1          綜述…………………………………………………………………………… 1

1.1        問題的提出及其重要性 …………………………………………………1

1.2        研究重點…………………………………………………………………1

2          電網(wǎng)的無功補償和功率因數(shù)分析  …………………………………………8

2.1        無功補償和提高電網(wǎng)功率因數(shù)的意義…………………………………8

2.2        無功補償和改善功率因數(shù)的效益分析方法……………………………9

2.3        確定無功補償容量的一般方法…………………………………………12

2.4        低壓電網(wǎng)無功補償?shù)膶嵱梅椒?hellip;………………………………………14

3          解決方法和效益分析  ………………………………………………………16

4          總結(jié)與展望 ……………………………………………………………………18

5  致謝  …………………………………………………………………………19

6  參考文獻(xiàn)  ……………………………………………………………………20

 

配電網(wǎng)節(jié)能降損研究

 

摘   要

 

本文首先對電力系統(tǒng)中配電網(wǎng)的節(jié)能降損的重要性和必要性進(jìn)行了介紹；然后通過總結(jié)出的一些技術(shù)上的措施與管理上的措施，進(jìn)行節(jié)能降損的研究；最后結(jié)合當(dāng)?shù)氐木唧w情況，講述了一些行之有效的節(jié)能降損辦法。

關(guān)鍵詞：節(jié)能降損  配電網(wǎng)  線損率  理論線損 無功補償  功率因數(shù)

 

1         綜述

1.1問題的提出及其重要性

安全經(jīng)濟(jì)，多供少損是供電企業(yè)一個永恒的主題。電力網(wǎng)電能損耗（簡稱線損），是電網(wǎng)經(jīng)營企業(yè)在電能傳輸和營銷過程中自發(fā)電廠出線起至客戶電度表止所產(chǎn)生的電能消耗和損失。線損率是衡量線損高低的指標(biāo)，它綜合反映和體現(xiàn)了電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計、生產(chǎn)運行和經(jīng)營管理的水平，是電網(wǎng)經(jīng)營企業(yè)的一項重要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。

線損率的組成可以分為兩個部分，一部分是技術(shù)線損（即完全由當(dāng)時特定的電網(wǎng)負(fù)荷和供電設(shè)備的參數(shù)所決定，這部分損失電量，通過理論計算便可以得出，所以被稱為理論線損電量）；另一部分管理線損（即損失的電量取決于人為因素，與企業(yè)的管理密切相關(guān)）。

售電量的大小和線損率的高低是供電企業(yè)效益高低的決定性因素，售電量的大小很大程度上受社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制約，而線損率的高低卻是電力企業(yè)規(guī)劃設(shè)計水平、生產(chǎn)技術(shù)水平和管理水平的綜合反映。并且線損工作又是一項系統(tǒng)地工程，它涉及到供電企業(yè)的多個部門，從設(shè)計、基建、生產(chǎn)、調(diào)度、變電運行、線路維護(hù)到每月進(jìn)行的抄、核、收工作，每個環(huán)節(jié)都與線損有著密切地聯(lián)系。所以如何能切實有效地做到安全經(jīng)濟(jì)﹑多供少損，這一直是擺在我們每個農(nóng)電工作者面前的重要課題。

1.1.1  縣局現(xiàn)狀

安塞縣電力局以創(chuàng)建一流縣級供電企業(yè)為契機(jī)，以安全生產(chǎn)為基礎(chǔ)，以降損增效為目標(biāo)，以優(yōu)質(zhì)服務(wù)為宗旨，肩負(fù)著全縣318個行政村和縣城區(qū)的供電任務(wù)。

近幾年來的網(wǎng)改工程以小容量、密布點、短半徑為原則，對全縣電網(wǎng)的布局和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全面規(guī)劃和改造，新建35kV變電站2座、并改造原有舊變電站3座，消除了供電半徑不合理，迂回供電的線路?，F(xiàn)全縣共有一座110kV變電站和5座35kV變電站，35kV線路全長121.4 km，10kV線路全長約800多公里，改造0.4/0.22kV線路約900多公里。廣泛使用S9系列節(jié)能變壓器，更換高耗能配電變壓器200多臺。增加補償電容器3000 kvar，功率因數(shù)提高到0.9以上。

1.2  研究重點

前一章我們已經(jīng)說到降損的措施從大的方面可以分為兩類：技術(shù)措施與管理措施。這兩種方法就實際情況而言，采取技術(shù)措施降低線損是線損管理工作的基礎(chǔ)，針對電網(wǎng)電能損失的規(guī)律和特點采取相應(yīng)的技術(shù)措施，就能以少的投資取得最大節(jié)電效果，實現(xiàn)多供少損，提高電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益的目的。電網(wǎng)降損的技術(shù)措施涉及電網(wǎng)的各個方面，這里我結(jié)合安塞縣局的實際情況，談?wù)勛约旱臏\見。

1.2.1 降損的技術(shù)措施

a合理規(guī)劃，認(rèn)真組織實施：以小容量、密布點、短半徑為原則，對全縣電網(wǎng)的布局和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全面規(guī)劃和改造，新建2座35kV變電站，消除了供電半徑不合理，迂回供電的線路?，F(xiàn)在全縣共有1座110kV變電站，5座35kV變電站，35kV線路輸電距離不超過25km，10kV線路供電控制在10km范圍內(nèi)，形成了一個布局合理、運行經(jīng)濟(jì)的供電網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)了地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，更有利于降損節(jié)能。

b改造線路及采用節(jié)能新產(chǎn)品: 合理選擇導(dǎo)線截面.增加導(dǎo)線截面會降低導(dǎo)線電阻，減少電能損耗和線路壓降。導(dǎo)線截面積與電能損耗成反比關(guān)系，但增加導(dǎo)線截面會增加投資，在增加導(dǎo)線截面時，要綜合考慮投入與降損的關(guān)系。一般來講，線路中電能損失大部分集中在主干線部分，在主干線中又集中在路首端到末端，從主干線到分支線由大到小的順序選擇階梯型導(dǎo)線截面，同時要考慮今后的發(fā)展和電壓降的要求。另外，積極推廣應(yīng)用節(jié)能新產(chǎn)品，在各聯(lián)接節(jié)流點的施工中，采用導(dǎo)電膏，采用安全節(jié)能型的安普線夾。采用這些新產(chǎn)品，既減小了載流體各連接點的接觸電阻，降低了能耗。同時又有效地防止了因連接點接觸不良而引發(fā)的事故。確保了設(shè)備安全運行。在這次農(nóng)網(wǎng)改造中，對運行時間長，線徑細(xì)、損耗高的線路進(jìn)行改造，更換大截面的導(dǎo)線和電壓等級高的絕緣子，以減小線路電阻和泄漏電流，降低線路損耗。新建、改造35kV線路6條共70km，10kV線路36條，合計420km；利用變電站的剩余出線間隔，對6條負(fù)荷大、損耗高的10kV線路進(jìn)行分流改造，對全縣318個行政村的低壓線路進(jìn)行了全面的規(guī)劃設(shè)計，共建設(shè)改造0.4/0.22kV線路900km多，徹底解決了農(nóng)村低壓電網(wǎng)陳舊、布局不合理、電能損耗高的問題，供電狀況得到了根本改善。

說起降低線路損耗，我們不能不提一下超導(dǎo)技術(shù)。

電是依靠導(dǎo)體來傳送的，所有的金屬都能導(dǎo)電，但實際用來作導(dǎo)線的只有銅、鋁、鐵等為數(shù)不多的金屬。另外，電解液以及電離狀態(tài)的空氣也能導(dǎo)電。由于電阻的存在，電在導(dǎo)體內(nèi)流通會產(chǎn)生損耗，引起發(fā)熱，這就限制了導(dǎo)體通電的能力。

1911年初，有人在-269℃的環(huán)境溫度下，測量汞的電阻值時，發(fā)現(xiàn)電阻指示值為零，當(dāng)時還以為測量儀表發(fā)生了故障，但經(jīng)各種儀表校核，確證汞確實消失了電阻。以后人們又陸續(xù)地發(fā)現(xiàn)一些金屬在一定的溫度下，電阻也會突然消失。金屬電阻完全消失這一特殊現(xiàn)象，稱為超導(dǎo)電性，具有超導(dǎo)電性的金屬、合金和化合物為超導(dǎo)體。80年代中期以來，超導(dǎo)的研究進(jìn)展得相當(dāng)快，許多國家都集中人力、投入重金，力爭在超導(dǎo)研究的國際競爭中取勝，超導(dǎo)成了科技界的熱門話題。

超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用將使電力工業(yè)產(chǎn)生根本性的變革。利用常規(guī)導(dǎo)線作為輸電線，電能的損耗極為嚴(yán)重，為了提高送電效率，只能向超高壓輸電方向發(fā)展，但損耗仍然很大。由于超導(dǎo)體幾乎可以無損耗地輸送直流電，而且目前對超導(dǎo)材料的研究已經(jīng)可以使交流電損耗降到很低的水平，所以利用超導(dǎo)體制作的電纜將節(jié)省大量能源，而且可以實現(xiàn)遠(yuǎn)距離送電，建設(shè)跨國、跨洲的大電網(wǎng)。

目前，電力生產(chǎn)只能是需要多少生產(chǎn)多少，無法儲存，超導(dǎo)體的出現(xiàn)將解決這一難題。由于超導(dǎo)體能使電流無限通過，因此利用超導(dǎo)體制成線圈可以大量儲存電能。這種儲能裝置既可以用作特殊電源，也可以用來調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)的負(fù)荷，以充分利用發(fā)電設(shè)備。

超導(dǎo)材料還可用于電機(jī)制造。普通發(fā)電機(jī)由于各種限制，單機(jī)最大輸出功率不能超過150萬千瓦，而超導(dǎo)材料由于無電阻而且載流能力大，用來制造電機(jī)可使功率損失減少到普通發(fā)電機(jī)的一半以下，并能簡化普通發(fā)電機(jī)龐大而復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)。

超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用將會給產(chǎn)業(yè)界帶來一場革命。超導(dǎo)材料可廣泛應(yīng)用于交通、醫(yī)學(xué)、計算機(jī)、精密儀器、軍事、機(jī)械制造等各個領(lǐng)域，對能源工業(yè)也將產(chǎn)生巨大沖擊。人類將最終解決能源問題的希望寄托在實現(xiàn)核聚變，而核聚變要達(dá)到實用化，必須依靠超導(dǎo)體。目前國際能源機(jī)構(gòu)正在組織應(yīng)用超導(dǎo)體實現(xiàn)核聚變的國際合作，一旦人類掌握了這一技術(shù)，將徹底擺脫能源危機(jī)的困擾。

(1)對某條10kV線路進(jìn)行理論線損的計算，根據(jù)最佳理論線損計算公式：

式中  ——— 最佳理論線損率

         ——— 負(fù)荷曲線形狀系數(shù)，應(yīng)接近于1

       ——— 額定電壓（10kv）

             ——— 該條線路的功率因數(shù)

——— 配電變壓器的空載損耗（kw）

——— 線路的等值電阻。為變壓器的等值電阻與導(dǎo)線的等值電阻之和（ ）

即：

通過收集10kV線路的結(jié)構(gòu)參數(shù)和運行參數(shù)，然后運用上面的計算公式進(jìn)行計算，得出一個最佳理論線損率，能夠找出存在的薄弱環(huán)節(jié)，可以為開展線損的定性、定量分析及采取相對應(yīng)的技術(shù)措施，提供科學(xué)的理論依據(jù)。

c增加無功補償，提高負(fù)荷功率因數(shù): 補償無功可以減少在線路和變壓器中傳遞的無功功率，提高功率因數(shù)降低電能損耗。按照"分級補償，就地平衡"的原則，采取集中與分散相結(jié)合的補償方法，對新建變電所配足補償電容器，對無功不足的變電所增補電容器，進(jìn)行集中補償，累計增加補償電容器6000kvar；對功率因數(shù)低、無功負(fù)荷大的10kV線路在適當(dāng)?shù)攸c安裝補償電容器，進(jìn)行分散補償，共安裝電容器3000kvar；在配電變壓器低壓JP柜中裝設(shè)補償電容器，進(jìn)行隨器補償，累計安裝電容器1800kvar。采取以上補償措施后，功率因數(shù)提高到了0.9以上，降低了線路損耗。在國家電力公司國電農(nóng)[1999]652號文件中的《供電所線損管理辦法》中規(guī)定：農(nóng)村生活和農(nóng)業(yè)線路功率因數(shù)不小于0.85；工業(yè)、農(nóng)副業(yè)專用線路功率因數(shù)不小于0.90。為了鼓勵用電單位提高功率因數(shù)，國家規(guī)定了功率因數(shù)調(diào)整電費的方法。變壓器容量在3151EVA及以上容量的工業(yè)客戶的功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)為0.90。變壓器容量在100~315kVA的工業(yè)客戶功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)為0.85。變壓器容量在100kVA及以上的農(nóng)業(yè)客戶功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)為0.80。

d合理選擇變壓器容量和安裝位置：合理選擇配電變壓器的容量是變壓器經(jīng)濟(jì)運行的要求。變壓器容量太小，會引起過負(fù)荷運行，過載損耗增加；變壓器容量太大，出現(xiàn)"大馬拉小車"現(xiàn)象，變壓器不能充分利用，空載損耗增加。因此，根據(jù)實際負(fù)荷情況確定配電變壓器的容量，使變壓器處于經(jīng)濟(jì)運行狀態(tài)，損耗降到最小。同時合理選擇變壓器的安裝位置，安裝于用電負(fù)荷中心，并認(rèn)真分配各相負(fù)荷，三相負(fù)荷盡可能平衡，使中性線的電流最小。在這次農(nóng)網(wǎng)改造中，我局新增加配變200多臺，調(diào)整移動90多臺，通過10kV線路的延伸，全部安裝于用電負(fù)荷中心，使低壓線路供電半徑不超過0.5km，既提高了供電質(zhì)量，又降低了線路損耗。

(1) 選用節(jié)能型變壓器:根據(jù)國家經(jīng)貿(mào)委電力［2002］112號文通知，S11型卷鐵心變壓器具有繞制工藝簡單、重量輕、體積小、空載損耗比S9降低25%～30%、維護(hù)方便、運行費用節(jié)省，節(jié)能效果明顯等優(yōu)點，比較適合我國農(nóng)村電網(wǎng)的負(fù)荷特性和技術(shù)要求，農(nóng)村電網(wǎng)建設(shè)和改造工程中應(yīng)積極推廣使用這一產(chǎn)品。S9系列10kV的電力變壓器是我國目前生產(chǎn)的低損耗產(chǎn)品，其損耗值與S7系列對比，空載損耗可降低10%，負(fù)載損耗可降低10%，節(jié)能效果較為顯著，是目前農(nóng)網(wǎng)改造的通用產(chǎn)品。而非晶合金鐵心變壓器是當(dāng)前損耗最少的節(jié)能變壓器，空載損耗可比同容量的S9變壓器平均下降75%，比S7變壓器降低78%，但價格高于S9系列變壓器，但兩種變壓器的價差，可在5～7年內(nèi)由所降低損耗少付的電費來抵償，所以有條件的地方應(yīng)優(yōu)先考慮。

(2) 及時調(diào)整變壓器三相平衡度: 根據(jù)規(guī)程規(guī)定，一般要求配電變壓器出口處的電流不平衡度不大于10%，干線及分支線首端的不平衡度不大于20%，中性線的電流不超過額定電流的25%，這是因為在配電系統(tǒng)中，有的相電流較小，有的相電流接近甚至超過額定電流，這種情況下，不僅影響變壓器的安全經(jīng)濟(jì)運行，影響供電質(zhì)量，而且會成倍增加線損。若一條公用配電線路等值電阻為R，通過最大電流為IA＝IB＝IC＝I，則在三相電流平衡時的有功功率損失ΔP＝ 。在三相電流不平衡時，有負(fù)序和零序電流分量，以平衡時的正序電流即I＝IA＝I1為標(biāo)準(zhǔn)，這時的有功功率損失為：

式中 ﹑ ﹑ ——正序﹑負(fù)序﹑等值電阻，且

，一般大于4

， ，負(fù)序和零序電流的不平衡系數(shù)

ε2＝I2／I1，ε0＝I0／I1，負(fù)序和零序電流的不平衡系數(shù)。從式中可見，三相電流不平衡程度越大，有功功率損失也越多，所以必須定期地進(jìn)行三相負(fù)荷測定和調(diào)整工作，使變壓器三相電流力求平衡，盡可能降低線損。

e搞好輸、配電線路維護(hù)管理，減少泄漏電：主要是清掃絕緣子，更換不合格的絕緣子，修剪樹枝，經(jīng)常測量接頭電阻，發(fā)現(xiàn)問題及時檢修，并盡可能采用帶電作業(yè)。合理安排設(shè)備檢修，減少停電時間。設(shè)備采用狀態(tài)檢修，對設(shè)備檢修做到有計劃，減少臨時檢修，盡可能做到供、用電設(shè)備同時檢修試驗，以減少停電時間和次數(shù)。

f更新提高計量裝置的準(zhǔn)確度：農(nóng)網(wǎng)改造前，我縣農(nóng)村用戶的電能表大都運行了10年以上，靈敏度低、誤差大，是造成低壓線損居高不下的重要因素，對運行的DD28系列電能表，使用期限超過10年的必須更換；運行時間不超過10年，經(jīng)過校驗合格的可以繼續(xù)運行，不合格的必須退出運行。新裝和更換的電能表禁止使用DD28系列，推廣使用86系列寬負(fù)荷電能表，以提高計量的準(zhǔn)確性。

g經(jīng)濟(jì)調(diào)度，優(yōu)化運行：根據(jù)電網(wǎng)的潮流變化，調(diào)整系統(tǒng)運行方式，使主變處于經(jīng)濟(jì)運行狀態(tài)；及時投切補償電容器，做好無功平衡；充分發(fā)揮變電所有載調(diào)壓變壓器的作用，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)調(diào)壓，使農(nóng)網(wǎng)線損管理與調(diào)度管理密切結(jié)合，實現(xiàn)電網(wǎng)的最大經(jīng)濟(jì)效益。

1.2.2             降損的管理措施

a加強(qiáng)組織領(lǐng)導(dǎo)，健全線損管理網(wǎng)：建立由相關(guān)部室有關(guān)人員組成的線損管理領(lǐng)導(dǎo)小組，由分管局長任組長，負(fù)責(zé)領(lǐng)導(dǎo)線損工作；客戶中心設(shè)專職線損管理員，各供電所設(shè)專(兼)職線損管理員，形成自上而下的管理網(wǎng)絡(luò)。建立線損管理責(zé)任制，制定"線損管理制度"、"線損獎懲辦法"及"線損管理實施細(xì)則"，發(fā)生的問題，做到責(zé)任明確，獎罰分明。 

    b搞好理論計算及線損統(tǒng)計工作：線損理論計算是線損管理的基礎(chǔ)，通過計算能使我們定量地認(rèn)識到電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運行的薄弱環(huán)節(jié)，從而有針對性地制定降損措施；每月進(jìn)行一次線損統(tǒng)計、分析工作，每季進(jìn)行一次全面總結(jié)，分析線損升降原因，統(tǒng)計指標(biāo)完成情況。 

     c搞好線損指標(biāo)管理：為了打破"吃大鍋飯"的弊端，公司依據(jù)每條線路的理論計算值，結(jié)合往年實際完成情況，分線、分臺區(qū)下達(dá)線損指標(biāo)，與供電所、稽查科簽訂承包合同，每月一核算、每季一考核、年終按"線損獎懲辦法"兌現(xiàn)。 

    d加強(qiáng)抄核收管理，做好降損工作：完善抄表制度。為了線損統(tǒng)計的準(zhǔn)確性，公司專門下達(dá)了抄表管理制度，要求抄表人員嚴(yán)格按照規(guī)定日期完成抄收工作，杜絕抄表不同步、漏抄、估抄或不抄現(xiàn)象。 加強(qiáng)抄收人員的職業(yè)道德教育，提高抄收人員的思相素質(zhì)，堅決禁止在抄收過程中用電能這種特殊商品做人情、拉關(guān)系、搞交換。 加強(qiáng)崗位培訓(xùn)，提高抄表人員的業(yè)務(wù)技術(shù)水平。鄉(xiāng)村電管部、客戶中心，每年都組織裝、抄表人員集中學(xué)習(xí)，極大地減少了在抄收過程中由于抄錯數(shù)、錯算倍率、抄錯小數(shù)點等造成的錯計損失，以及由于漏抄電表、漏乘倍率等造成的漏計損失。 

     e開展?fàn)I業(yè)普查工作：營業(yè)普查是供電企業(yè)加強(qiáng)經(jīng)營管理工作的重要內(nèi)容，公司重點以查偷漏、查帳卡、查倍率、查電表及接線為主，做到"情況明、計量準(zhǔn)、按時抄、全部收、服務(wù)好"，把由于管理不善偷掉一點、業(yè)務(wù)不熟錯掉一點，表計失靈跑掉一點、責(zé)任心不強(qiáng)漏掉一點，人情關(guān)系送掉一點的電量補回來，提高了抄收準(zhǔn)確性和計量準(zhǔn)確性。 

     f依法治電，深化反竊電工作：企業(yè)內(nèi)部大力開展《電力法》及相關(guān)《條例》的宣傳教育活動，印制"開展電力市場整頓和優(yōu)質(zhì)服務(wù)年活動"服務(wù)手冊送到客戶，組織人員在城區(qū)及鄉(xiāng)村、集市等公共場合向群眾進(jìn)行依法用電宣傳教育。 組織技術(shù)尖子成立用電稽查大隊，配備交通通訊及現(xiàn)場檢查鑒定的工器具和儀表，深入開展反竊電工作，認(rèn)真分析可能竊電的手段、時間，并結(jié)合線路的損失情況有計劃、有目標(biāo)進(jìn)行突擊檢查，不定期進(jìn)行24h的用電監(jiān)察，使竊電分子無可乘之機(jī)，竊電現(xiàn)象日漸減少。成立了公安值班室，聘請公安干警，依法嚴(yán)厲打擊竊電行為。 加強(qiáng)業(yè)務(wù)培訓(xùn)，不定期地舉辦《電力法》、《電能計量裝置管理規(guī)程》、《用電檢查管理辦法》、《供用電監(jiān)督管理辦法》學(xué)習(xí)班，提高用電稽查人員檢查、發(fā)現(xiàn)、處理違章用電的能力。 

     g加強(qiáng)裝置管理：客戶中心嚴(yán)格按照《電能計量裝置管理規(guī)程》及其它有關(guān)規(guī)程做好工作。合理計量配置，對供、售電表計和計量用互感器，做到配置合理、齊全、校準(zhǔn)。正確計量接線，對計量表計的接線要正確，尤其對配有電壓、電流互感器的二次接線一定要連接正確可靠，端頭螺絲擰緊。計量裝置的定期檢驗和巡檢，經(jīng)常組織人員到現(xiàn)場巡視檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。 

     h加大計量裝置的防竊電改造：電能表集中安裝于表箱或?qū)Ｓ糜嬃抗?。低壓用戶全部安裝漏電保護(hù)開關(guān)。高供高計用戶采用高壓計量箱并配裝磁卡表。做到電能表及接線安裝牢固，并認(rèn)真做好鉗封。使用具有防竊電功能的電能表。

 

 

2 電網(wǎng)的無功補償和功率因數(shù)分析

電網(wǎng)無功電源不足會使網(wǎng)絡(luò)功率因數(shù)和電壓質(zhì)量下降；致使電氣設(shè)備容量得不到充分利用；導(dǎo)致電網(wǎng)傳輸能力下降，損耗增加。因此，解決好電網(wǎng)的無功補償問題，對網(wǎng)絡(luò)降損節(jié)能有極為重要。節(jié)能是我國的一項重要經(jīng)濟(jì)政策,低壓電網(wǎng)的節(jié)能措施是多種多樣的,無功功率自動補償裝置對電網(wǎng)進(jìn)行無功功率補償是降低線損,節(jié)約電能,改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量,充分發(fā)揮設(shè)備出力的最經(jīng)濟(jì)最普遍的方法之一。多年來,國內(nèi)以靜態(tài)補償裝置為無功功率補償?shù)奈ㄒ划a(chǎn)品,由于受電力電容器承受涌流能力及次數(shù)、放電時間及電力電容器單臺容量等諸多因素的限制,這類產(chǎn)品只能采用有級的、延時的控制方法,由于是有級補償故其補償精度較差,節(jié)能效果不理想,而其延時性使電網(wǎng)無功率補償在時間上得不到完全滿足,跟隨性不好(最快只能為1Os),從而影響其補償效果。如當(dāng)負(fù)荷變化快,波動大時,這類靜態(tài)補償裝置補不上去,有時為了滿足一定的跟隨性,又使電容器的投切開關(guān)-交流接觸器過于頻繁動作,造成接觸器和電容器過早損壞。為了解決上述靜態(tài)無功功率補償?shù)娜毕?國外在低壓電網(wǎng)采用晶閘管開斷電容器的動態(tài)補償裝置(TSC-Thyristor SwitchingCapacitor)。這種設(shè)備解決了靜態(tài)補償裝置的延時投切方法,其跟蹤時間可減小到20ms,且電容器投入時無涌流、無過壓、無噪聲,是一種免維護(hù)性的動態(tài)補償裝置?；赥SC裝置的配電線路無功補償系統(tǒng)整體解決方案。通過該系統(tǒng)建設(shè)能有效地改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量，實現(xiàn)降損節(jié)能，提高供電可靠性和供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

2.1 無功補償和提高電網(wǎng)功率因數(shù)的意義

電網(wǎng)除了要擔(dān)負(fù)用電負(fù)荷的有功功率P，還要負(fù)擔(dān)負(fù)荷的無功功率Q。有功功率P、無功功率Q和視在功率S之間存在以下關(guān)系，即

   

而

被定義為電力網(wǎng)的功率因數(shù)，其物理意義是線路的視在功率S供給有功功率的消耗所占百分?jǐn)?shù)。在電網(wǎng)運行中，我們希望電網(wǎng)的功率因數(shù)越大越好，如能做到這一點，則視在功率將大部分用來供給有功功率，減小無功功率的消耗。用戶功率因數(shù)的高低，對于電力系統(tǒng)發(fā)、供、用電設(shè)備的充分利用，有著顯著的影響。適當(dāng)提高用戶的功率因數(shù)，不但可以充分的發(fā)揮發(fā)、供電設(shè)備的生產(chǎn)能力、減少線路損失、改善電壓質(zhì)量，而且可以提高用戶用電設(shè)備的工作效率和為用戶本身節(jié)約電能。因此，對于全國廣大供電企業(yè)、特別是對現(xiàn)階段全國性的一些改造后的農(nóng)村電網(wǎng)來說，若能有效的搞好低壓補償，不但可以減輕上一級電網(wǎng)補償?shù)膲毫?，改善提高用戶功率因?shù)，而且能夠有效地降低電能損失，減少用戶電費。其社會效益及經(jīng)濟(jì)效益都會是非常顯著的。提高功率因數(shù)有以下重要意義：

2.1.1  改善設(shè)備的利用率

功率因數(shù)還可以寫成 。

可見，在一定的電壓和電流下，功率因數(shù)越大，設(shè)備輸出的有功功率越大。因此，改善功率因數(shù)是充分發(fā)揮設(shè)備潛力，提高設(shè)備的利用率的有效方法。

注：主要提高發(fā)、供電設(shè)備（電網(wǎng)指線路和配電變壓器）的利用率。

2.1.2  減少線路有功損耗

當(dāng)線路通過電流I時，其有功損耗

    可見，線路有功損失 與 成反比， 越高，線路有功損失 越小。

注：在配電變低壓進(jìn)行無功補償，主要減少上一級電網(wǎng)和配電變的有功損耗。

2.1.3  減小電壓損失

電網(wǎng)電壓損失可寫成: 。

可以看出，影響電壓損失ΔU的因素有四個：線路的有功功率P、無功功率Q、電阻R和電抗X。如果無功補償裝置補償無功為QC,則線路電壓損失為:

。

故采用無功補償電容之后，電網(wǎng)電壓損失ΔU將減少，可改善電壓質(zhì)量。

2.1.4  提高電網(wǎng)的傳輸能力

電網(wǎng)有功功率P與視在功率S關(guān)系可寫成

可見，在傳輸一定有功功率P的條件下， 越高，所需視在功率S越小。

2.2  無功補償和改善功率因數(shù)的效益分析方法

為用戶供電需要一定的投資。用戶用電設(shè)備除了消耗有功功率之外，還需要消耗一定的無功功率，以維持用電設(shè)備建立磁場和電場所需要的能量。由于提高用戶功率因數(shù)不僅可以充分發(fā)揮發(fā)、供電設(shè)備的生產(chǎn)能量，減少線路損失，改善電壓質(zhì)量，而且可以提高用戶用電設(shè)備的工作效率和節(jié)約電能。為合理地使用國家的能量資源，充分發(fā)揮發(fā)、供電設(shè)備的生產(chǎn)能力，我國現(xiàn)行電價包括基本電費、電量電費和功率因數(shù)調(diào)整電費三部分。因此，無功補償?shù)慕?jīng)濟(jì)效益分析需要考慮這些相關(guān)費用問題。

2.2.1  改善功率因數(shù)用戶的效益分析計算方法

這是要討論改善功率因數(shù)后會給用戶帶來的經(jīng)濟(jì)效益?，F(xiàn)不計功率因數(shù)調(diào)整電費，通過幾個實例來說明提高功率因數(shù)給用戶帶來的經(jīng)濟(jì)效益。

例：某用戶原來功率因數(shù)COSφ＝0.75，補償前視在功率為S＝800KVA，年用電時間為T＝3000小時，試計算：

(1)欲使功率因數(shù)提高到0.95，需裝設(shè)的補償容量。

(2)補償前用戶需要支付的年費用。

(3)若補償裝置每kvar投資為200元，投資按每年10％回收，無功補償裝置的本身損失為3％。求安裝補償裝置后企業(yè)所獲得的年效益。

解：已知COSφ＝0.75，sinφ＝0.6613, S＝800KVA，則補償前

P1＝S COSφ1＝800×0.75＝600  （kw）

Q1＝S sinφ1＝800×0.6613＝529.04  （kvar）

（1）設(shè)所裝電容器為x，經(jīng)補償后的無功功率為529.04－x＝Q2，這時用戶的有功功率為P2＝600＋0.03x。若要使功率因數(shù)提高到0.95，可求tgφ2＝0.3287，于是有

可求補償容量x＝329≈330  （kvar）

（2）補償前用戶需要支付的年費用

基本電費：按最大負(fù)荷收取，設(shè)每KVAR收取值為180元/年，故

FJ1＝180×800＝144000  （元）

電量電費：設(shè)每KWh為0.3元，故

FD1＝0.3×600×3000＝540000  （元）

補償前年費用：

FZ1＝FJ1+ FD1＝144000+540000＝684000  （元）

（3）補償后用戶需要支付的年費用

補償后的視在功率和基本電費：

  （kvar）

FJ2＝180×642＝115560  （元）

電量電費：

FD2＝0.3×(600+0.03×330)×3000＝548910  （元）

補償裝置折舊費：

Ff＝200×330×10％＝6600  （元）

補償后年費用：FZ2＝FJ2+ FD2+ Ff＝115560+548910+6600＝671070  （元）

（4）安裝補償裝置后企業(yè)所獲得的年效益

△F＝FZ1 －FZ2＝684000－671070＝12930  （元）

以上是僅從用戶角度分析的加裝無功補償，提高功率因數(shù)的效益計算方法，還沒有考慮功率因數(shù)調(diào)整電費和降低網(wǎng)損的費用，以及提高設(shè)備利用率、節(jié)約電網(wǎng)建設(shè)投資和改善電壓質(zhì)量等方面的綜合效益。如果考慮這些因素經(jīng)濟(jì)效益更加可觀。

2.2.2  改善功率因數(shù)電網(wǎng)的收益分析計算方法

通過無功補償改善電網(wǎng)功率因數(shù)的效益分析和計算方法，可采用計算補償前后網(wǎng)損的方法進(jìn)行分析。相關(guān)分析公式如下：

補償前線路有功損耗：

補償后線路有功損耗：

可見，通過在用戶端補償無功，可減少從線路傳輸?shù)臒o功功率，從而減少無功傳輸在線路電阻上的有功功率損耗，提高電網(wǎng)運行的經(jīng)濟(jì)性。但由于配電網(wǎng)負(fù)荷沿線路分布，在補償系統(tǒng)設(shè)計中用上述公式計算配電網(wǎng)線損有一定困難。在實際中計算技術(shù)線損的一般方法有：均方根電流法、最大負(fù)荷損耗小時數(shù)法、節(jié)點等效功率法等等。

對于通過無功補償，提高負(fù)荷功率因數(shù)降損電量的計算，可采用節(jié)點等效功率法進(jìn)行估算，具體估算方法如下：

設(shè)T時段內(nèi)通過配電線路的平均功率因數(shù)為COSφar，用節(jié)點等效功率法配電線路損失的電量△WT可以表示為

△WT＝T×10－3R K2（P2ar+Q2ar）/U2ar

＝T×10－3R K2 P2ar[1+(1- COS2φar)/ COS2φar]/U2 ar

＝T×10－3R K2 P2ar /( COS2φar U2 ar)   （KWh）              *式

式中  Par 和Qar―－通過線路的平均有功功率和無功功率值，平均功率可通過準(zhǔn)確級別高的電能表讀數(shù)求取，即Par＝Wd /T和Qar ＝Wrd /T；

K――－負(fù)荷曲線的形狀系數(shù)，在實用計算中K值可按下面公式計算

當(dāng)平均負(fù)荷率βar＝Par/Pmax> 0.5時

K2＝4[βmin +(1-βmin)2/3]/ (1+βmin)2

當(dāng)平均負(fù)荷率βar＝Par/Pmax< 0.5時

K2＝[βar(1+βmin)-βmin]/ β2ar ；這兩式中βmin為最小負(fù)荷率。

R和U2 ar――分別為電網(wǎng)電阻（包括線路和配電變）和線路端電壓有效值。

對*式利用微分公式，可求通過無功補償使負(fù)荷平均功率因數(shù)增大以后，線路在T時段內(nèi)減少的損失電量

Δ（ΔWT）＝2ΔWT （COSφar2 -COSφar1）/ COSφar1 （KWh）  **式

式中  COSφar2――為通過無功補償使負(fù)荷平均功率因數(shù)增大以后的值。

按上述方法，可詳細(xì)計算通過無功補償使負(fù)荷平均功率因數(shù)增大以后減少的損失電量，但由于10KV配電線路所接配電變非常多，詳細(xì)計算無功補償前、后配電網(wǎng)的損失電量，其計算工作量非常之大。如果已知配電網(wǎng)的損失電量ΔWT ，可用**式估算通過無功補償配電網(wǎng)減少的損失電量，這種估算是工程上的實用方法，能滿足工程經(jīng)濟(jì)分析計算要求。

2.2.3  改善功率因數(shù)電網(wǎng)的綜合效益分析

通過無功補償改善電網(wǎng)功率因數(shù)，不僅可為用戶節(jié)約電費和降低電網(wǎng)的運行費用。另外，可提高用戶和電力系統(tǒng)設(shè)備的利用率，增加電網(wǎng)的輸電能力，延緩電網(wǎng)建設(shè)的投入和節(jié)約電網(wǎng)建設(shè)投資。通過實現(xiàn)電網(wǎng)動態(tài)無功補償能改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量?？紤]這些因素?zé)o功補償?shù)慕?jīng)濟(jì)效益和社會效益巨大。

2.3  確定無功補償容量的一般方法

確定補償容量的方法是多種多樣的，但其目的都是要提高配電網(wǎng)的某種運行指標(biāo)。下面對幾種確定補償容量的方法進(jìn)行一下介紹。

2.3.1  從提高功率因數(shù)需要確定補償容量

如果電力網(wǎng)最大負(fù)荷日的平均有功功率為Par,補償前的平均功率因數(shù)為COSφar1,補償后的平均功率因數(shù)為COSφar2，則補償容量可用下述公式計算：

。

或?qū)懗?。

有時需要將功率因數(shù)提高到大于COSφar2 ，小于COSφar3，則補償容量應(yīng)滿足下述不等式關(guān)系

≤QC≤

≤QC≤

COSφar1應(yīng)采用最大負(fù)荷日平均功率因數(shù)，COSφar2確定必須適當(dāng)。通常，將功率因數(shù)從0.9提高到1所需的補償容量，與將功率因數(shù)從0.72提高到0.9所需補償容量相當(dāng)。而在高功率因數(shù)下進(jìn)行補償其效益將顯著下降。這是因為在高功率因數(shù)下，COSφ曲線的上升率變小，因此提高功率因數(shù)所需的補償容量要相應(yīng)增加。

2.3.2  從降低線損需要確定補償容量

由于加裝補償電容器后，并不改變補償前后的線路上的有功功率（即補償前后線路有功大容量電流I1R＝I2R=IR），故可按補償前后無功功率的差值確定補償容量

。

可見，從降損需要確定的補償容量與提高功率因數(shù)需要確定的補償容量，其結(jié)果是完全一致的，即兩者可以兼顧。

2.3.3  從提高運行電壓需要確定補償容量

在配電線路的末端，運行電壓較低，特別負(fù)荷重、細(xì)導(dǎo)線的線路。加裝補償電容器之后，可以提高運行電壓。這就產(chǎn)生了如何按提高電壓確定補償容量；選擇多大的補償電容是合理的；以及在電壓正常的線路中，加裝補償電容器保證網(wǎng)絡(luò)電壓不越限等問題。這些問題可以一一進(jìn)行計算，但按提高運行電壓需要確定補償容量，不是從電網(wǎng)運行的經(jīng)濟(jì)性來考慮的，故這種確定補償容量的方法不詳細(xì)介紹。

以上重點介紹了按提高功率因數(shù)需要和按降損需要確定補償容量的計算方法，這兩種方法的結(jié)論是一致的，是確定配電網(wǎng)無功補償容量的常用計算方法。

2.4  低壓電網(wǎng)無功補償?shù)膶嵱梅椒?/div>