电网无功补偿运行方式

巧家县电网

无功补偿运行方式

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巧家供电有限责任公司 2006年1月10日

巧家县电网无功补偿运行方式

一、无功补偿运行方式的配置原则和调整手段

配置原则：

1.电力系统配置的无功补偿装置应能保证在系统有功负荷高峰和负荷低谷运行方式下,分(电压)层和分(供电)区的无功平衡。无功补偿配置应根据电网情况,实施分散就地补偿与变电站集中补偿相结合,电网补偿与用户补偿相结合,高压补偿与低压补偿相结合,满足降损和调压的需要。

2.各级电网应避免通过输电线路远距离输送无功电力。

3.受端系统应有足够的无功备用容量。当受端系统存在电压稳定问题时,应通过技术经济比较,考虑在受端系统的枢纽变电站配置动态无功补偿装置。

4.各电压等级的变电站应结合电网规划和电源建设,合理配置适当规模、类型的无功补偿装置。所装设的无功补偿装置应不引起系统谐波明显放大,并应避免大量的无功电力穿越变压器。

5.35KV及以上电压等级的变电站,主变压器高压侧应具备双向有功功率和无功功率(或功率因数)等运行参数的采集、测量功能。

6.为了保证系统具有足够的事故备用无功容量和调压能力,并入电网的发电机组应具备满负荷时功率因数在0.85(滞相)～0.97(进相)运行的能力,新建机组应满足进相0.95运行的能力。

7.电力用户应根据其负荷性质采用适当的无功补偿方式和容量,在任何情况下,不应向电网反送无功电力,并保证在电网负荷高峰时不从电网吸收无功电力。

8.并联电容器组和并联电抗器组宜采用自动投切方式。

总之，在无功补偿设备的配置上，主要是考虑分层分区就地平衡的原则：对于110KV及以下的供电网的无功补偿，遵循用户就地补偿最大原则，实现无功功率的分区和就地平衡，防止电压大幅波动。

调整手段：

无功分布调节的主要手段包括调节发电机的无功功率输出、投切电容器（电抗器）、调节变压器的分接头以及改变系统运行方式等。

二、无功补偿依据

为了达到减少网损及改善各级电压网络的电能质量目的，电力系统运行调度部门往往规定了各级电网或各类用户的功率因数，有的国家要求达到0.95～0.99，在低谷时甚至达到1.0。我国按《功率因数调整电费力法》，《电力系统电压和无功管理条例》的规定，要求“高压供电企业及装有带负荷调整电压设备的用户，功率因数在0.95以上，其他电力用户功率因数在0.90以上，趸售和农业用户功率因数为0.8以上”。用电容器补偿降低了电能损耗，提高电网运行的经济性。但这只是事物的一方面，从另一方面讲，装设电容器又需要一定的投资，而电容器本身也还有一定的有功损耗及电能损耗，当补偿容量增大时，这方面的支出也随着增大，又降低了电力网运行的经济性。综合两方面的因数，按经济上合理的条件求出相应的补偿容量，一般经济上合理的补偿容量，可以按年计算费用最小来决定。应当指出，由于农网负荷变化较大，并非功率因数越高越好，从经济效果和防止过电压角度考虑，宜采用“欠补偿”，防止低谷负荷或低负荷时的过补偿而引起的过电压现象。在无功负荷较集中的地方实行就地补偿，同时按网损微增率或无功负荷最优分布原则分配补偿容量，力求最佳经济效益。

1.低压电网功率因数

低压电网中的电感性无功负荷应用电力电容器予以就地充分补偿，一般在最大

负荷月的月平均功率因数应达到以下规定：

农村公用配电变压器不低于0.85；

100KVA以上的电力用户不低于0.9；

低压电力网中的无功补偿应按下列原则设置：

固定安装年运行时间在1500h以上，且功率大于4.0KW的异步电动机，应实行就地补偿，与电动机同步投切。

2.最大综合补偿

当电网需要增设的容理确定后，即按照“全面规划、合理布局，分级补偿、就地平衡”的总原则，合理的配置无功容量，以便取得最大的综合补偿效益。具体要求是：

（1）既要满足全区（地区或县）的无功功率平衡，还要满足分区（供电区）、分所（变电所）的无功平衡，尽可能地使长距离输送的无功量少，最大限度地减少功率及电能损耗。

（2）集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为主。既要在变电所进行集中补偿，又要在配电线路及部分用户进行分散补偿，但大部分补偿设备应配置在配电网络中，以实现就地就近补偿。

（3）降损与调压相结合，以降损为主。

（4）供电部门补偿与用电部门补偿相结合。据统计分析，无功功率大约有50%消耗在用户方面，剩下的约50%左右消耗在电力网的损耗上。因此，供电部门与用户共同进行补偿是适宜的。

三、农村电网无功补偿优化配置方法

配电网无功补偿包括：变电站集中补偿、低压集中补偿、杆上无功补偿和用户终端分散补偿。根据就地补偿原则，农村电网无功补偿宜采用集中补偿和分散补偿

相结合的方案。集中补偿就是在35/10KV变电所补偿，分散补偿就是在低压电网或10KV线路上补偿。

（一）变电所集中补偿

针对输电网的无功平衡，在变电所进行集中补偿，补偿装置包括并联电容器、同步调相机、静止补偿器等，主要目的是靠近配电线路前段（靠近配电所的线路）输送无功，改善输电网的功率因数、提高终端变电所的电压和补偿主变压器的无功损耗，同时兼顾调压。这些补偿装置一般连接在变电所的10KV母线上或高压供电用户降压变电所母线上，也包括集中装设于电力用户总配电室低压母线上的电容器组。补偿容量通常按主变压器容量的15%～30%配备，具有管理容易，维护方便等优点。为了实现变电所的电压控制，通常无功补偿装置（一般是并联电容器）结合有载调压抽头来调节。通过两者的协调来进行电压/无功控制是比较有效的方法。

（二）10KV线路集中和分散补偿

低压配电网络具有分布范围广、节点多、负荷特性不一、负荷变化大等特点，以往仅仅根据大概估计与人工短时测量的方法对低压配电网进行监视，安全性、可靠性与准确度均较低，无法了解各相有功、无功负荷的变化情况。根据现代配电网络的运行管理需要，无功补偿设备也应具有先进的数据采集与储存分析功能，通过高速率采样监测电网各种交流量，并整点记录，便于对电网运行数据进行总结与分析。

我县10KV线路大多是多分支的单相辐射型供电方式。这些线路的特点是：负荷率低，符合季节性波动大，配电变压器的平均负荷率低，供电半径长，无功消耗大，末端电压质量差。在配电线路上进行分散补偿，能显著改善电力线路的运行性能，降低电能损耗，提高供电网络的电压质量。

配电线路的分散补偿，是指把一定容量的高压并联电容器分散安装在供电距离

远、负荷重、功率因数低的10KV架空线路上，主要补偿线路上的感性电抗所消耗的无功功率和配电变压器励磁无功功率损耗，还可提高线路末端电压。

1.配电线路无功补偿确定安装地点和装设容量原则

（1）就近补偿适用于线路主干线长度超过10km、超过经济电流密度运行的重负荷线路、电压质量差的线路。

（2）防止轻载时向电网倒送无功，容量选择以补偿局部电网中配电变压器的空载损耗总值为度。

（3）合理选择安装地点。

2.配电线路无功补偿安装位置及补偿容量的确定

无功补偿装置安装地点的选择应符合无功就地平衡的原则，尽可能减少主干线上的无功电流为目标。一般对于均匀分布无功负荷的配电线路，其补偿容量和安装位置按[2n/(2n+1)]（其中n为不小于1的整数）规则，求得最优补偿方案。考虑到无功补偿装置的运行维护、补偿效益及投资回收期限，沿线的无功补偿点以安装一处为宜，最多不应超过两处，可以直接连接在于主干线上和较大的分支线上，每一个补偿点的容量不宜超过100～150kvar。

配电线路上无功补偿容量应适当控制，并且在线路负荷低谷时，不应出现过补偿现向系统倒送无功。负荷在线路上的分布状态不同，安装地点也不同，具体位置应根据负荷分布特点和容量的大小计算确定。具体可查无功补偿容量表。

（三）用户分散补偿

我县城镇低压用户的用电量有快速增长，企业、厂矿、居民小区等对无功需求都很大，直接在用户末端进行无功补偿恰当地降低电网的损耗和维持网络的电压水平。工厂、车间安装的异步电动机，如果就地补偿时有困维时可在动力配电室集中补偿。GB50052-1995《供电系统设计规范》指出，容量较大，负荷平稳且经常使用

的用电设备无功负荷宜单独就地补偿。

（四）10KV/0.4KV配电变压器的随机补偿

配电变压器随机补偿，是将低压补偿电容器直接安装在配电变压器低压侧，与配电变压器同步投切，用以补偿配电变压器自身励磁无功功率损耗和感性用电设备的无功功率损耗。

1.随机补偿的原则

10KV/0.4KV配电变压器的补偿位置一般在出口处的总保险后，这样可用配电变压器低压绕组作为放电线圈，配电变压器低压侧总保险作为总保护。无功补偿装置容量的选择，应根据实际负荷水平按提高功率因数的要求合理配置。随着负荷的变化，配电变压器随机补偿方式应使用无功自动补偿装置自动投切一部分电容器组，以达到最佳补偿功率因数。

2.配电变压器低压侧无功功率的优点是接线简单，维护管理方便，能有效的补偿配电变压器空载无功，要在占配电网无功负荷的约41.40%处就地平衡，大大降低了有功损耗和电压损耗，可以满足负荷就动时最低补偿的需要，避免轻载时过补，减少与电容器配套的开关、放电电阻、保护设备等附件的投资，减少电容器的投切次数、延长寿命，同时减少工作量，电容器运行小时数最高，因而发挥的作用也最大。

3.补偿容量的确定

（1）农网配变负荷率一般都很低，据统计年平均负荷率为8%，所以只要对每台变压器都进行就地补偿，就可以补偿农网总无功负荷的约50%，是目前补偿无功最有效的手段之一。根据巧家县城公用配变的容量、负荷与自然功率因数情况，应当合理选择低压无功补偿装置的补偿容量，一般以30～60 kvar为宜。

（2）配电变压器低压侧补偿容量不宜过大，否则不但不经济，而且在变压器空载或者负荷较时，还会造成过补偿，使功率因数角超前、无功功率向电力系统倒送电和

电源电压升高。

（3）为防止发生过补偿现象，其补偿容量不应超过配电变压器的无功功率，补偿容量和选择应同时考虑两个方面：①补偿配电变压器本身的无功功率损耗；②当低压电网的 cos﹤0.9时，补偿到 cos=0.9所需的无功功率。由于配网负荷普

遍存在三相负荷不平衡情况，建议在负荷较大的配变台区安装具有分相投切的无功补偿装置，根据“取平补齐”原则，以共补2～4组、分补1组或2组为宜。

4.补偿方式

低压配电系统中的无功功率补偿方式在用户变压器低压侧安装低压三相电力电容器组，在测得采样相（多为B相）的功率因数后，便依据此值投切本相电容器组对本相负载的无功功率作集中补偿。这种补偿方式在以三相负荷为主的低压供配电系统中表现优异，但在以单相负荷为主的低压供配电系统中，由于三相间无功负荷不平衡，且这种不平衡无法通过调配三相负载等手段来消除，所以若是采用低压三相电力电容器组按采样值对三相进行无功补偿，则补偿后三相功率因数不一致。采样相补偿效果好，而另外两相则会经常出现欠补偿或是过补偿。欠补偿使得安装的电力电容器组不能完全发挥作用，线路中仍然流过较大的无功电流而增加电能损耗；而过补偿则将向电网输送无功电流，是电力系统中所禁止的。

如果采用单相电容器组按每相测出的功率因数值对三相分别进行无功补偿，则完全可以避免对电网中无功功率过补偿或欠补偿情况的发生，充分发挥电力电容器组的对无功负荷的补偿作用，改善电能质量，减少系统中的电能损耗。

分相补偿对电容器额定容量的选择应注意与变压器容量相匹配。如果选择大容量的电容器组来补偿小容量变压器，则将往往难以精确补偿；而若是采用小容量电容器组补偿大容量变压器，则将会导致电容器的投切频繁。而电容器投切频繁对开关电器是极为不利的，因此应减少电容器的投切次数。

（五）低压电动机的随机补偿

随机补偿就是将低压电容器组与电动机并接，通过控制、保护装置与电机同时投切。随机补偿适用于补偿电动机的无功消耗，以补励磁无功为主，此种方式可较好地限制农网无功峰荷。这种方式具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活，维护简单、事故率低等优点。对于Y-起动的电动机，应将补偿电容器的三个接线端子连接到电动机的D4、D5、D6三个端子上，使电动机在Y连接起动时，同时也将三相电容器短接起来，当起动完毕后，电动机进入连接运行时，电容器与电动机绕组并联，投入正常的运行。需注意的是安装补偿电容器的电动机，不能承爱反转或反接制动。电动机仍在继续运转，并产生相当大的反电势时，不能再起动。应避免电容器和电动机产生自激电压。

总的说来，为使低压无功补偿收到实效，有效降低配网线损、改善电压质量，在安装实施无功补偿后还要重视监视维护与分析工作，不能“只装不管”，因电容器组的安装只是无功补偿工作的开始。因此，供电部门应考虑制定相应的低压无功补偿设备运行维护制度，明确职责，落实到人，通过定期检查、采集运行数据与分析补偿效果，保证设备的安全可靠运行，并发挥实效

四、农网现阶段无功补偿存在的问题

1.补偿方式问题。目前很多电力部门对无功补偿的出发点为就地补偿，不向系统倒送无功，即只注意补偿功率因素，不是立足于降低系统电网的损耗。

2.谐波问题。电容器具有一定的抗谐波能力，但谐波含量过大时会对电容器的寿命产生影响，甚至造成电容器的过早损坏；并且由于电容器对谐波有放大作用，因而使系统的谐波干扰更严重。

3、无功倒送问题。无功倒送在电力系统中是不允许的，特别是在负荷低谷时，无功倒送造成电压偏高。

4、电压调节方式的补偿设备带来的问题。有些无功补偿设备是依据电压来确定无功投切量的，这有助于保证用户的电能质量，但对电力系统而言却并不可取。因为虽然线路电压的波动主要由无功量变化引起的，但线路的电压水平是由系统情况决定的。当线路电压基准偏高或偏低时，无功的投切量可能与实际需求相去甚远，出现无功过补或欠补。

5.因新增电容器与电网发展不同步，致使无功缺口很大，变电所lOkV母线平均力率为0．85。

6.电容器的配置不合理。在高压方面安装电容器，补低压方面的无功负荷，不符合“分级补偿，就地平衡”的原则。这种“重力率，轻降损"的补偿方法对电网本身不但没有起到应有的降损效果，而且增加了技术和装备方面的困难。

五、农网无功补偿需做的工作

1.农网无功负荷分布情况，将重点确定为电动机和配电变压器可使无功负荷基本上得以就地平衡。

2.无功经济当量的测算，假定变电站一次侧为无功经济当量的零值点，按公式进行测算各种补偿方式的无功经济当量得知：其中随电动机补偿的无功经济当量值最高，其次是随配电变压器补偿和低压集中补偿，说明补偿点选在电网末端最好。

3.工程投资分析。按照电网无功补偿典型容量测算：变电所集中补偿高压电容器600kvar，高压线路补偿每处90kvar，低压补偿自动投切柜容量200kvar。各种补偿方式单位容量综合投资，其中低压补偿电动机和配电变压器的单位综合投资最低。因此，低压补偿方式投资少、降损效果显著，且可实现无功就地平衡。因此，现阶段对于农网来说，无功补偿应遵循以下原则：以供电区为单位，对其无功负荷进行系统分析，并从电网的末端人手，以补偿低压电动机和配电变压器的无功负荷为主，辅之以变电所高压集中补偿和线路分散补偿，即实现供电区的无功优化。

六、供电区无功优化实施原则

无功优化总的原则是从低压到高压，以低压补偿为主，高压补偿为辅，实现无功就地平衡。低压补偿通常采用随电动机补偿，随配电变压器补偿及集中补偿三种方式。高压补偿采用变电站集中补偿和线路分散补偿。

1.制定科学合理实用的无功优化方案

在实施优化工程之前，应掌握该供电区网络参数，核实供电区配电网络图。绘制连续12个月及月典型负荷代表日的无功负荷典型图．并对供电区的无功负荷季节变化特性进行分析。确认供电区内各配电变压器的型号及额定容量。弄清5kW及以上电动机台数、型号、容量、转数、各台电动机的年运行小时数及所带负荷性质：根据无功优化原则，制定科学、有效的无功优化方案。

2.电动机补偿容量及适用条件

确定电动机的无功补偿容量时，应注意防止电动机退出运行时产生自激过电压，即补偿容量应小于电动机的空载无功。一般仅对7．5kW以上电动机进行补偿。对于排灌的电动机，补偿容量可适当加大，大于电动机的空载无功，但要小于额定无功负荷。

若电动机年运行小时数大于800h，选用随机补偿较其他补偿方式更经济。用户的补偿投资可在两年内全部收回，且补偿无功负荷效果最佳。

3.配电变压器补偿容量的选择

配电变压器负载率在负荷低谷时接近空载。配变在轻载或空载时的无功负荷主是变压器的空载励磁无功。因此，配变无功补偿容量不宜超过配变空载无功，反之，在配变接近空载运行时，可能造成过补偿，易产生铁磁谐振。

4．高压补偿容量及投切方式

高压集中补偿电容器组作为无功补偿的调解容量装设在变电所，控制调节方式

灵活，进行维护方便且以户外安装方式为好。采用星形接线，配有单台保护熔丝。

高压分散补偿电容器组用于补偿10kV线路中的无功负荷。补偿容量及位置应根据无功潮流计算，考虑到设置每处补偿点的附属设备及安装施工费，每处补偿容量应在90kvar以上，不小于60kvar。

采取低压补偿和高压集中补偿后，如基本上达到无功优化条件的要求，可不设高压分散补偿。

5.季节性负荷无功补偿问题

对于排灌负荷如该部分负荷电量占供电区年供电量中较大比例时(20％以上)，应采取相应的季节性补偿措施，使季节性无功负荷得到合理补偿。不足20％的，可适当加以补偿。

6.对100KV及以上容量配变用户的补偿方法

考虑到现行的力率调整电费执行办法，对100kVA及以上容量配变，如用户本身未加装补偿设备，供电部门可在用户计量表前加装低压补偿装置，亦可在配变处采取高低压补偿。就地平衡该部分无功，同时收力率电费。

7.补偿设备的选购

选购优质的无功补偿设备。选择低压无功补偿装置应优先考虑科技含量高、技术原理先进、质量可靠、功能完善、便于运行维护与分析的智能型设备。

8.安装位置、保护接线方式的合理选择

选择合理的安装位置、保护接线方式，保证电容器的正常运行。合理选择电容器补偿的安装地点十分重要。应尽量选择在低压台区负荷中心，以取得最优的就地补偿效果，减少无功潮流在配电网络中的长距离传输，达到经济运行的最终目的。

在确定安装地点时，考虑电容器的运行环境，主要是运行电压等因素对电容器使用寿争的影响，尽管电容器的工频稳态过电压可达到额定电压的1.1倍，但为了

不缩短其使用寿命，应使其在额定电压下运行。在采用现有的调压手段后，电压仍过高时，应更换补偿地点。

在保护接线方面，高压补偿电容器和低压固定补偿电容器均应配有单台保护熔丝。补偿电动机的电容器通常与电动机共用一组保护熔丝。熔丝的熔断电流应按电容器额定电流的1.5～2倍选取。

七、工程达标要求及效益测算

无功优化工程可用七项技术、经济指标进行考核。

(1)功率因数达到标准要求且不过补。

(2)无功补偿度达到标准要求。

(3)高、低压补偿容量比例。对不同负荷类型的供电区进行抽测，结果表明，对于农网来说．高低压补偿容量比应在l：2.2～1：4的范围内。

(4)电容器投运率。对于农网来说，高压电容器达90％，低压电容器不少于60％。

(5)10kV网损率至少下降O．5％。

(6)0.4kV网平均每千乏电容器年节电20kW.h。

(7)工程投资一般应在三年内收回。