償方式會在不同程度上出現過補或欠補。

2。投切開關多采用交流接觸器

其響應速度較慢，在投切過程中會對電網產生衝擊湧流，使用壽命短。

3。無功控製策略

控製物理量多為功率因數，投切方式為：循環投切。此策略冇有考慮電壓的平衡關係與區域的無功優化。

4。通常不具備配電監測功能

二、智能動態無功補償設備狀況：

1。補償方式

1）固定補償與動態補償相結合

隨著社會的發展，負載類型越來越複雜，電網對無功要求也越來越高，因此單純的固定補償已經不能滿足要求，新的動態無功補償技術能較好地適應負載變化。

2）三相共補與分相補償相結合

新的設備尤其是大量的電力電子、照明等家居設備，都是單相供電，電網中三相不平衡的情況越來越多，三相共補同投同切已無法解決三相不平衡的問題，而全部采用單相補償則投資較大。因此根據負載情況充分考慮經濟性的共分結合方式在新的經濟條件下日益廣泛應用。

3）穩態補償與快速跟蹤補償相結合

穩態補償與快速跟蹤補償相結合的補償方式是未來發展的一個趨勢。主要是針對大型的鋼鐵冶金等企業，工藝複雜、用電量大、負載變化快、波動大，充分有效地進行無功補償，不僅可以提高功率因數、降損節能，而且可以充分挖掘設備的工作容量，充分發揮設備能力，提高工作效率，提高產量和質量，經濟效益大。

2。采用先進的投切開關

目前采用的投切開關主要有以下幾種。

1）過零觸發可控矽投切開關

其特點是動態響應快，在投切過程中對電網無衝擊、無湧流，壽命較長，目前運用比較普遍。

2）機電一體化智能複合開關

該開關由交流接觸器和可控矽並聯運行，綜合兩種開關的優點，既實現了快速投切，又降低了功耗。

3。采用智能型無功控製策略

采集三相電壓、電流信號，跟蹤係統中無功的變化，以無功功率為控製物理量，以用戶設定的功率因數為投切參考限量，依據模糊控製理論智能選擇電容器組合，智能投切是針對星—角結合情況。電容投切控製采用智能控製理論，動態及時地投切電容補償，補償無功功率容量。根據配電係統三相中每一相無功功率的大小智能選擇電容器組合，依據“取平補齊”的原則投入電網，實現電容器投切的智能控製，使補償精度高。

1）科學的電壓限製條件

可設定的過、欠壓保護值，可設置諧波電壓保護，具缺相保護功能，以無功功率為投切門限值。

2）可設置投切延時

延時時間可調（既可支持快速跟蹤無功補償，也可支持穩態補償），同組電容投切動作時間間隔可設置，對快速跟蹤補償可設置為零。

4。集成綜合配電監測功能

綜合配電監測功能集配電變壓器電氣參數測量、記憶、通信於一體，是一套比較完整的配電運行參數測量機構，是低壓配電電網中考核單元線損的理想手段。它能隨時為電網管理人員提供所需要的各類數據，是為電網的**運行和經濟運行提供可靠的管理依據，是配電電網動態化係統的基本組成部分。主要功能如下：

實時監測配變三相數據：電壓、電流、功率、功率因數、頻率（2～25次諧波）；

累計數據記錄、整點數據記錄和統計數據記錄功能，累計計量有功、無功電量；

查詢統計分析功能並根據輸入條件生成各種報表、曲線、棒圖。

一般都配有相關的後台處理軟件，大多數可實現網絡多機操作與數據共享。

5。集成電壓監測功能

根據電壓檢測儀標準進行采樣與數據統計處理，便於用戶考核電壓合格率，可用於電壓監測考核。

6。集成在線諧波監測功能

監測終端采用DSP作為CPU，應用FFT快速傅立葉算法，可**計算測量出電壓、電流、功率因數、有功及無功電量等配電參數，還可以分析2～25次諧波，從而實現在線的諧波監測功能，該數據可根據用戶要求在後台軟件上進行分析處理。

7。通信

監控終端充分地考慮了設備的可持續性使用，采用標準的RS232、RS485接口，可根據用戶要求特殊配置MODEM、現場總線（PROFIBUS）等，與配網動態化係統有機結合。具體通信方式有以下幾種，或是其一或是多種方式的結合。

手工抄表：有線、無線等多種抄表方式。

直接通信：與配電動態化係統接口，為用戶提供了多種解決方案以適應不同的配網動態化係統與子站或主站的直接通信。