农村配电网无功分散补偿方案浅析

0 前言

2011年1月5日温家宝总理主持召开国务院常务会议，决定实施新一轮农村电网改造升级工程。会议提出，在“十二五”期间，使全国农村电网得到改造，基本建成安全可靠、节能环保、技术先进、管理规范的新型农村电网。同时，发改委印发的《农村电网升级技术原则》明确了农网改造建设方向和技术改造标准。其中，无功补偿将是供电网络节能环保建设的一个要点。

1 配电线路进行无功补偿的原理。

(1)当电流通过线路时，其有功功率损耗为：△P=3I2R×10-3 或△P=3×(P/UcosΦ)2×R×10-3 。

式中：△P--线路的有功功率损耗kW;I--线路通过的电流A;R--线路每相电阻Ω;P--线路输送的有功功率kW;Q--线路输送的无功功率kvar;cosΦ--线路负荷的功率因数。

由上式可知，有功功率损失和功率因数的平方成反比，提高功率因数可以大量降低线损。当功率因数由0.6提高到0.8时，线损下降将近一半。

(2)改善用户电压质量。其中，线路电压损失的公式为：△U=(PR QX)/U×10-3。

式中△U--线路电压损失kV;U--线路电压kV;P--线路有功负荷kW;Q--线路无功负荷kvar;X--线路感抗Ω;R--线路电阻Ω。

由上式可以看出，提高系统功率因数，减少线路输送的无功负荷，则电压损失将下降。

(3)减小系统元件的容量，提高电网的输送能力。

视在功率S=P/cosΦ，由此可以看出，提高功率因数在输送同样的有功功率情况下，设备安装容量可以减少，节约了投资。如设备安装容量不变则可增大有功功率输送量。安装电容器提高输送有功功率所得的效益，可按下式确定：△P/Q=(cosΦ2-cosΦ1)/cosΦ2(tgΦ1-tgΦ2)。

式中△P--有功功率的增加量;Q--达到△P所需要的无功功率;cosΦ1、cosΦ2--补偿前、后的功率因数。

如果cosΦ由0.8提高到0.95，每kvar电容器节约配电线路上的变压器及其它设备安装容量约为0.38kVA。而网络上每kVA安装容量的造价为每kvar电容器价格的几十倍以上。

2 配电线路无功补偿的做法及分配方案

(1)无功补偿的做法：将低压自愈式电容器装设在配电变压器低压出口处，随变压器同时投切，直接补偿变压器本身消耗的无功及补偿部分感性负载所需的无功。

(2)分配方案：

①补偿容量的选择：补偿容量由电力负荷及补偿前和要求补偿提高后的功率因数值决定。计算公式如下：Qbch=Ppj(tgΦ1-tgΦ2) 或Qbch=Ppj(1-tgΦ2/tgΦ1)。

式中Qbch--所需的补偿容量kvar ;Ppj--最大负荷月的平均有功负荷kW ;Qpj--最大负荷月的平均无功负荷kvar;tgΦ1--补偿前的功率因数cosΦ1的正切值;tgΦ2--补偿后要求达到的功数因数cosΦ2的正切值。

②配电线路各支线电容器的合理分配：

辐射状的配电网络中，设Q1、Q2、Q3……Qn为补偿前各条支线的平均无功负荷;Qbc1、Qbc2……Qbcn为各条支线上要安装电容器的无功功率;R1、R2、R3……Rn为各条支线的计算电组(其数值为每一支线的电阻值乘以系数α而得，一般α取0.55)。 装设电容器的所有各条线路的等值电阻Rd为： Rd=1/(1/R1 1/R2 1/R3……1/Rn)

计算结果表明，符合下式的条件时，电容器的无功补偿效果最好，即：(Q1-Qbc1)R1=(Q2-Qbc2)R2=……=(Q-Qbc)Rd

因此，安装于各条支线上电容器无功功率的最合理分配为：

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

式中Q-整条线路补偿前的无功负荷 ，Qbc-整条线路补偿后的无功负荷 。

3 配电线路上装设电容器后的效果。

以某供电局的10kV线路为例，该线路总长7.626km(线号为LGJ-70导线)，配电变压器105台，合计7100kVA。2011年4月份该线路的有功电量为45.41万kW·h，无功电量为74.44万kvar·h，功率因数为：cosΦ=45.41/45.412 74.442=0.61;配电变压器无功消耗计算值：Qtr=7100×0.08×720=40.896万kvar·h 。由此看出配电变压器的无功损耗占该线路总无功电量的55%，线路传输的无功电量理论值为：Qx1=22.305万kvar·h，占该线路总无功电量的29.6%，剩下的11.239万kvar·h(15.4%)是其它感性无功损失。由此说明配电变压器的固定无功损耗所占比重大，是整个配电网功率因数偏低的主要原因。2011年6月份根据理论计算在该线路分散装设了800kvar低压自愈式电容器后，通过实测，该线路功率因数从0.61提高到0.90左右，低压用户侧电压提高了10～15V，线损率由补偿前的21%下降到14%左右。由此可见，分散装设电容器效果显著。

4结束语

农村用电的特点是分散性和季节性，功率因数和负载率都很低，无功损耗十分严重。对此，采用低压无功就地补偿，把补偿范围延伸到低压侧的做法，从整体节能来考虑是比较彻底的。所以，只要能合理配置农村配电变压器的无功补偿电容器，加强设备的运行管理，不仅能减少线路损耗，增加线路输送容量，还能改善电压质量和提高电网运行的经济性，增加可观的经济效益。