维普资讯 http://www.cqvip.com 电力建设Ｉ专栏 对１ ０ ｋＶ配电网无功补偿探讨 口王仁民 摘要：本文结合工程实例，针对对电容器的补偿容量，安装位置，接线方式及保护方式等进行了分析，使无功 补偿达到最佳补偿方式，大大降低配电网的网损。 关键词：无功补偿．功率；电容器 １前言 （１）随着我国经济发展，电力部门近几年网损统计 １０ｋＶ一２２０ｋＶ电力系统的网损率达６％～７％，其中１０ｋＶ￣２电网 的网损占６０％左右而配电线路中流动的无功功率造成的有功 损耗所占比例很大，因此，在１０ｋＶ￣２电网中进行无功补偿，对 降低网损的作用是十分明显的，也是十分必要的。 ２无功功率的组成 在１０ｋＶ￣２电网中所需的无功功率，主要包括配电变压器的 励磁所损耗的无功功率△Ｑ。、配电变压器绕组电抗所损耗的无 功功率△Ｑ 、线路电抗所损耗的无功功率△Ｑ 及感性用电设备 损耗的无功功率△Ｑ 。即． △Ｑｚ＝△Ｑｏ＋△ＱＴ＋△ＱＬ＋△ＱＦ （１）３无功功率补偿原则 （１）为减少无功功率在线路上流动造成的有功损耗，无功 功率补偿应就近就地进行。 （２）对于配变励磁无功损耗宜采用固定方式补偿，但考虑 到运行维护及电容器本身的性能等因素，沿线各配变的无功补 偿点不应超过三处，以二处为宜。对线路感抗所消耗的无功功 率，应在配变无功补偿时统筹考虑。 （３）对感性负荷用户，应在用户处进行无功补偿，以补偿感 性负荷及变压器绕组的无功损耗，并随无功负荷的变化而自动 投切电容器组。从电网长期经济运行的角度出发，只要不出现 过补偿，功率因素补偿得愈高愈好。 ４无功补偿方式 ４．１负荷的无功功率补偿 １０ｋＶ配电网的结构方式如图１所示。负荷的无功补偿应在 配变二次侧，即在电力用户处进行补偿。无功补偿主要是按提 高功率因素的要求来计算补偿电容器的补偿容量ＱｃＦ。 Ｑ Ｆ＝Ｐ （ｔｇ巾 一ｔｇ巾２） （２） 式中：Ｐ—一负荷的最大有功功率，ｋＷ； 巾 、巾 ——补偿前后的功率因素角。 ｌ僵ｃｖ 图１ １０ｋＶ配电网接线示意图 奄黼 补偿电容器的容量应随着负荷的变化而变化，因此需要能 自动投切－－￣ｏ１］分电容器组，以达到最佳无功补偿的目的。 ４．２线路的无功损耗 当线路输送功率时，线路感抗上所消耗的无功功率为 ＡＱｌ：Ｙ３１２ｆｘｌｌ×１０～： ××１０。 （３） ｉＶｉ‘ ．式中＿Ｘ．为各线路区间的电抗，Ｑ：，、ｌ ｌ 为流过各段线路的负荷电流，Ａ； Ｐ．、Ｑ．为各段线路首端或末端的有功、无功功率 Ｖ 为各段线路首端或末端的电压，ｋＶ。 由于线路的电抗值是均匀分布的，因此线路消耗的无功功 率在各区间是均匀递增的，见图２。 ｍ￣ｌｏ． Ｌ Ｌ 图２配变励磁无功损耗和线路无功损耗曲线 ４．３配变无功功率补偿 配变的无功损耗由△Ｑ。和△Ｑ 两部分组成。△Ｑ。场是用 来建立磁场的励磁无功损耗，与负荷电流无关，故称为变压器 的固定无功损耗。△Ｑ 场是与负荷电流的平方成正比的漏磁无 功损耗，已在负荷处进行补偿。配变固定无功损耗的补偿，应根 据配变的固定无功损耗和线路无功损耗来确定补偿容量和补 偿位置。图２为配变励磁无功损耗和线路无功损耗曲线。 变压器励磁无功损耗主要消耗在励磁电抗上，表达式为： ， ｌ ０／＾ △Ｑ ＝３ｌ＝Ｘｍ＝、ｖ／３ Ｖｅｌ ＝ １ＵＵ ｓｅ （４） 式中ｌ。％为变压器空载励磁电流百分数； Ｓ 为变压器容量，ｋＶＡ。 对图２分析可以发现在（Ｌ０，Ｌ４）区间上，若沿线逐点对配变 励磁无功损耗进行补偿，补偿效果最好，称为理论最佳补偿点。 但沿线配变台数越多，补偿点就越多。根据无功补偿原则要求， 补偿不宜超过三处，因此存在一个无功补偿点位置的选择、对 图２分析可以发现，配变励磁功率（△Ｑ。）与线路长度（Ｌ）所围起 来的阶梯形面积，为选择补偿点的位置提供了一个量值判据， 即补偿面积Ｓｍａｘ（Ｌ，△ＱｏＬ）Ｎ＇Ｉ的最大处就是补偿电容器的安 装位置。因此图２中的补偿点位置应选在Ｓｍａｘ（Ｌ３３）场，点ｂ 为界，其右边的配变所需要的励磁无功功率和线路电抗所消耗 的无功功率，由安装在Ｌ。场点的电容器组提供，而左边所需的 部分由电源提供。补偿后的情况如图３所示。 ▲ＱｏＬ 图３补偿后的无功损耗曲线 如果补偿点为两处，那么第２点的补偿位置，应在第１点 补偿后剩下的面积中再选出最大的补偿面积Ｓｍａｘ（Ｌ，ＡＱｏ Ｌ） 来确定。 ４．４补偿容量的计算 １８９ 广东科技２００８ ０８总第１９４期 维普资讯 http://www.cqvip.com 专栏Ｉ电力建设 安装在线路上的电容器组，主要补偿的是配变励磁无功损 耗和线路上电抗消耗的无功功率。因此补偿容量为 Ｏ Ｄ… Ｑ。＝Ｋ∑（ＡＱ。。＋ＡＱ Ｌｆ）＝Ｋ∑（ ｓｅｉ＋３，２㈣Ｘ） ｌ＝１ ｌ＝１ Ｉ ｕｕ 式中Ｋ为补偿系数（Ｏ．９５～Ｏ．９８）： Ｅ为线路分段号： Ｄ为补偿点的位置： Ｓｅｉ为配变容量，ｋＶＡ 口ｘｃ口Ｘ＇ｏ￣Ｏ．３ｘｃ舾叭 。 （８）基波时的容性电路 （ｂ）五次混盘峙的Ｊ‘性电路 图５加装６％电抗器的等值电路 下，１０ｋＶ系统在负荷低谷时，运行电压可达１１ ｋＶ左右，此时星 形接线的电容器组，每相超过正常电压（１ １—１ ０）／、／ ０．５８（ｋＶ） 对于三角形接线的电容器组，每组超过正常电压１１—１Ｏ＝１ （ｋＶ）。这时电容器会因过负荷而发热。在故障情况下，星形接线 的电容器组的一相击穿时，由于两非故障相的阻抗，故障 ５电容器组接线方式 补偿电容器组的接线方式和保护方式对电容器的安全运 行影响很大，接线方式选择得正确，保护配置得合理，可使并联 电容器的故障大为减少。 目前在１ＯｋＶ配电系统中，并接的补偿电容器组的接线方式 大体可分为星形接线、双星形接线和三角形接线三种ｆ见图４）。 三相星形接线的电容器发出的无功功率为 Ｑ ＝３Ｖ ／Ｘｃ＝ｃ‘）ＣＶ‘Ｘ １Ｏ （６） 式中Ｖ６×ｃ为系统相电压，ｋＶ； Ｃ为电容器的标准电容量，ｕ Ｆ； Ｘｃ为每相电容器的容抗，Ｑ； ｃ‘）为电网角频率，ｒａｄ／ｓ； Ｖ为系统线电压，ｋＶ。 三相双星形接线的电容器组发出的无功功率为２ＱＣ 三角形接线的电容器组发出的无功功率为： Ｑ。＝３ ｃ‘）ＣＶ Ｘ １Ｏ （７） 从式（５）和式（６）中可以看出，电容器的容抗Ｘｃ与电网的 频率成反比，即频率越高，容抗越小，流过电容器的电流越大。 因此在配电系统中若高次谐波分量较大时，就可能导致电容器 过负荷而发热。在送配电系统内，由于发电机构造引起的槽谐 波、高压输电线路的电晕、磁饱和等均能构成高次谐波源。因 此，在配置电容器组进行无功补偿时，特别应注意离电容器安 装地点最近的变压器的磁饱和问题。产生变压器磁饱和的主要 原因是，电容器的补偿容量大于或等于变压器的励磁无功功 率。在这种情况下电源缺相运行及分相断合闸操作时，变压器 易发生磁饱和，引发铁磁谐振，损坏电容器和变压器。 在电力系统中，三相电压波形是对称的，因此谐波中无偶 次谐波分量。变压器励磁曲线呈饱和持性时，所产生的高次谐 波分量以３次为主，５、７次次之。而电力系统中变压器绕组一 般总有一侧为三角形接线，因而三次谐波电流在绕组中被短接 在中性点不接地系统中，三次谐波不能构成回路。因此在１０ｋＶ 配电系统中安装的补偿电容器，只需重点考虑５次谐波分量的 影响。抑制５次谐波的措施是在补偿电容器的回路中串联电抗 器，使该回路对谐波的总阻抗呈感性阻抗，这可从根本上消除 产生谐振共振的可能性。串联电抗器的数值为 ＸＤ＝１．５×ｃ／５ ＝Ｏ．０６Ｘｃ （８） 式中Ｘ。为电容器的容抗值为可靠系数。 加装的电抗器后的基波和次谐波的等值电路如５图所示。 电容器发出的无功功率与电压的平方成正比。在正常情况 １９０ 广东科技２００８０８总第１９４期 电流不会太大而三角形接线时将会形成相间短路，故障电流很 大，易造成电容器油箱爆炸。 综上分析可见，对１０ｋＶ系统进行无功补偿时，采用星形接 线且中性点不接地的方式为好，如图６所示。 图６串联电抗器接线方式 图７双星形接线的不平衡保护 图６中的电抗器可以安装在电源侧，也可安装在中性点 侧。从电气特性上讲，两者的效果是一样的。但装于中性点侧有 利于降低电抗器的绝缘水平，更重要的是可以防止电容器相间 短路对电抗器的冲击。 ６保护方式的选择 １ＯｋＶ＃２，电系统中的无功补偿电容器主要安装在线路和变 电所母线上，由于线路补偿的电容器不便于运行监视和维护， 其保护方式应采用单台熔丝保护方式，以保证任一台电容器内 部发生故障击穿时，均能快速切除。变电所１０ｋＶ母线的补偿电 容器的补偿容量要大些，同时也便于运行维护。因此，其保护除 采用单台熔丝保护外，接线方式也应与保护相配合，使其在故 障时准确动作。目前较为普遍采用的是双星形接线的不平衡电 流保护，如图７所示。双星形接线的不平衡保护，不受系统电压 不平衡、三次谐波电压以及操作冲击电流的影响。 安装在线路和变电所母线上的电容器组应装设过电压保 护装置，该装置宜采用无间隙氧化钟避雷器。因为普通的阀型 避雷器带有间隙，当过电压值低于放电电压值时，冲击过电压 对电容器充电，当过电压值达到避雷器的放电电压值时，间隙 即被击穿，电容器对避雷器放电。由于阻抗很小，雷电流和电容 器的放电电流的综合值很大，有可能损坏避雷器和电容器，甚 至引起爆炸。采用无间隙的氧化锌避雷器，就相当于在电器上 并接了一个有阀电阻，在小电流区域就开始动作，从而了 电容器在过电压过程中的充电电压和电荷量的积累，减弱了避 雷器完全“导通”时电容器放电的冲击。而且避雷器的残压基本 稳定，叠加泄放的瞬间电流较小，阀片的通流容量大，因此比较 安全可靠。■ （作者单位：广东电网公司佛山三水供电局）
