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無功補償?shù)膬?yōu)化選擇論文
摘要：近年來,隨著農(nóng)村電網(wǎng)的進一步完善，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用電規(guī)模不斷擴大，用電量的日益增長和用電結(jié)構(gòu)的變化，使得電力供需矛盾越來越突出。電力的供不應(yīng)求迫使人們在降損節(jié)能上多做文章，因此，人們根據(jù)電力網(wǎng)的運行特點，從無功傳輸過程消耗有功的角度，推行了無功補償。
關(guān)鍵詞：無功補償 優(yōu)化選擇
近年來,隨著農(nóng)村電網(wǎng)的進一步完善，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用電規(guī)模不斷擴大，用電量的日益增長和用電結(jié)構(gòu)的變化，使得電力供需矛盾越來越突出。電力的供不應(yīng)求迫使人們在降損節(jié)能上多做文章，因此，人們根據(jù)電力網(wǎng)的運行特點，從無功傳輸過程消耗有功的角度，推行了無功補償。
眾所周知，電力網(wǎng)在運行時，電源供給的無功功率是電能轉(zhuǎn)換為其他形式能的前提，它為電能的輸送、轉(zhuǎn)換創(chuàng)造了條件。沒有它，變壓器就不能變壓與輸送電能，沒有它，電動機的旋轉(zhuǎn)磁場就建立不起來，電動機就無法轉(zhuǎn)動。但是，長距離輸送無功電力，又會造成有功功率的損耗和電壓質(zhì)量的降低，這不僅影響電力網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行，而且也影響產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，如何減少無功電力的長距離輸送，已成為電力部門和用電企業(yè)必不可少的研究課題。為此，我們根據(jù)用電設(shè)備消耗無功的多少，在負荷較集中、無功消耗較多的地點增設(shè)了無功電源點，使無功的需求量就地得到解決，這樣不但減少了無功傳輸過程中造成的能量損耗和電壓降落，而且提高了供用電雙方和社會的經(jīng)濟效益，可謂一舉兩得。不過，雖然無功補償能給企業(yè)和社會帶來一定的效益，但補償過程中還需要考慮很多問題，也就是說怎樣進行補償，才能收到最佳的效益呢？這就要求我們在補償過程中必須遵守一定的原則、方法，做到科學合理的補償，才能收到事半功倍的效果。
1 無功補償?shù)脑瓌t
全面規(guī)劃，合理布局，分級補償，就地平衡，具體內(nèi)容如下。
總體平衡與局部平衡相結(jié)合，既要滿足全網(wǎng)的總無功平衡，又要滿足分線、分站的無功平衡。
集中補償與分散補償相結(jié)合，以分散補償為主，這就要求在負荷集中的地方進行補償，既要在變電站進行大容量集中補償，又要在配電線路、配電變壓器和用電設(shè)備處進行分散補償，目的是做到無功就地平衡，減少其長距離輸送。
高壓補償與低壓補償相結(jié)合，以低壓補償為主，這和分散補償相輔相成。
降損與調(diào)壓相結(jié)合，以降損為主，兼顧調(diào)壓。這是針對線路長，分支多，負荷分散，功率因數(shù)低的線路，這種線路最顯著的特點是：負荷率低，線路損失大，若對此線路補償，可明顯提高線路的供電能力。
供電部門的無功補償與用戶補償相結(jié)合，因為無功消耗大約60%在配電變壓器中，其余的消耗在用戶的用電設(shè)備中，若兩者不能很好地配合，可能造成輕載或空載時過補償，滿負荷時欠補償，使補償失去了它的實際意義，得不到理想的效果。
2 根據(jù)補償原則，確定無功補償容量
按照上述的基本原則，根據(jù)無功在電力系統(tǒng)中的去向，確定幾種主要的補償方式及其容量。
變電站高壓集中補償：這種補償是在變電站10（6）kV母線上集中裝設(shè)高壓并聯(lián)電容器組，用以補償主變的空載無功損耗和線路漏補的無功功率。目前，在農(nóng)網(wǎng)上，除了大宗用戶外，縣局基本上采用這種補償。比如：涉縣各變電站在未進行人工補償以前cosφ= 0.85，根據(jù)功率因數(shù)（0.85）調(diào)整電費標準，每月罰款為月總電費的2.5%，經(jīng)過各站裝設(shè)了電容器補償后，平均cosφ=0.9，每月電費減少0.5%，一年下來，功率因數(shù)獎電費約為60萬元，為企業(yè)增加了效益。
隨線補償：將電容器分散安裝在高壓配電線路上，主要補償線路上的無功消耗，還可以提高線路末端電壓，改善電壓質(zhì)量。其補償容量一般遵循"三分之二"原則，即補償容量為無功負荷的三分之二，而電壓降為DU = （PR + QX）/Ue。
例1：一條10kV線路，長為5km，導線型號LGJ-70，其中g(shù) = 0.46W/km，X0 = 0.411Ω/km，所帶負荷200 + j150，在線路末端補償QC= 100kvar，求線路損耗和電壓降。
①求線路上的損耗
補償前：△P1 = 3×I2R = 3×（2002 + 1502）/102×5×0.46 = 4313W。
補償后：△P2 = 3×I2R = 3×[2002 +（150 - 100）2]/102×5×0.46 = 2933W。
則一年少損失電量：△A = (△P1 - △P2)T×10-3 = （4313 - 2933）×365×24×10-3 = 12089kWh。
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補償前：△U = （PR + QX）/U = （200×0.46×5 + 150×0.411×5）/10 = 77V。
補償后：△U = （PR + QX）/U = [200×0.46×5 + （150 - 100）×0.411×5] /10 = 56V。
所以補償后電壓由9.92kV提高到9.94kV，改善了電壓質(zhì)量。
3 隨器補償
將電容器安裝在配電變壓器低壓側(cè)，主要補償配電變壓器的空載無功功率和漏磁無功功率。一般情況下，農(nóng)網(wǎng)配變負載率較低，輕載或空載時，無功負荷主要是變壓器的空載勵磁無功，因此配變無功補償容量不易超過其空載無功，否則，在配變接近空載時可能造成過補償，所以應(yīng)按式Qb ≤ I0%Se/100(其中：I0%是空載電流百分數(shù)，從手冊中可查出，Se是變壓器的額定容量)，但對于工業(yè)用戶的變壓器補償，因其負荷率高，補償時應(yīng)從提高變壓器出力的角度考慮。
例2：涉縣良種場有一臺變壓器Se = 80kVA，cosφ= 0.8，帶一抽水用電動機Pe = 75kW，P = Se×cosφ = 80×0.8 = 64kW < 75kW，可見變壓器處于超載運行，若提高cosφ的方法提高變壓器出力，設(shè)擬增cosφ = 0.95，則P = 0.95×80 = 76kW > 75kW，由公式Qb = P×tgφ可知，應(yīng)補償無功Qb = 25kvar。
4 隨電動機補償
將電容器直接并聯(lián)在電動機上，用以補償電動機的無功消耗。據(jù)運行統(tǒng)計，縣級農(nóng)網(wǎng)中約有60%的無功功率消耗在電動機上，因此，搞好電動機的無功補償，使其無功就地平衡，既能減少配電線路的損耗，同時還可以提高電動機的出力。一般對7.5kW以上電動機進行補償時，確定容量應(yīng)按QC ≤ 3UeI0。另外，對于排灌所帶機械負荷較大的電動機，補償容量可適當加大，大于電動機的空載無功，但要小于額定無功負荷，即Q0 ≤ QC ≤ Qe。
例3：涉縣自來水公司，一條線路長1km，導線型號LGJ-70，其中g(shù) = 0.46W/km，X0=0.411Ω/km，帶一抽水用電動機Pe = 95kW，實用負荷為100 + j60，由于長期超載，在電動機上補償無功QC = 30kvar，求補償前后線路的損耗和電動機的出力。
視在功率S=（1002+602）1/2= 116.26kVA
①求線路上的損耗
補償前：△P1 = 3×I2R = （1002 + 602）/0.382×1×0.46 = 43.32kW。
補償后：△P1 = 3×I2R = [1002 + （60 - 30）2]/0.382×1×0.46 = 34.72kW。
△P1 - △P2 = 43.32 - 34.72 = 8.6 kW，則一年少損失電量8.6×24×365 = 75.33MWh。
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補償前：PN = 95kW < 100kW，電動機處于超載運行。
補償后：PN = 112kW > 95kW，電動機運行正常，提高了電動機的出力。
5 低壓集中補償
在低壓母線上裝設(shè)自動投切的并聯(lián)電容器成套裝置主要補償變壓器本身及以上輸電線路的無功功率損耗，而在配電線路上產(chǎn)生的損耗并未減少，因此，補償不宜過大，否則變壓器輕載或空載運行時，將造成過補償，補償容量應(yīng)以變壓器額定容量的30%~40%確定，即：Qb = （0.3 - 0.4）SN，或從提高功率因數(shù)的角度考慮Qb = P（tgφ1 - tgφ2），其中tgφ1 、tgφ2是補償前后功率因數(shù)角的正切值。
6 補償位置的確定
上述介紹了不同目的的補償方法各不相同，但補償位置在哪最合理呢？一般我們考慮把并聯(lián)電容器安置在負荷較集中的地方或無功消耗嚴重的設(shè)備周圍。
7 補償后帶來的經(jīng)濟效益
從提高功率因數(shù)上，還是以涉縣電力局為例，功率因數(shù)由0.8提高到0.9左右，月電費罰3.7萬元，到獎2.5萬元，贏利7.2萬元，給企業(yè)帶來經(jīng)濟效益。
從電壓質(zhì)量上來說，如例1，末端電壓由9.92kV提高到9.94kV，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，給用戶帶來了直接經(jīng)濟效益。
從降損節(jié)能上來說，降低了電能損耗，減少了電費的支出，同樣給用戶帶來經(jīng)濟效益。如例3，年節(jié)能7.533萬kWh，按電價0.5857元/kWh，年節(jié)約電費7.533×0.5857=4.4萬元。
從提高變壓器的處理上來說，由于減少了無功電流，所以提高了變壓器的出力。如例2，良種場若不是進行無功補償，變壓器長期處于超載運行，會因長期過熱而燒壞變壓器，而新安裝一臺變壓器（100kVA），需投資1.3萬元，但經(jīng)過補償，只需要投資近1000元就解決了變壓器超載運行的問題，給良種場增創(chuàng)了1.2萬元的經(jīng)濟效益。
總之，無功補償不僅能改善農(nóng)網(wǎng)功率因數(shù)和電壓質(zhì)量，而且可以使無功負荷就地平衡，提高農(nóng)網(wǎng)的經(jīng)濟運行水平，同時降低電費支出，減輕工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的負擔，所以進行無功補償是利國利民的好事，我們應(yīng)下決心去抓，真正讓用戶得到實惠。
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