摘要：浅谈配网低压无功补偿:1 无功补偿的基本原理;2 无功的经济补偿;3 无功补偿方式;4 无功补偿装置的安装。
关键词：配网 低压 无功 补偿
1 无功补偿的基本原理
无论是工业负荷还是民用负荷，大多数均为感性。所有电感负载均需要补偿大量的无功功率，提供这些无功功率有两条途径：一是输电系统提供；二是补偿电容器提供。如果由输电系统提供，则设计输电系统时，既要考虑有功功率，也要考虑无功功率。由输电系统传输无功功率，将造成输电线路及变压器损耗的增加，降低系统的经济效益。而由补偿电容器就地提供无功功率，就可以避免由输电系统传输无功功率，从而降低无功损耗，提高系统的传输功率。
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图1 无功功率补偿原理图
S1为功率因数改善前的视在功率
S2为功率因数改善后的视在功率
2 无功的经济补偿
对于电力系统而言，在高压侧或低压侧均可进行补偿。但是，如果在低压侧进行补偿，既可减少变压器、输电线路等的损耗，又可提高变压器、输电线路的利用率及提高负载端的端电压，所以补偿电容器的安装越靠近负载端，对用户而言越可获取较大的经济效益。由图1可见，装设补偿电容器后，改善了负荷侧的功率因数，用电负荷所需的无功功率，由电容器直接提供，可以降低电网的总电流
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式中 I--视在电流
Ip--有功电流
Ic--电容电流
因为在低压侧装设了电容器补偿无功电流，即无功电流由电容器提供，所以在进行电网设计时，只考虑有功电流即可，大大节省变压器及输电线路的投资。对于已有的电网，也能够提高电网的出力。
2.1 减少输电线路及变压器的损耗
Pn=3I2•R =3I2p•R+3I2q•R
式中 Pn--有功功率损失
R--每项输电线路的电阻(含输电线路及变压器)
输电线路电阻R=KL/A
式中 K--电阻系数
A--导线截面积
L--导线长度，m
变压器电阻R=YkU2/Sn
式中 Yk--变压器短路阻抗，Ω
U--系统电压，V
Sn--变压器额定容量，kVA
2.2 增加变压器及输电线路的利用率
所增加的利用率为：
(P2-P1)/P1=[(cos1-cos2)-1]×100%
式中 cosφ1--改善前的功率因数
cosφ2--改善后的功率因数
2.3 提高系统的端电压减少系统的电压降
du(%)=Qc/Sn×Xk(%)
式中 du(%)--电压提高百分比
Qc--补偿电容器的容量，kvar
Sn--变压器容量，kVA
Xk(%)--变压器阻抗百分比
3 无功补偿方式
理论上而言，无功补偿最好的方式是在哪里需要的无功，就在哪里补偿，整个系统将没有无功电流的流动。但在实际电网当中这是不可能做到的。因为无论是变压器、输电线路还是各种负载，均会需要无功。所以实际电网当中就补偿装置的安装位置而言有如下几种补偿方式：①变电所集中补偿；②配电线路分散补偿；③负荷侧集中补偿；④用户负荷的就地补偿。
对于低压配网无功补偿，通常采用负荷侧集中补偿方式，即在低压系统(如变压器的低压侧)利用自动功率因数调整装置，随着负荷的变化，自动地投入或切除电容器的部分或全部容量。
3.1 补偿容量的确定
考虑到动力类负荷，估计配变的功率因数在0.75左右，设计在满负荷状态下功率因数提高到0.90。
假设配变容量为S，补偿前有功功率、无功功率和功率因数角分别为P1、Q1、和φ1，补偿后有功功率、无功功率和功率因数角分别为P2、Q2和φ2，Qb为需补偿的容量。
由此可得出应补偿的容量为：
Qb=Q1-Q2
=S×sinφ1-S×sinφ2
=S×(0.661-0.436)
=0.225S
补偿百分比为：η%=Qb/S×100%=22.5%
根据电网的运行经验可以得出，补偿容量一般为变压器额定容量的20%～30%。
3.2 补偿方式的选择
补偿方式分为三相共补、分相补偿和混合补偿(即共补加分补)，一般而言当需要补偿的容量超过60kvar时，采用混合补偿是比较合适的，即可照顾到三相之间的不平衡，与分相补偿的效果完全相同，又可以降低成本。
3.3 补偿级数的选择
补偿级数(即补偿电容器的分组数量)越多，补偿的精度越高，但随着补偿级数的增加，装置的成本会大幅度提高，而且箱壳的体积也会增大。综合考虑补偿精度、成本、箱体体积等因素，我们建议采用11级非常容量补偿，前9级为等容量以满足基本补偿，后2级为小容量以提高补偿精度。以1台180kvar的补偿装置为例：①前9级为每级18kvar，9×18=162kvar；②后2级为每级9kvar；9×2=18kvar，合计180kvar。
3.4 投切控制方式的选择
为了尽可能地减小装置的体积，简化结构，提高装置的可靠性，即将电容器按一定容量比进行分组，通过控制器的软件对这些电容器组进行排列组合投切。
3.5 控制目标的选择
通常的控制目标为：功率因数、无功功率、无功电流、电压。根据具体情况，以挖掘配变的容量为主要目的，所以电压不应该成为控制目标。以功率因数为检测量，缺点是轻载时容易产生投切振荡，重载时补偿不充分；以无功功率为检测量，则检测量和控制目标量相同，检测精度低。所以应采用无功电流为检测量，无功功率为控制目标。
4 无功补偿装置的安装
对于箱式变在设计时应考虑无功装置及其安装位置，而对于公共杆变，可选用柜(箱)式低压无功补偿装置地面式安装，装置的底部加升高座，以便于进线。
参考文献：
《电业安全操作规程》 石油工业出版社
作者简介：李伟亮，男，1991年10月出生，籍贯：陕西省汉中市，2019年7月毕业于东北石油大学，2008年12年7月参加工作，现从事安全管理工作。
论文作者:李伟亮
论文发表刊物:《电力设备》2020年第2期
论文发表时间:2020/5/8