浅谈长汀电网的无功补偿

      华钦树

       摘要：本文结合长汀电网的实际情况，根据无功补偿的有关理论和原则，系统阐述了无功补偿的目的和具体方案。

      一、前言
        长汀县地处福建西部，长汀电网目前有两条110千伏线路与系统连接（一条正常使用，另一条备用），网内现有变电站12座，变电容量145兆伏安；小水电百余座，发电容量67兆瓦；年网供电量约为3亿千瓦时。由于境内小水电多为径流开发，没有库容调节，导致丰水期小水电大量发电，网内无功急剧增加，造成无功过剩；枯水期小水电出力锐减，又造成无功严重不足。在现代电力企业中，功率因数是考核电网运行的重要指标之一，为完成功率因数的考核指标，无功补偿就显得尤为重要。

        在电力系统中先天性地存在着大量的无功负荷，这些无功负荷来自电力线路、电力变压器以及客户的用电设备。系统运行中大量的无功功率将降低系统的功率因数，增大线路电压损失和电能损失，严重的影响着电力企业的经济效益，解决这些问题的一个行之有效的方法就是进行无功补偿。为了起到节能降损的作用，改善电能的质量，提高输变电设备的有功出力，使电气设备处在最佳经济状态下运行，使有限的电力更好的为社会主义建设服务，做好无功补偿工作势在必行。笔者就长汀电网有关无功补偿的问题谈一些粗浅的看法。

       二、无功补偿的目的
       电网中的电力负荷如电动机、变压器等，大部分属于感性负荷，在运行过程中电网电源需向这些设备提供相应的无功功率。在电网中安装并联电容器等无功补偿设备以后，可以补偿感性负荷所消耗的无功功率，从而减少了通过电力线路输送的由电网电源向感性负荷提供的无功功率。由于减少了无功功率在电网中的流动，因此可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗，这就是无功补偿。无功补偿可以提高功率因数，是一项投资少，收效快的降损节能措施。据资料统计，在电网内，电动机为建立并维护三相旋转磁场所消耗的无功功率约占线路输送的全部无功功率的60，变压器为建立并维持交变磁场所需消耗的无功功率约占30，因此，为使电力系统多送有功功率，少送无功功率，或在系统无功功率供给不足时及时提供无功功率，就需要在电感性负载点或附近装设无功补偿设备。无功补偿的具体目的是：

       1、降低电网的功率损耗。由公式I=P/√3UCOSφ可知，负荷电流I与COSφ成反比。在输送的有功功率P为定值时，加装无功补偿设备后提高了功率因数，将使线路中的负荷电流降低，从而使线路上的有功功率损耗降低。降低电网中的有功功率损耗,是安装无功补偿设备的主要目的。
       2、提高设备的供电能力，挖掘现有设备的潜力。由公式P=SCOSφ可以看出，在设备的视在功率S不变的条件下，功率因数提高后可以多输送有功功率。以农村常有的50千伏安配变为例，当功率因数从0.7提高到0.9后，其输出的有功功率由35千瓦提高到了45千瓦，明显增加了配电变压器的供电能力。

       3、减少电网中的电压损失，提高电压质量。当电力负荷从线路上集中输出到末端负荷点时，线路电压损失ΔU的简化式为：
ΔU=（PR QX）/U
式中ΔU—线路电压损失
P—线路输送的有功功率
Q—线路输送的无功功率
R—线路的电阻
X—线路的电抗
U—线路额定电压
由以上公式可知，加装无功补偿设备后，线路输送的无功功率Q就要减少，线路中的电压降随之降低，提高了电压质量。
       4、减少设备容量，节省投资。由公式S=P/COSφ可知，在输送的有功功率P为定值时，功率因数提高后可以减少视在功率S，也就是可以减小供电设备的安装容量，客户不但节约了购买设备的投资，还减少了支付供电部门按供电设备容量计算的基本电费。降低客户电费开支，减少设备投资，无功补偿给电力客户带来了直接的经济效益。

       三、无功补偿的原则
       无功补偿设备的配置，应按照全面规划、合理布局、分级补偿、就地平衡的原则，使电网的无功补偿取得最佳的综合效益。
1、供电部门补偿与客户补偿相结合，以就地平衡为主。安装无功补偿设备，提高功率因数可以减少客户内部因传输和分配无功功率造成的有功功率损耗，因而可以少支付相应的电费；另外，从合理利用电能出发，鼓励客户为提高功率因数而多安装无功补偿设备的积极性，在国家现行的电价政策中，制定了功率因数调整电费政策。根据统计资料，无功功率大约有40消耗在配电线路和配电变压器中，其余的消耗在客户的用电设备中。因此，只有供电部门与客户配合起来，共同搞好无功补偿的配置和管理，才能取得最大的无功补偿效益。
2、集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为主。以分散补偿为主，既要在变电站进行大量的集中补偿，又要对配电线路、配电变压器和用电设备进行分散补偿，且以分散补偿为主，实现无功就地平衡，提高无功补偿的最大经济效益。但必须考虑到两点：1）安装地点的无功补偿经济当量愈大，则本能效果愈好；2）要考虑补偿后要求达到的功率因数的合理性，并非愈高愈好。因此对分散补偿的配置应从实际出发，要求取得最佳的经济效益。
3、降损与调压相结合，以降损为主。无功补偿的主要作用和最大的经济效益是降损，同时兼顾满足调整电压的要求，以保证电压质量。对于有些轻载运行的线路，因电压偏高，配电变压器的铁损占线损的70以上，不宜再装电容器组，否则特别是后半夜往往使线路电压升得过高，会使配电变压器铁损进一步增加，反而使线损增高。

四、无功补偿方案的确定
根据无功补偿原则确定各种补偿方案。
近几年来，随着长汀县域经济的发展，大量的产业涌入长汀，长汀电网的工业负荷急剧增加，这就需要更多的无功补偿，以达到无功就地平衡的要求。
1、在客户配电室或负载点进行补偿。作为供电部门并不会因为有了功率因数调整电费政策而想方设法多收客户的功率因数调整电费，而是与客户一起想办法，使客户少出功率因数调整电费，也就是鼓励客户在用电处安装就地无功补偿装置，提高功率因数，合理规避功率因数考核。这样一来，客户少出了电费，供电企业减少了有功功率的传输，也就是减少了线路损耗，从而使客户与供电企业达到双赢的目的。
2、在10千伏配电变压器高低压侧集中补偿，补偿容量为：配电变压器的无功损耗、10千伏配电变压器到电源点之间线路无功损耗及为提高功率因数所需要的无功容量的总和。
3、在各变电站的10千伏母线集中补偿，补偿容量的选择为主变无功损耗和主变一次侧到电源点之间线路无功损耗的总和减去线路所产生的无功容量的二分之一。以长汀电网为例，具体补偿为：110千伏西郊变10千伏Ⅱ段母线、35千伏河梁变10千伏母线、腾飞开闭所10千伏Ⅰ段母线各安装一组大容量的电容器组，对城区及各工业区等无功消耗较多的地方进行集中补偿。
4、利用小水电的发电能力进行无功补偿。虽然全县小水电发电容量不多，但小水电却分布在全县各地的各变电站或各条线路上，利用小水电的发电机组进行无功补偿，是无功功率调整的最好方法。
总体而言，无功补偿的具体方案不是一成不变的，根据全县丰水期和枯水期小水电发电能力的不同，需要将各种方案灵活应用。在丰水期，小水电基本上全天候开机，出力足，无功总量多，县电网功率因数很容易达到要求，甚至往往需要限制很多小水电的无功出力，以保证无功功率不会往系统倒送；在枯水期，小水电出力少，无功总量少，此时整个电网的无功就明显不足，所以要通过投切各种补偿装置来实现无功功率的就地平衡。

五、结论
1、为了达到无功功率就地平衡的目的，一般采用由下而上的补偿原则。
2、考虑到操作过电压及检修方便和安全等问题，补偿设备均已安装控制开关，操作时待用电设备运行后再投入补偿设备；用电设备停运时应先停运补偿设备，再停运用电设备，防止冲击过电压危及用电设备安全。
3、为了提高补偿设备的运行率，降低设备的造价和维护方便，一般不考虑在10千伏配变及线路补偿。
4、采用了上述各种补偿方案后，长汀电网的功率因数在各个时间段也不可能达到绝对合理的标准，而且负荷大的季节还可能出现欠补偿，这就需要供电企业与用电企业、发电企业共同协作，团结治网，共同把无功补偿工作做好。