農村配電網(wǎng)無(wú)功分散補償方案淺析

0 前言

2011年1月5日溫家寶總理主持召開(kāi)國務(wù)院常務(wù)會(huì )議，決定實(shí)施新一輪農村電網(wǎng)改造升級工程。會(huì )議提出，在“十二五”期間，使全國農村電網(wǎng)得到改造，基本建成安全可靠、節能環(huán)保、技術(shù)先進(jìn)、管理規范的新型農村電網(wǎng)。同時(shí)，發(fā)改委印發(fā)的《農村電網(wǎng)升級技術(shù)原則》明確了農網(wǎng)改造建設方向和技術(shù)改造標準。其中，無(wú)功補償將是供電網(wǎng)絡(luò )節能環(huán)保建設的一個(gè)要點(diǎn)。

1 配電線(xiàn)路進(jìn)行無(wú)功補償的原理。

(1)當電流通過(guò)線(xiàn)路時(shí)，其有功功率損耗為：△P=3I2R×10-3 或△P=3×(P/UcosΦ)2×R×10-3 。

式中：△P--線(xiàn)路的有功功率損耗kW;I--線(xiàn)路通過(guò)的電流A;R--線(xiàn)路每相電阻Ω;P--線(xiàn)路輸送的有功功率kW;Q--線(xiàn)路輸送的無(wú)功功率kvar;cosΦ--線(xiàn)路負荷的功率因數。

由上式可知，有功功率損失和功率因數的平方成反比，提高功率因數可以大量降低線(xiàn)損。當功率因數由0.6提高到0.8時(shí)，線(xiàn)損下降將近一半。

(2)改善用戶(hù)電壓質(zhì)量。其中，線(xiàn)路電壓損失的公式為：△U=(PR QX)/U×10-3。

式中△U--線(xiàn)路電壓損失kV;U--線(xiàn)路電壓kV;P--線(xiàn)路有功負荷kW;Q--線(xiàn)路無(wú)功負荷kvar;X--線(xiàn)路感抗Ω;R--線(xiàn)路電阻Ω。

由上式可以看出，提高系統功率因數，減少線(xiàn)路輸送的無(wú)功負荷，則電壓損失將下降。

(3)減小系統元件的容量，提高電網(wǎng)的輸送能力。

視在功率S=P/cosΦ，由此可以看出，提高功率因數在輸送同樣的有功功率情況下，設備安裝容量可以減少，節約了投資。如設備安裝容量不變則可增大有功功率輸送量。安裝電容器提高輸送有功功率所得的效益，可按下式確定：△P/Q=(cosΦ2-cosΦ1)/cosΦ2(tgΦ1-tgΦ2)。

式中△P--有功功率的增加量;Q--達到△P所需要的無(wú)功功率;cosΦ1、cosΦ2--補償前、后的功率因數。

如果cosΦ由0.8提高到0.95，每kvar電容器節約配電線(xiàn)路上的變壓器及其它設備安裝容量約為0.38kVA。而網(wǎng)絡(luò )上每kVA安裝容量的造價(jià)為每kvar電容器價(jià)格的幾十倍以上。

2 配電線(xiàn)路無(wú)功補償的做法及分配方案

(1)無(wú)功補償的做法：將低壓自愈式電容器裝設在配電變壓器低壓出口處，隨變壓器同時(shí)投切，直接補償變壓器本身消耗的無(wú)功及補償部分感性負載所需的無(wú)功。

(2)分配方案：

①補償容量的選擇：補償容量由電力負荷及補償前和要求補償提高后的功率因數值決定。計算公式如下：Qbch=Ppj(tgΦ1-tgΦ2) 或Qbch=Ppj(1-tgΦ2/tgΦ1)。

式中Qbch--所需的補償容量kvar ;Ppj--最大負荷月的平均有功負荷kW ;Qpj--最大負荷月的平均無(wú)功負荷kvar;tgΦ1--補償前的功率因數cosΦ1的正切值;tgΦ2--補償后要求達到的功數因數cosΦ2的正切值。

②配電線(xiàn)路各支線(xiàn)電容器的合理分配：

輻射狀的配電網(wǎng)絡(luò )中，設Q1、Q2、Q3……Qn為補償前各條支線(xiàn)的平均無(wú)功負荷;Qbc1、Qbc2……Qbcn為各條支線(xiàn)上要安裝電容器的無(wú)功功率;R1、R2、R3……Rn為各條支線(xiàn)的計算電組(其數值為每一支線(xiàn)的電阻值乘以系數α而得，一般α取0.55)。 裝設電容器的所有各條線(xiàn)路的等值電阻Rd為： Rd=1/(1/R1 1/R2 1/R3……1/Rn)

計算結果表明，符合下式的條件時(shí)，電容器的無(wú)功補償效果最好，即：(Q1-Qbc1)R1=(Q2-Qbc2)R2=……=(Q-Qbc)Rd

因此，安裝于各條支線(xiàn)上電容器無(wú)功功率的最合理分配為：

Qbc1=Q1-(Q-Qbc)Rd/R1
……
Qbcn=Qn-(Q-Qbc)Rd/Rn

式中Q-整條線(xiàn)路補償前的無(wú)功負荷 ，Qbc-整條線(xiàn)路補償后的無(wú)功負荷 。

3 配電線(xiàn)路上裝設電容器后的效果。

以某供電局的10kV線(xiàn)路為例，該線(xiàn)路總長(cháng)7.626km(線(xiàn)號為L(cháng)GJ-70導線(xiàn))，配電變壓器105臺，合計7100kVA。2011年4月份該線(xiàn)路的有功電量為45.41萬(wàn)kWmiddot;h，無(wú)功電量為74.44萬(wàn)kvarmiddot;h，功率因數為：cosΦ=45.41/45.412 74.442=0.61;配電變壓器無(wú)功消耗計算值：Qtr=7100×0.08×720=40.896萬(wàn)kvarmiddot;h 。由此看出配電變壓器的無(wú)功損耗占該線(xiàn)路總無(wú)功電量的55%，線(xiàn)路傳輸的無(wú)功電量理論值為：Qx1=22.305萬(wàn)kvarmiddot;h，占該線(xiàn)路總無(wú)功電量的29.6%，剩下的11.239萬(wàn)kvarmiddot;h(15.4%)是其它感性無(wú)功損失。由此說(shuō)明配電變壓器的固定無(wú)功損耗所占比重大，是整個(gè)配電網(wǎng)功率因數偏低的主要原因。2011年6月份根據理論計算在該線(xiàn)路分散裝設了800kvar低壓自愈式電容器后，通過(guò)實(shí)測，該線(xiàn)路功率因數從0.61提高到0.90左右，低壓用戶(hù)側電壓提高了10～15V，線(xiàn)損率由補償前的21%下降到14%左右。由此可見(jiàn)，分散裝設電容器效果顯著(zhù)。

4結束語(yǔ)

農村用電的特點(diǎn)是分散性和季節性，功率因數和負載率都很低，無(wú)功損耗十分嚴重。對此，采用低壓無(wú)功就地補償，把補償范圍延伸到低壓側的做法，從整體節能來(lái)考慮是比較徹底的。所以，只要能合理配置農村配電變壓器的無(wú)功補償電容器，加強設備的運行管理，不僅能減少線(xiàn)路損耗，增加線(xiàn)路輸送容量，還能改善電壓質(zhì)量和提高電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性，增加可觀(guān)的經(jīng)濟效益。