低压电网无功补偿技术的分析
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摘要：科学、合理地采用无功补偿的方法进行电能的输送，可以达到降低损耗以及稳定电网电压的作用。
关键词：低压电网；无功补偿
无功补偿是借助于无功补偿设备提供必要的无功功率。无功补偿对电网安全、优质、经济运行具有重要作用，是电力部门和用户共同关注的问题。合理选择无功补偿方案和补偿容量，能有效提高系统的电压稳定性，保证电网的电压质量，提高设备的利用率，降损节能，节省开支。
一、无功补偿的原理
S1为功率因数改善前的视在功率，cosφ1为无功补偿前的功率因数；S2为功率因数改善后的视在功率，cosφ2为无功补偿后的功率因数；Q1为无功补偿前的无功功率，Q2为无功补偿后的无功功率。
由图1可见，装设补偿装置后，功率因数由cosΦ1提高到cosΦ2，当用户需用的有功功率P不变时，无功功率将由Q1减小到Q2，视在功率将由S1减小到S2。相应地，负荷电流I减小，系统的电能、电压损耗均降低，电压质量及设备的利用率提高，设计容量减少，因此安装无功补偿装置，对于用户及供电系统均有益。
二．压无功补偿的方法及补偿容量的确定
低压电网处于电力网末端。低压无功补偿是指在配电变压器低压400（380）V网络中安装的补偿装置，其目标是实现无功就地平衡。通常有随机补偿、随器补偿、跟踪补偿三种方式。
1.随机补偿
（1）随机补偿。随机补偿就是将低压电容器组经熔断器与电动机并接，通过控制、保护装置与电机同时投切。优点：用电设备运行时，无功补偿装置投入；用电设备停运时，补偿装置退出。不需频繁调整补偿容量，不会造成无功倒送。可较好地限制配电网无功峰荷。投资少、占位小、易安装、配置方便灵活、维护简单方便、事故率低，无需专人看管。缺点：电机维修时，若未拆除电机与电容器的连接线，会由于电容器放电未完全而造成带电维护电机；摇电机相间绕组绝缘时，会损坏电容器。适用场合：适用于补偿电动机的无功消耗，以补励磁无功为主。若电动机年运行小时数在800h以上，选用此方式较其他补偿方式更经济。排灌电动机，应优先选用此补偿方式。
（2）随机补偿的容量确定。补偿容量视电动机负载大小、负载特性、满载功率因数高低确定。
1）为避免产生并联谐振和自激过电压，通常采取以补偿其空载无功负荷为主的欠补偿，即补偿容量不应大于电机空载无功，表示为Qc≤Qo（式中Ue――额定电压，Io――电机空载电流，Qc――补偿电容器容量）。通常推荐：Qc=（0.95～0.98）Qo。电机空载电流Io若在电机铭牌上未标明时，可用Io=（1-cosφ）Ie式计算。式中Ie――电动机额定电流，A；cosφ――电动机额定功率时的功率因数。
2）对于排灌所带机械负荷较大的电动机，补偿容量可适当加大，大于电动机的空载无功负荷，但要小于额定无功负荷，即Qo≤Qc≤Qe。
3）为便于计算，对排灌用普通电机，补偿容量可根据电动机的额定功率和运行工况，按每 kW0.5~ 0.6kvar 计算，即Qc=（0.5～0.6）Pe（kvar）。式中Pe为电机额定有功功率，kW。机械负荷惯性大的取较大系数，惯性小的取较小系数。
2.随器补偿
（1）随器补偿。随器补偿是指将低压电容器通过低压熔断器接在配电变压器低压侧，以补偿变压器空载无功的补偿方式。优点：接线简单，安装方便，配置灵活，利用率较高，维护管理方便，可自动投切，能够防止无功倒送，能有效地补偿配电变压器空载无功，削减农网无功基荷，使该部分无功就地平衡，从而提高配电变压器利用率，降低无功网损，提高用户的功率因数，改善用户的电压质量，补偿效果好，具有较高的经济性，是目前无功补偿比较有效的手段之一。缺点：因配电变压器数量多、安装地点分散，补偿的投资较大，运行维护困难、工作量大。适用场合：适用于负荷比较集中，供电距离较近的台区。
（2）随器补偿的容量确定。通常，农网配电变压器负载率较低，轻载和空载时，无功负荷主要是变压器的空载励磁无功。因随器补偿只能补偿配电变压器的空载无功Q0，若补偿容量Qc＞Qo，则在配电变压器接近空载时会造成过补，为防止此时可能出现的过补，补偿容量不宜过大，应按Qc≤Q0确定，推荐按Qc=（0.95～0.98）Qo选取（Qo=Io%Se×10-2），其中Qo为变压器空载励磁无功功率，Io%、Se分别为空载电流百分数（可从手册查得）和变压器额定容量）。一般也可按配变额定容量的3% ~ 7% 配置（对原有老系列变压器可取较大系数，对新系列节能型变压器可取较小的系数）。
3.跟踪补偿
（1）跟踪补偿。跟踪补偿是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置，将低压电容器组补偿在大用户0.4kV母线上的补偿方式。此方式是将低压电容器固定接一组在母线上，相当于随器补偿的作用。另选几组低压电容器作为手动或自动投切，随时补偿0.4kV网络中变动的无功负荷。优点：可较好地跟踪功率因数的变化，当功率因数低于设定值时，自动投入电容器，实行动态补偿。运行方式灵活，运行维护工作量小，补偿效果好，而且比前两种补偿方式寿命相对延长、功能更完善，运行更可靠。缺点：初期投资大，所需自动投切装置比随机或随器补偿的控制保护装置要复杂。另外，电容器的投切是整组进行的，只能是有级调节而做不到无级平滑调节。适用场合：适用于100kVA及以上的专用配电变压器用户及主要
负荷距配变不远的公用台区。对于低压线路长，负荷分散的台区，单一采用此补偿方式效果不佳，需结合其他方式进行补偿。此方式可以替代随机、随器两种补偿方式，当这三种补偿方式的经济性接近时，应优先选用跟踪补偿方式。
（2）跟踪补偿的容量确定。一般可按配电变压器额定容量的20%～40%配置，即Qc=（0.2～0.4）Se，也可从提高功率因数的角度考虑，按公式Qc=P（tgφ1- tgφ2）确定，其中tgφ1、tgφ2为补偿前后功率因数角的正切值。
三、无功补偿效益
1.提高功率因数，节省电费开支提高功率因数可以减少有功功率损耗及避免因功率因数低于规定值而受罚。
2.改善电压质量，稳定设备运行补偿后功率因数提高了，线路传送电流变小，电压损失也减小，末端电能质量得以改善。
3.提高设备的利用率，减少投资费用如某负荷容量为1500kW，补偿前、后功率因数分别为0.75和0.95，补偿后为该负荷输电的变配电设备可减少的容量ΔS（kVA）可按ΔS＝S
1-S2=P/COSφ1－P/ COSφ2＝P×（COSφ2－COSφ1）/（COSφ2×COSφ1）式计算。式中：ΔS――减少的设备容量，S1、S2――分别为补偿前、后为该负荷输电的变配电设备容量，P――负荷有功功率，COSφ1、COSφ2――分别为补偿前、后负荷功率因数。按上式计算可得，当功率因数提高到0.95时，为该负荷输电的变配电设备容量可减少的容量是421kVA。可见，对新建、改建项目，可减少设计容量，从而减少投资费用。
4.延长设备寿命，减少投资提高功率因数后，线路总电流减少，使已饱和或接近饱和的变压器、开关等设备和线路容量负荷降低，发热量相应减小，因而温升降低，设备寿命得以延长。
5.降损节能合理加装无功补偿设备，功率因数由COSφ1提高到COSφ2，可变损耗降低率△P%可由式△P%=[1-（COS2φ1/COS2φ2）]×100%求得。若功率因数由0.7提高到0.9，由上式计算可知，可变损耗可降低39.5%。
四、结束语
采用无功补偿可以提高功率因数，是一项投资少，收效快的节能措施，能为社会和企业带来一定效益。因此，应当先对低压电路中所有的特点进行分析研究，从实际应用角度采取一定的措施，进而降低电网中的电能损失，确保低压电网的供电质量。
参考文献：
[1] 王向臣 . 电网无功补偿实用技术
[2 徐岩. 浅谈电力系统的无功补偿
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