陳 寧 王傳勇 韓 蓬 李 明 冀傳留

（1.國網(wǎng)山東省電力公司棗莊供電公司，山東 棗莊 277000； 2.山東國研電力技術(shù)有限公司，濟南 250014）

近年來，經(jīng)濟的快速發(fā)展使我國的用電量不斷增大，電力行業(yè)也是迅猛的發(fā)展。電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)也是在不斷的改變著，電網(wǎng)建設(shè)的步伐總是滯后于電力的需求，會給用戶帶來一定的影響。配電網(wǎng)是連接輸電網(wǎng)和用戶的關(guān)鍵的網(wǎng)絡(luò)，配電網(wǎng)能否合理的配置無功補償裝置，對電能質(zhì)量的提高、電網(wǎng)損耗的減小、電網(wǎng)的經(jīng)濟運行都會有一定的影響。因此，為用戶提供一個安全性能好，可靠性強，電能質(zhì)量高的供電系統(tǒng)是我們的目標。

1 配電網(wǎng)無功消耗因素分析

鑒于中壓配電線路的無功損耗主要依靠上級高壓變電站的無功集中補償方式以及中壓線路配置無功來補償，因此，這里討論的中低壓配電網(wǎng)的無功消耗主要由“配變無功消耗”和“配變低壓側(cè)負荷無功消耗”兩部分組成，即：配變無功消耗及配變低壓側(cè)負荷無功消耗。由此得到中低壓配電網(wǎng)無功總損耗為

由式中可以看出，配變消耗的無功總量與三大因素直接相關(guān)：變壓器負載率β（反映負載大?。⒌蛪簜?cè)自然功率因數(shù)λ（反映不同的負荷性質(zhì)）和配變?nèi)萘縎N（反映不同型號的配變?nèi)萘浚?/p>

下面以一臺S9-800/10 型號的常用配變?yōu)槔?，說明配變無功損耗與配變低壓側(cè)負荷無功損耗在中低壓配電網(wǎng)無功總損耗中所占的比重。計算中?。鹤匀还β室驍?shù)λ=0.85，配變負載率β=75%，無功補償后配電變壓器高壓側(cè)功率因數(shù)λT＞0.95，根據(jù)公式（1），該配變的無功消耗計算結(jié)果如表1所示。

表1 S9-800/10 型配變及其負荷無功消耗計算結(jié)果

由表1可以看出，在中低壓配電網(wǎng)的無功損耗中，配變低壓側(cè)負荷的無功損耗占主導地位，約占總損耗的93%；配變自身的無功損耗不大，僅為總損耗的7%左右。因此，中低壓配電網(wǎng)的無功配置應(yīng)著重考慮對配變低壓側(cè)負荷的無功消耗的影響。

2 配電變壓器的無功配置分析

在分析了無功消耗之后，就需要確定配變實際所需的無功補償容量。當配變高壓側(cè)功率因數(shù)達到cosφ，需要的無功補償容量可以通過下式進行計算。

以下將分別研究配變所需的無功補償容量隨配電變壓器容量、配電變壓器負載率、配變低壓側(cè)自然功率因數(shù)的變化而變化的趨勢。

1）配變無功補償容量與配變?nèi)萘康年P(guān)系研究

以常用型號配變?yōu)槔?，計算各類配變所需的無功補償容量的計算結(jié)果如表2所示。

計算條件如下：

低壓側(cè)自然功率因數(shù)λ=[0.7，0.8，0.9]，

配變負載率β=75%，

無功補償后配電變壓器10kV 側(cè)功率因數(shù)達到0.95。

表2 各種配變的無功補償容量計算結(jié)果（λ=0.85、λT≥0.95，β=75%）

由表2可知，在配變負載率及補償前后功率因數(shù)等邊界條件相同的情況下，不同型號不同容量的配變需要的無功補償容量占變電容量的比例變化不大。也就是說，相同的條件下，配變所需的無功補償容量基本與配變?nèi)萘砍烧取?/p>

2）配變無功補償容量與配變負載率的關(guān)系研究

仍以一臺S9-800/10 型號配變?yōu)槔?，計算配變負載率變化時，配變所需的無功補償容量的變化情況，計算結(jié)果見表3和圖1。

（1）低壓側(cè)自然功率因數(shù)取0.6～0.9，

（2）補償后高壓側(cè)功率因數(shù)達到0.95。

表3 不同負載率下的配變無功補償容量計算結(jié)果（λT≥0.95、SN=800）

圖1 配變無功補償容量與配變負載率關(guān)系圖

由表3和圖1可知，在相同配變自然功率因數(shù)條件下負載率越高，高壓側(cè)達到相同功率因數(shù)時所需的無功補償容量越大。一般情況下，自然功率因數(shù)0.8，配變負載率50%左右，高壓側(cè)補償?shù)?.95時，補償容量百分比約為22%。

根據(jù)上述計算結(jié)果，可以得出，對于尚不能嚴格區(qū)分供電負荷類型的配電變壓器來說，可以考慮按照不同的配變負載率來確定相應(yīng)的無功配置 容量。

（1）當配變負載率在20%及以下時，配變處在輕載狀態(tài)，若負荷自然功率因數(shù)按0.85 考慮，則配變低壓側(cè)的無功補償容量不宜超過配變?nèi)萘康?%，補償后配變高壓側(cè)功率因數(shù)將達到0.95。

（2）當配變負載率處于30%～50%之間時，若負荷自然功率因數(shù)按0.85 考慮，則配變低壓側(cè)的無功補償容量按照配變?nèi)萘康?0%～16%考慮，補償后配變高壓側(cè)功率因數(shù)將達到0.95。

（3）當配變負載率達到75%時，若負荷自然功率因數(shù)按0.85 考慮，則配變低壓側(cè)的無功補償容量按照配變?nèi)萘康?4%配置，補償后配變高壓側(cè)功率因數(shù)將達到0.95。

3）配變無功補償容量與低壓側(cè)自然功率因數(shù)的關(guān)系研究

以S11-315/10 配變?yōu)槔嬎悴煌匀还β室驍?shù)下，配變所需的無功補償容量，計算結(jié)果見下表4和圖2所示。

（1）自然功率因數(shù)在0.6～0.95。

（2）補償后高壓側(cè)功率因數(shù)分別達到0.91～1時。

（3）配變負載率取50%。

表4 配變所需無功補償容量的比例與自然功率因數(shù)的關(guān)系（SN=315kVA，β=50%）

圖2 配變無功補償容量所占比例與 自然功率因數(shù)關(guān)系圖

由此得到配變的無功配置結(jié)果：（補償后配變高壓側(cè)功率因數(shù)均達到0.95）

（1）當?shù)蛪簜?cè)自然功率因數(shù)為0.7 時，則配變低壓側(cè)的無功補償容量按照配變?nèi)萘康?5%配置。

（2）當?shù)蛪簜?cè)自然功率因數(shù)為0.8 時，則配變低壓側(cè)的無功補償容量按照配變?nèi)萘康?2%配置。

（3）當?shù)蛪簜?cè)自然功率因數(shù)為0.9 時，則配變低壓側(cè)的無功補償容量按照配變?nèi)萘康?%配置。

根據(jù)各地區(qū)的配變數(shù)據(jù)分析，在系統(tǒng)峰荷時不同性質(zhì)負荷的自然功率因數(shù)如下表所示。其中，居民和商業(yè)負荷的自然功率因數(shù)主要分布在0.85 至0.95 之間，農(nóng)網(wǎng)村和工業(yè)負荷的自然功率因數(shù)偏低，分布在0.6～0.9 之間。

表5 不同負荷的自然功率因數(shù)

根據(jù)以上計算結(jié)果，得到：

（1）對于居民用戶，自然功率因數(shù)在0.90 以上，配變無功補償容量為配變?nèi)萘?%時，高壓側(cè)功率因數(shù)達到0.95；配變無功補償容量達到16%時，高壓側(cè)功率因數(shù)達到0.98；配變無功補償容量達到19%時，高壓側(cè)功率因數(shù)達到0.99。

（2）對于商業(yè)用戶，自然功率因數(shù)在0.85 以上，配變無功補償容量在16%時，高壓側(cè)功率因數(shù)達到0.95；配變無功補償容量達到22%時，高壓側(cè)功率因數(shù)達到0.98；配變無功補償容量達到26%時，高壓側(cè)功率因數(shù)達到0.99。

（3）工業(yè)負荷的自然功率因數(shù)較低，需要較多的無功補償容量。如果工業(yè)負荷的自然功率因數(shù)控制在0.8 左右，當配變無功補償容量為配變?nèi)萘康?5%時，高壓側(cè)功率因數(shù)達到0.91；配變無功補償容量為配變?nèi)萘康?2%時，高壓側(cè)功率因數(shù)達到0.95；配變無功補償容量為配變?nèi)萘?9%時，高壓側(cè)功率因數(shù)達到0.98。

（4）對農(nóng)業(yè)區(qū)而言，自然功率因數(shù)控制在0.8左右，當配變無功補償容量為配變?nèi)萘?5%時，高壓側(cè)功率因數(shù)達到0.91；配變無功補償容量為配變?nèi)萘?2%時，高壓側(cè)功率因數(shù)達到0.95；配變無功補償容量為配變?nèi)萘?9%時，高壓側(cè)功率因數(shù)達到0.98。

（5）農(nóng)網(wǎng)偏遠負荷的自然功率因數(shù)較低，需要較多的無功補償容量。如果負荷的自然功率因數(shù)控制在0.75 左右，當配變無功補償容量為配變?nèi)萘?1%時，高壓側(cè)功率因數(shù)達到0.91；配變無功補償容量為配變?nèi)萘?8%時，高壓側(cè)功率因數(shù)達到0.95；配變無功補償容量為配變?nèi)萘?5%時，高壓側(cè)功率因數(shù)達到0.98。

3 配電線路的無功配置分析

對于大多數(shù)的中壓配電線路來說，線路本身消耗的無功很小，但由于線路所帶的配電變壓器很多，配電變壓器所固有的空載無功損耗就很大，再加上重負荷時的漏磁無功損耗和用戶的無功消耗，導致線路功率因數(shù)很低。如果不進行適當補償，配電線路和配電變壓器產(chǎn)生的電量損失非常可觀，嚴重影響供電企業(yè)的經(jīng)濟效益。為了降低無功穿越配變而產(chǎn)生的變壓器損耗，10kV 線路補償不應(yīng)補償由負荷引起的無功消耗，而應(yīng)以補償配變固有的空載勵磁損耗為主。因為許多地區(qū)配電網(wǎng)中部分線路所帶的配變?nèi)肇摵勺兓艽?，在低谷負荷時段，配電變壓器接近空載，如果l0kV 線路無功補償還補償了隨負荷變化的無功消耗，則在低谷負荷時段時，將產(chǎn)生過補償（線路補償一般不具備自動投切功能，人工頻繁投切也不現(xiàn)實），引起電壓升高、無功倒送。

經(jīng)過計算，在中壓線路上實施單組或多組補償時的最佳裝設(shè)位置和最優(yōu)補償容量見表6所示。

表6 裝設(shè)多組電容器時的最佳裝設(shè)位置及最優(yōu)容量表

4 結(jié)論

本文結(jié)合配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，分析中低壓配電網(wǎng)的無功消耗是由配變無功消耗和配變低壓側(cè)負荷無功消耗兩部分組成。主要介紹了農(nóng)網(wǎng)中低壓配變低壓側(cè)集中補償、中壓線路分散補償、隨電動機補償、低壓用戶集中補償四種方式。通過數(shù)據(jù)分析介紹了配電變壓器配變無功補償容量與配變?nèi)萘?、配變負載率、低壓側(cè)自然功率因數(shù)之間的關(guān)系。對于無功補償?shù)难芯窟€遠不止這一些，想要給用戶提供更好、更高的電能，給電力系統(tǒng)降低損耗還需要做很多的努力，在尋求技術(shù)上的進步也要因地制宜的做好無功補償工作。

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