低压配电系统无功补偿

探讨低压配电系统无功补偿

摘要：笔者在审核一个工程项目结算时碰到这样的事项：原设计两台1250kva配电变压器，设计计算各台变压器电力负荷为876千瓦，设计自然功率因数为0.8,无功补偿后要求达到0.95,各配置两台270千乏电力电容器无功补偿柜；应供电部门的要求，需要将每台增加30千乏，改为补偿容量每台300千乏，建设单位办理了现场变更签证，要将已经按照设计图纸订货、进入现场的电容器补偿柜进行现场改装。笔者就无功补偿的原理、延革、目的、具体要求和如何有效实现无功功率补偿等，谈谈个人的认识，希望对电气专业技术人员和企业管理人员有所帮助。

关键词：低压配电系统发电厂输电

一、无功补偿问题的提出

（一）电力系统组成：

1．发电厂：通过燃烧煤炭、石油的热能或水能、核能等为发电机提供动能，从而产生电能。

2．输电线路：各种电压等级的输电线路负责电能的输送。

3．变电所：承担各种电压等级线路控制、电压的变换和分配电能。

4．配电线路和电力用户：配电线路（现在一般是110kv以下电压）是变电所至电力用户的线路，经过降压、再分配到达电力用户。

电能的产生、传输、分配和使用几乎是同时进行的，因为目前

电能仍然不能大量存储。所以保证可靠地持续供电、良好的电能质量和经济运行便是对电力系统基本要求。

（二）无功功率负荷和无功功率损耗

在各种用电设备中，除电热设备和白炽灯等纯阻性负荷只消耗有功功率、为数不多的同步电动机可发出一部分无功功率外，大多数都要消耗无功功率。用电负荷的自然功率因数都是滞后的，其值约为0.6～0.9（其中较大的数值对应于采用了大容量同步电动机的场合）。

1．变压器的无功功率损耗

变压器中的无功功率损耗分为两部分：励磁支路损耗和绕组漏抗损耗。其中，励磁支路损耗的百分值等于空载电流的百分值，约为1％～2％；绕组漏抗损耗，在变压器满载时，基本上等于短路电压的百分值，约为10％左右。

（1）对于一台变压器或一级变压的网络而言，变压器的无功功率损耗满载时约为它额定容量的百分之十几。

（2）对于多级电压网络，变压器中的无功功率损耗就相当大。以一个五级变压的网络（电厂10/220千伏升压→网络220/110、110/35、35/10、10/0.4→用户）为例，典型计算的结果如下表：变压器损耗情况变压器负载情况

所有变压器都满载所有变压器都半载

变压器励磁支路损耗7% 7%

变压器绕组漏抗损耗50% 12.5%

变压器总损耗57% 19.5%

变压器损耗／变压器负荷57/100 19.5/100

由此可见,系统中变压器的无功功率损耗占相当大的比例，较有功损耗大得多。

2．异步电动机无功功率损耗

中小型异步电动机普遍用于拖动各种机械的动力设备，约将全国发电总量的40%转化为机械能，y系列（ip23）电动机的平均功率因数为0.845，y系列(ip44)的平均功率因数为0.851。中国电监会2008年4月22日发布2007年度电力监管报告，2007年全国发电量达到32559亿千瓦时。如果按此口径计算，异步电动机耗有功电量达13023.6亿千瓦时,消耗无功电量8193.6亿千乏时（按照功率因数0.85计）。由这部分无功功率负荷电流引起的网络线损和变损的数额也是相当惊人的。

二、无功补偿的目的及具体要求

（一）无功补偿的目的。

视在功率s、有功功率p和无功功率q三者之间符合直角三角形的关系，为：

s=p+jq，s2＝p2＋q2，功率因数cosφ＝p/s。

发电厂的发电机只有在额定电压、电流、功率因数下运行时，视在功率才能达到额定值，其容量才能有效利用。只有通过进行无

功功率补偿，使系统各个节点实现无功功率的基本平衡，即尽量使q值达到合理数值，提高功率因数，减少无功功率在电力网上的流动，才能使电力系统电压稳定、损耗减少；提高发电、供电设备（发电机、线路、变压器）的利用率；提高用户用电设备（变压器、线路、开关）的利用率等等，这就是无功补偿的目的。

（二）无功补偿的具体要求。

采取优化分布无功功率电源，实现无功功率的平衡。

国家在上个世纪80年代，推行了提高电力用户功率因数的政策，在《全国供用电规则》（1983年8月25日水利电力部发布）中作出了明确规定。《全国供用电规则》第26条：无功功率应就地平衡。用户应在提高用电自然功率因数的基础上，设计和装置无功补偿设备，并做到随其负荷和电压变动及时投入或切除。防止无功电力倒送。用户在电网高峰负荷时的功率因数应达到下列规定：高压供电的用户和高压供电装有带负荷调整电压装置的电力用户，功率因数为0.90以上；

其他100千伏安（千瓦）及以上电力用户和大、中型电力排灌站，功率因数为0.85以上;

趸售和农业用电，功率因数为0.80以上。

部分功率因数（cosφ）及有功／无功（tgφ）与电费调整对照表

实际平均功率

因数（cosφ）% 无功/有功(比值) 对应调整标准的电费调整率

85% 90%

…………

95 0.3106～0.3461 -2.5 -2.5

94 0.3462～0.3793 -2.2 -2.2

93 0.3794～0.4107 -2.2 -2.2

92 0.4108～0.4409 -2.0 -2.0

91 0.4410～0.4700 -2.0 -2.0

90 0.4701～0.4983 -1.5 0

89 0.4984～0.5260 -1.5 +0.5

88 0.5261～0.5532 -1.0 +1.0

87 0.5533～0.5800 -1.0 +1.5

86 0.5801～0.6065 -0.5 +2.0

85 0.6066～0.6328 0 +2.5

84 0.6329～0.6589 +0.5 +3.0

83 0.6590～0.6850 +1.0 +3.5

82 0.6851～0.7109 +1.5 +4.0

81 0.7110～0.7370 +2.0 +4.5

…………

表注: “对应调整标准的电费调整率”栏内“+”表示加收电费