关于电力系统配电网与无功补偿的探讨
【摘要】:本文主要结合电力系统配电线路的实际情况,由多年的工作生产实践,对电网线损从管理方面、技术方面提出了具体的措施,从这几个方面双管齐下,寻找降损节能的途径,以提高农电企业的经济效益。
【关键词】:电力系统；配电网线路；无功补偿；线损
电力系统配电线损管理直接对考核电力部门经济效益是关键的一项重要技术指标,而线损率的高低却是电力企业规划设计水平、生产技术水平和管理水平的综合反映。线损是动态的,它随负荷的变化而变化,怎样抓好农网线损管理工作,有效降低线损,笔者认为可以从以下方面入手。
1配电线路进行无功补偿的效果
(1)减少线路的有功损失：
当电流通过线路时，其有功功率损耗为：
△P=3I2R×10-3
或△P=3×(P/UcosΦ)2×R×10-3
式中△P--线路的有功功率损耗kW
I--线路通过的电流A
R--线路每相电阻Ω
P--线路输送的有功功kW
Q--线路输送的无功功率kvar
cosΦ--线路负荷的功率因数；
由上式可知，有功功率损失和功率因数的平方成反比。提高功率因数可以大量降低线损。当功率因数由0.6提高到0.8时，铜损下降将近一半。
(2)改善用户电压质量：
线路电压损失的公式为：
△U=(PR+QX)/U×10-3
式中△U--线路电压损失kV
U--线路电压kV
P--线路有功负荷kW
Q--线路无功负荷kvar
X--线路感抗Ω
R--线路电阻Ω
由上式可以看出，提高系统功率因数，减少线路输送的无功负荷，则电压损失莫玌将下降。
(3)减小系统元件的容量，提高电网的输送能力：
视在功率S=P/cosΦ，由此可以看出，提高功率因数在输送同样的有功功率情况下，设备安装容量可以减少，节约了投资。如设备安装容量不变则可增大有功功率输送量。安装电容器提高输送有功功率所得的效益，可按下式确定：
△P/Q=(cosΦ2-cosΦ1)/cosΦ2(tgΦ1-tgΦ2)
式中△P--有功功率的增加量
Q--达到△P所需要的无功功率
cosΦ1、cosΦ2--补偿前、后的功率因数
如果cosΦ由0.8提高到0.95，每kvar电容器节约配电线路上的变压器及其它设备安装容量约为0.38kVA。而网络上每kVA安装容量的造价为每kvar电容器价格的几十倍以上。
2配电线路无功补偿的做法及分配方案
(1)无功补偿的做法：
将低压自愈式电容器装设在配电变压器低压出口处，随变压器同时投切，直接补偿变压器本身消耗的无功及补偿部分感性负载所需的无功。
(2)分配方案：
①补偿容量的选择：
补偿容量由电力负荷及补偿前和要求补偿提高后的功率因数值决定。计算公式如下：
Qbch=Ppj(tgΦ1-tgΦ2)
或Qbch=Ppj(1-tgΦ2/tgΦ1)
式中Qbch--所需的补偿容量kvar
Ppj--最大负荷月的平均有功负荷kW
Qpj--最大负荷月的平均无功负荷kvar
tgΦ1--补偿前的功率因数cosΦ1的正切值
tgΦ2--补偿后要求达到的功数因数cosΦ2的正切值
另外，我们必须注意cosΦ2值的确定必须适当。当功率因数由0.95提高到1时所需的补偿容量增加得很多，得不偿失。因此将功率因数提高到1是不合理的。
②配电线路各支线电容器的合理分配：
辐射状的配电网络中，设Q1、Q2、Q3……Qn为补偿前各条支线的平均无功负荷；Qbc1、Qbc2……Qbcn为各条支线上要安装电容器的无功功率；R1、R2、R3……Rn为各条支线的计算电组(其数值为每一支线的电阻值乘以系数α而得，一般α取0.55)。
装设电容器的所有各条线路的等值电阻Rd为：
Rd=1/(1/R1+1/R2+1/R3+……+1/Rn)
计算结果表明，符合下式的条件时，电容器的无功补偿效果最好，即：(Q1-Qbc1)R1=(Q2-Qbc2)R2=……=(Q-Qbc)Rd
因此，安装于各条支线上电容器无功功率的最合理分配为：
Qbc1=Q1-(Q-Qbc)Rd/R1
Qbcn=Qn-(Q-Qbc)Rd/Rn
式中Q-整条线路补偿前的无功负荷
Qbc-整条线路补偿后的无功负荷
3配电线路上装设电容器后的效果实例
以某线路为例，该线路总长76.264km(线号为LGJ-70导17.30km，LGJ-50导线3.538km，LGJ-25导线22.432km)，配电变压器105台合计7100kVA(各厂矿专用变压器没有统计在内)有两个乡用电。该线路的有功电量为45.41万kW•h，无功电量为74.44万kvar•h。功率因数为：
cosΦ=45.41/45.412+74.442=0.61
配电变压器无功消耗计算值：
Qtr=7100×0.08×720=40.896万kvar•h
由此看出配电变压器的无功损耗占该线路总无功电量的55%。
线路传输的无功电量理论值为：Qx1=22.305万kvar•h，占该线路总无功电量的29.6%，剩下的11.239万kvar•h(15.4%)是其它感性无功损失。由此说明配电变压器的固定无功损耗所占比重大，是整个配电网功率因数偏低的主要原因。根据理论计算在线路分散装设了800kvar低压自愈式电容器后，通过实测，该线路功率因数从0.61提高到0.90左右，用户电压提高了10～15V，线损率由补偿前的21%下降到14%左右。由此可见，分散装设电容器效果显著。
低压无功就地补偿总体效益的初步分析：
(1)农村用电的特点是分散性和季节性，功率因数和负载率都很低，无功损耗十分严重。对此，采用低压无功就地补偿，把补偿范围延伸到低压侧的做法，从整体节能来考虑是比较彻底的，其经济效果显著。
(2)采用低压电容器就地补偿无功，减少了无功功率传输过程中的有功及无功损耗，提高了有功输送能力。
(3)和集中补偿比较：从理论计算和实际效果看，在减少配电线路线损、降低电压损失，增加设备出力方面都优于集中补偿。从运行及投资方面看，分散补偿的电容器利用率低，但使用灵活、设备简单，不需要维护。通过几年时间的运行，国产低压电容器运行状况是良好的。由于分散方式减少了传输无功损耗，所以较集中补偿，电容器总容量小，总体造价较低。