关于农村供电网络无功补偿最佳方案的探讨

辽阳县供电局    黄运才

    一、目前我国农村供电网络几种主要的无功补偿方式

1、在农村变电所35—60／10kV二次10kV母线侧，集中装设l0kV高压电容器，其容量一般为主变容量的15％一35％左右，这种补偿方式在农村供电网中早期大量使用。

2、在10kV配电线路上，按主干线分加10kV电容器组，进行补偿，每组容量为100~300千乏，这种补偿办法在近期内采用较多。

3、集中在100kVA以上大用户，低压400V侧，集中补偿，这种办法目前较为普遍。

    4．在配电变压器一次侧，按每台变压器的容量补偿30—40％的电容器，这种补偿办法目前在农村应用较少。

二、农村电网无功负荷分布分杨

    例如，我县兰家乡供电区为半平原、半山区的农村用电负荷。该供电区由一座60／10kV  3150kVA变压器的变电所供电。其中，有l0kV配电线路68公里，配电变压器87台／432lkVA，  年用电量250万度。采用补偿前，年平约功率因数为0．6，年消耗无功电量333万度，全供电区共有电动机276台／3047kw。

    I．该供电区的无功分布：

　、 

  代入上式：△AQ1＝3150×1．24×7500十0.32×8．1×3150×7500

                 ＝46．51万度    折合62千乏

            应采用电容量1．5×62＝93千乏

  (1．5为考虑负荷较大时系数)

(2)配电变压器年消耗无功电量： 

   2，全县供电网络无功负荷分布分析

   我县共有60kV送电线路三条160公里，变电所18座，主变压器3l台／10万千伏安，  低压电动机4200氏装机容量16万千瓦，全县年用电量1亿度。全县全年的平均功率因数为0．6，全县供电区年耗无功电量为1.33亿度。

（1）       60kV送电线路的无功损耗

    全县60kV送电线路均方根电流为120安培，按上述方法经计算，年无功损失电量为：829.4万度，核1036．8千乏，平均每10公里需补电容器．8千乏

    (2)变电所主变压器的无功负荷

    全县18座变电所的主变容量为10万千伏安，平均空载电流为额定电流的1．1％，阻抗电压为额定电压的8．1％，主变的平均负载率为0．4，经计算变电所主变年总无功负荷为1797万度，核2396i千乏，平均每所应补偿133千乏。

    (3)全县配电线路的无功负荷   

    全县供电区共有配电线路2400公里，其年平均根电流为38安，按前方法计算值为970万度，核1385千乏，平均每公里为55千乏。

    (4)全县配电变压器的无功负荷

    全县配电变压器3300台，17万千伏安，负荷率为0．2，空载电流百分数平均值为7．5％，阻抗电压百分数平均值为4．5％，年运行小时为7000小时。经计算值为9139万度，  核13060千乏。平均每百千伏安应补偿电容器7．7千乏。

    (5)全县供电区内装有低压电动机4200台，装机容量为16万千瓦，按全县年总损耗减去主变损、配电变压器损、送电线路损和配电线路无功负荷数值为全供电区低压电动机的无功负荷值得：582．6万度。

按上述办法计算全县无功负荷如下表：

    全县总无功电量13300万度。

    三、农村电网无功补偿几种方式的分析

    1．变电所二次侧集中补偿方式分析变电所二次侧集中补偿方式补偿容量按主变压器容量的15—35％配备，—这种补偿方式是按城市和工业变电所补偿方式进行的，从理论和实践证明，这种大容量的集中补偿方式根本不适合我国农村网络的无功补偿特点，其原因

有三点：

    (1)目前，我国农村供电网络负荷大多数是季节性负荷，工业用电比例小，基本是单班生产，因而变电所的无功补偿容量选择就很难适应季节性和昼夜大幅度变化的无功负荷需要。

    (2)为了使其功率因数达到国家规定的0．8以上，并须防止过补偿和电压升高问题必须采用大容量无功补偿，并须装设高压10kV的自动投切装置，而实际我国目前还没有比较成功的高压电容器自动投切装置。在运行中，势必出现频繁的人工操作投切10kV电容器由于网络负荷的变化，过补偿和电压升高现象时常发生，往往在人工还没来得急操作时，发生电容器烧损事故，现运行的农村变电所大容量集中补偿方式有50％以上均发生过不同类型的的事故。

    (3)这种补偿方式其电容器都集中安装在变电所的二次母线上，虽然可以提高变电所的二次母线的功率因数，但对二次的每个配电出线并不减少线损。

    2．在10kV配电线路上集中补偿的分析

    这种补偿方式主要是在线路的负荷集中点(配电线主干线的三分之二处)，每点集中设10kV电容器100—300千乏，这种补偿方虽然比变电所集中补偿有较多的优点，但也在三个严重问题：

    (1)由于这种补偿方式设备装在线上，长久运行在室外，风吹雨打日晒，设备

坏率高，年损坏率5—10％。

    (2)由于运行在野外，电容器发生事故时，不易被发现，事故易扩大，往往形成长期停运状态，失掉了补偿作用。

    (3)这种补偿方式和低压的最佳方案比：投资大，维修费高，线损率高，不是安经济最佳方案…

3．集中在100kVA以上大用户补偿的分析

100kVA以上大用户的无功补偿，采用低压侧按负荷容量进行集中补偿。但目前农100kVA以上大用户只占农村动力用户的2~5％。大用户无功负荷只占全部农村无功则的10—15％，单以它为主的补偿办法，只捌

决农村无功负荷的10％左右。

    4．在10kV配电变压器一次侧补偿办法分析

    配电变压器的无功补偿按每台变压器的容量和负荷，配备一定容量的电容器(一般10一30千乏)，这种补偿方式是一种就地补偿的好办法但其补偿电容器容量选择包括了该变压器所代的感性负荷容量，由于农村变压器代的负荷昼夜变化极大，待动力停运时，或纯照明负荷和变压器空载时，由于该方式无自动投切装置，所以，经常出现过补偿或电压升高现象．达不到经济安全运行目的。

    四、论农村电田无功补偿的最佳方案

    我们提出的最佳方案，根据农村负荷的特点，应采取如下原则和办法：

1．变电所最佳补偿方案：

改变电所集中补偿办法，为按电压等级分级就地补偿办法；改按主变压器的容量配备15~30％的补偿容量选补偿电容器的办法，为按主变本身所耗的固定和可变无功损失及60kV线路的无功损耗，选择补偿容量。可按下式计算．

    变电所的主变压器和60kV送电线路采用这种选择容量的办法，既作到了就地补偿，又。减少了变电所的无功补偿装置的投资，按这种选择方法补偿，长期运行也不会产生过补偿现象．同时，不须装设自动投切装置。即减少投资又大幅度减少了补偿装置事故率；所以，变电历的补偿容量可按主变压器容量的2—3％选择。如60kV线路太长或负荷率较大者，可以适当加大补偿容量。

    2．10kV配电线路和配电变压器无功补偿的最佳方案

   将10kV线路上集中补偿和配电变压器一次侧补偿办法，全部改为配电变压器二次例随变压器补偿，即取消10kV侧补偿方式，其补偿容量的选择按下式计算：

    这种补偿办法我们认为：完全作到了就地无功补偿。按这种办法选择的补偿容量，可以完全避免过补偿和欠补偿的现象发生，同时，安装方便，便于维护，大大减少了补偿设备事故，不必专设电容器台和开关保护设备，减少了大量投资。特别是10kV线路不必再采取补偿措施。其补偿容量选择应按配电变压器容量的10％左右配备。  (包括10kV线路无功损耗所需容量)。

    3．100kVA以上用户采用低压侧集中补偿的修定补充方案

    100kVA以上的较大用户在二次侧集中补偿办法是可行的，但因农村大用户负荷多为变化性负荷(如社队工业等)，无功负荷也随之而变化。如不摘自动投切方式，也会常常出现过补偿现象和二次侧电压升高，易烧损用电设备。因此，凡此种补偿方式，都应装设无功自动投切装置。另外，当这种用户无负荷状态时，其该变压器的无功损耗不能得到补偿。因变压器二次无负荷时，自动投切装置自动全部切除无功补偿容量，因而出现了该变压器在无功消耗欠补偿状态下运行。为了避免此情况的发生，应按该变压器空载时消耗的无功容量，在变压器二次侧安装固定补偿电容，其容量控I。％·Se的值配备。

    4．低压电动机补偿方案

    因采取了以上几种补偿方式，已解决了配电变压器以上设备及线路的全部无功分量，而低压电动机需要消耗的无功分量应随低压电机补偿(简称随机补偿)，补偿容量的选择，应

按电动机的空载电流计算，容量为：

Q＝ 

式中：Q：补偿电容量   IJ：电机额定线电压

    I0：电动机空载电流(一般为额定电流的20—30％)

    这种随机补偿方式接线时，应随电机的运行而投入，电机的停运而切除。

    五、最佳方案的经济效益分析

最佳方案和现行几种补偿方案的经济比较如下表：

    1．由于变电所采取最佳方案，可比原变电所集中补偿方案(全县十八座变电所)减少安装高压电容器2万千乏，可给国家节省18．2万元。

    2．10kV线路由于采取了随变压器二次固定补偿方案。因减少了高压电容器台和开关设备等，每安装100千乏，可节省投资0.1万元全县共需安装2．04万千乏电容器，可节省投资 42．53万元以上。以上两项共可节省60.73 万元。

    3．由于低压电机采用了随机补偿,增加了一些电容器的投资，但与节省的投资是不可比较的，另外，低压电机产权系属用户所有，电动机所耗无功由用户补偿是合情合理。

    4．由于采用了有效的无功补偿方案。 不仅提高了供电质量，提高了设备出力和减少有功线损，而且，使用户节约了电费开支因数由原来的0．6均提高到0．85以上。就这一项使全县年少交力率电费14．5万元。