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10kV变配电所无功补偿容量的合理分布及运用【摘要】从铁路地区变配电所的无功补偿容量在满足地方供电部门的要求下，如何合理地确定高压、低压电容补偿容量，使高压网络因无功电流而造成的有功损耗所增加的运行费用及高、低压补偿电容的基建投资费用两者达到最佳，综合经济效益最大。
【关键词】10kv变配电所无功补偿容量方式中图分类号： tu852文献标识码：a 文章编号：前言：10kv变配电所作为终端变电所，是供配电系统中的一个重要环节，其设计质量的优劣对终端用户用电质量及其投资影响极大。
10kv变配电系统的设计量大面广，技术上看似不复杂，实际上对电气设计人员有相当高的要求。
另外随着电力工业的发展,冲击性负荷和非线性负荷的大量增加,造成电网的电压波动、闪变,功率因数低下日趋严重,10kv配电网供电质量及可靠性关系到社会民生及经济发展，如何加强对10kv配电网的建设及管理，加强对10kv 配电网无功补偿方面的应用研究，通过提高配电网的整体无功补偿的应用水平作为提升lokv配电网供电质量及可靠性的有效手段。
一、10 kv 变配电所主要电气设备选择电气设备选择的原则：10kv变配电所是电力供配电系统重要组成部分，它是指将一路或两路10kv电源分配成多路高压线路送至沿线各铁路远动箱变，再供给其他用电设备, 同时它也含10/0.4kv 变电部分。
电气设备选择是变配电所设计的一个重要环节, 应便于安装维修, 满足在当地环境下正常运行、短路和过电压状态等要求，满足10 kv及以下变电所设计规范( jb50053- 94)以及10 kv 高压配电装置设计规范( gb50059- 92) 等规范的要求，并遵循以下几项原则：按正常工作条件选择额定电压和额定电流。
按短路情况来校验电器设备的动稳定和热稳定，按装置地点的三相短路容量来校验高压断路器的遮断容量。
电器设备的选择：高压断路器选择，在引进、消化并吸收的基础上,真空断路器所用材料及整机制造技术或产品技术性能均已过关，技术指标已接近或达到世界先进水平。
电动机无功补偿容量的选择及注意事项浙江省宁海县供电局高补林采用低压静电电容器，在对感应电动机进行无功补偿时．准确、合理地选择补偿容量，可以最大限度地减少系统中流过的无功功率，降低电能的损耗，提高电压质量。
目前，我们对城关公用低压线路上的感应电动机，普遍推行无功就地补偿，以减少公用线路日益上升的线损，我局已作为技改措施计划落实。
1 容量选择1．l 单台三相电动机补偿容量，应把电动机空载时的功率因数补偿至1为原则、若以满载时耗用的无功功率作为补偿依据，空载时必为过补偿。
因此，补偿容量按下式计算：（1）式中U——电动机的额定电压kVI0——电动机的空载电流 AQ——无功补偿容量kvar1．2 补偿容量的校正。
当电网的实际运行电压低于电容器的额定电压，则电容器输出容量达不到额定值，应按下式进行校正。
校正后为实际应补偿的容量：Q′=K2Q （2）式中U eB——电容器的额定电压U L——电网的代表日均方根电压值1．3 对电动机组的补偿，应根据其行业的特点，确定需要系数及同期率，然后由（1）、（2）式求得补偿容量。
2 运行时注意事项2．l 正常巡视电容器的运行情况，如发现有外壳鼓涨、漏油、绝缘放电及温升过高等情况．应及时处理，以防止事故扩大。
2．2在实际运行中，尤其是用电低谷，网络的电压将大大上升，当电网电压超过电容的额定电压的10％时，或电容器电流超过额定电流的1．3倍时，电容器应退出运行。
2.3补偿电容器一定要装设放电装置，放电装置按附图接线，运行时，K1闭合。
放电时，K2闭合。
放电回路不得装设熔丝。
2．4 低压电容器的保护可采用刀闸开关与低压熔断器或空气开关相配合的办法。
10KV线路变压器及电动机无功补偿1．怎样进行无功补偿应采取就地平衡的原则，使电网任一时刻无功总出力（含无功补偿）与无功总负荷（含无功总损耗）保持平衡。
某供电局已实现了变电所的集中补偿，本文不再涉及，仅就10KV线路，配变与电动机的补偿加以讨论。
无功补偿的三种应用方式：分散补偿、集中补偿、就地补偿引言：近些年，随之电网系统的完善，用电量经营规模的进一步扩大，电力工程的供应紧张使大家想起了降损环保节能，使用了无功补偿装置。
文中系统化详细介绍了低压无功补偿技术，并深入分析每个部件的选型和成套设备装置的技术，并对现阶段无功补偿的问题进行了一定的探讨和科学研究，以求同行业探讨。
1、无功功率并非不作功，它实际上有很大的用途。
它实际上是电感线圈性电磁场贮能与电容器电容性静电场贮能。
在交流电系统中，无功功率就保持稳定。
因为客户大多数是电动机，变压器等电感生负载，务必用容性输出功率来平衡它。
因此，无功补偿常见电力电容器。
据调查，在电网损耗中，10%的损耗为有功功率，而 30%~50%的损耗为无功功率。
海文斯电气案例：煤矿的电动机耗费的电磁能占所耗电量的 70%，而因为设计方案和应用等层面的缘故电动机的功率因素通常较低，一般约为cosφ=0.70。
要想更改这类现况，就必须把无功补偿列入到电网整体规划中，而选用选用无功补偿节能环保，既能够充分挖掘电网发展潜力又能够提升电能质量。
2、无功补偿方式低压无功补偿的总体目标是保持无功的就地平衡，一般采用商业用地方式有三种：分散补偿、集中补偿、就地补偿。
集中补偿一般在主变、配电站，但其补偿路线及变配电站的无功要求，可以填补就地补偿和分散补偿不足差的无功功率。
分散补偿一般高低压配电室室进行，补偿容积依据用电负荷状况尺寸而测算来的。
就地补偿是对大空间的某些负荷进行的，在负荷周边进行补偿，能够较大的降低电力能源的损耗。
这三种补偿方式，以就地补偿实际效果最好是，缺陷是其资金投入大，补偿机器设备利用率不高，有奢侈浪费怀疑。
在一般状况下三种方式相互配合应用，能够将供配电系统的无功补偿到有效的水平。
海文斯电气：以煤矿低压无功补偿设备在动力科的具体运用中的实际效果为例：以动力科回路所供的诸多变压器中的的 2# 变压器为例。
变压器为我矿设备科供电系统回路，在低压侧改装800kvar 无功补偿电容柜，设置 cosφ为 0.95，低于限值则全自动资金投入电容器组。
电动机无功补偿容量的选择及注意事项浙江省宁海县供电局高补林采用低压静电电容器，在对感应电动机进行无功补偿时．准确、合理地选择补偿容量，可以最大限度地减少系统中流过的无功功率，降低电能的损耗，提高电压质量。
目前，我们对城关公用低压线路上的感应电动机，普遍推行无功就地补偿，以减少公用线路日益上升的线损，我局已作为技改措施计划落实。
1 容量选择1．l 单台三相电动机补偿容量，应把电动机空载时的功率因数补偿至1为原则、若以满载时耗用的无功功率作为补偿依据，空载时必为过补偿。
因此，补偿容量按下式计算：（1）式中U——电动机的额定电压kVI0——电动机的空载电流 AQ——无功补偿容量kvar1．2 补偿容量的校正。
当电网的实际运行电压低于电容器的额定电压，则电容器输出容量达不到额定值，应按下式进行校正。
校正后为实际应补偿的容量：Q′=K2Q （2）式中U eB——电容器的额定电压U L——电网的代表日均方根电压值1．3 对电动机组的补偿，应根据其行业的特点，确定需要系数及同期率，然后由（1）、（2）式求得补偿容量。
2 运行时注意事项2．l 正常巡视电容器的运行情况，如发现有外壳鼓涨、漏油、绝缘放电及温升过高等情况．应及时处理，以防止事故扩大。
2．2在实际运行中，尤其是用电低谷，网络的电压将大大上升，当电网电压超过电容的额定电压的10％时，或电容器电流超过额定电流的1．3倍时，电容器应退出运行。
2.3补偿电容器一定要装设放电装置，放电装置按附图接线，运行时，K1闭合。
放电时，K2闭合。
放电回路不得装设熔丝。
2．4 低压电容器的保护可采用刀闸开关与低压熔断器或空气开关相配合的办法。
10KV线路变压器及电动机无功补偿1．怎样进行无功补偿应采取就地平衡的原则，使电网任一时刻无功总出力（含无功补偿）与无功总负荷（含无功总损耗）保持平衡。
某供电局已实现了变电所的集中补偿，本文不再涉及，仅就10KV线路，配变与电动机的补偿加以讨论。
0引言韶钢新一钢供电系统负荷存在多样性，无功功率消耗大，自然功率因数低，谐波大。
因此解决好电网的无功功率补偿和谐波治理问题，对于提高炼钢供配电系统电能质量、保证设备安全运行、节能降耗、充分利用电气设备的出力等具有重要的意义。
1无功补偿1.1无功补偿作用在炼钢供配电系统中，电动机、变压器等设备是无功功率消耗大户，电力线路、变频器、气体放电电灯、电焊机、空调及其它大多数设备也都是无功功率消耗户。
如果所需要的无功功率由外部供电网络经过长距离传送，通常不合理也不可能。
如果这些所需要的无功功率不能及时得到补偿，对炼钢供电系统电能质量就会造成严重影响。
无功功率补偿作用有：（1）稳定受电端及电网的电压，提高供电质量。
（2）提高供用电系统及负载的功率因数，降低设备容量，减小功率损耗。
（3）减少线路损失，提高电网的有功传输能力。
（4）降低电网的功率损耗，提高变压器的输出功率及运行经济效益。
（5）降低设备发热，延长设备寿命，改善设备的利用率。
（6）高水平平衡三相的有功功率和无功功率。
1.2无功补偿方法及原则配电网中常用的无功补偿方式包括：在高低压配电线路中分散安装并联电容器组；在配电变压器低压侧和车间配电屏间安装并联电容器以及在单台用电设备附近安装并联电容器(就地补偿)等。
目前，常采用的无功补偿方式有就地无功补偿、分散无功补偿和集中无功补偿。
就地无功补偿采用电容器直接装于用电设备附近，与其供电回路相并联，常用于低压网络；分散无功补偿常采用高压电容器分组安装于电网的10kV和6kV配电线路的杆架上、公用配电变压器的低压侧、用户各车间的配电母线上，达到提高电网的功率因数、降低供电线路的电流、减少线损的目的；集中无功补偿采用变电站或高压供电电力用户降压变电站母线上的高压电容器组，也包括集中装设于电力用户总配电高低压母线上的电容器组，其优点是有利于控制电压水平，且易于实现自动投切，利用率高，维护方便，能减少配电网、用户变压器及专供线路的无功负荷和电能损耗，但是不能减少电力用户内部各条配电线路的无功负荷和电能损耗。
根据P＝S cosφ，当功率因数cosφ＝1时，有功功率P等于变压器的视在功率S，而当功率因数为0.6～0.7时，如不进行补偿，供电变压器的效率就很难提高，如1000kVA的变压器仅能带600~700kW的有功功率。
供配电系统无功补偿方案的选择刘火红，陆吉利，李权辉，左文瑞（宝钢集团广东韶关钢铁有限公司炼钢厂，广东韶关512123）摘要：介绍无功补偿的作用、方法及原则，分析炼钢供配电系统负荷性质及无功补偿的必要性，并提出各供配电系统的无功补偿方案。
关键词：负荷；无功补偿；功率因数Selection of Reactive Power Compensation Scheme for Distribution SystemLIU Huo-hong,LU Ji-li,LI Quan-hui,ZUO Wen-rui(Steel Plant of Guangdong Shaoguan Iron&Steel Co.,LTD of Baosteel Group,Shaoguan512123,China)Abstract:The function,method and principle of reactive power compensation are introduced.The nature of the supply load and distribution system of steel making and the necessity of reactive power compensation are analyzed.The reactive pow-er compensation programs of the power supply and distribution system are proposed.Keywords:load;reactive power compensation;power factor作者简介：刘火红（1972-），三电主管，电气工程师，从事电气自动化管理工作。
收稿日期：2013-10-15电力专栏892014自动化应用3期而采用无功自动补偿，功率因数可控制在0.95～0.98，增容效果非常显著。
在380V／220V低压网提倡采用分散自动无功补偿方式［1］。
无功补偿的原则：分散补偿与集中补偿相结合，以分散为主。
2无功补偿方案的选择2.1LF炉35kV供配电系统2.1.1LF炉负荷LF炉在冶炼过程会产生电压波动，将影响LF炉的输入功，使冶炼时间和成本增加；LF炉电极电弧为非线性，将导致2～7次高次谐波的产生，影响供电系统的电能质量；LF炉的自然功率因数低，在整个冶炼过程中为0.7左右，使电网电能质量不能满足电力部门的相关规定；LF炉三相负荷存在不平衡，将产生一定的负序电流，使电力系统中以负序电流为起动元件的许多保护及自动装置产生误动作。
2.1.2方案选择由于LF炉为冲击性、非线性负荷，自然功率因数低，应选用能快速跟踪电力系统无功功率变化，实现无功功率动态补偿的SVC装置。
SVC具有3个主要功能：抑制电压波动、改善功率因数、吸收电网谐波。
成套装置一般由可调电抗（通过可控硅单元或硅阀调节）、FC无源滤波、以及控制和保护系统组成。
根据可调电抗器的调节方式及工作原理不同，又可分为TCR 型（晶闸管控制的电抗器）、TCT型（晶闸管控制的变压器）、MCR型（磁控电抗器）3种类型。
MCR型SVC 无功补偿装置在损耗、噪音、可靠性、后期维护等指标上具有优势。
韶钢第三钢厂的3座LF炉（2套MCR 型SVC无功补偿装置）和新一钢的2座LF炉（2套MCR）均由四总降供电，正常工作时，第三钢厂的一套MCR和新一钢厂的一套MCR都由四总降的一段35kV母线供电。
这样，正常工作时一段母线上有2套MCR并列运行；最严重的情况是当受电电源故障或检修时，一段母线上可能有3套或4套MCR并列运行。
这些情况都可能引发并联、串联谐振，也可能会造成谐波放大，影响到四总降的安全运行。
为确保5座LF 炉叠加后的谐波电压、谐波电流、电压闪变、电压波动等相关电能指标能满足要求，同时从设备的可靠性、备件的通用性等方面综合考虑，新一钢2座LF炉选用MCR型SVC无功补偿装置。
2.2炼钢吊车供配电系统2.2.1负荷分析吊车是频繁起动、冲击性较大的设备，特别是炼钢厂，铸造吊车吨位大，电动机容量大，起动冲击电流为额定电流的数倍，对电网冲击很大，自然功率因数很低(0.5～0.7)。
另一方面，天车都由变频器、直流调压调速装置和PLC控制，对供电电源的品质如供电电压、电源的持续性、干扰、高次谐波等要求较高。
若不进行无功补偿，则可能造成变频器及直流调压调速装置、PLC模块的故障较多，造成变频器损坏、PLC电源模块烧毁、调压装置失灵等现象，天车的正常运行将受到影响。
吊车补偿的无功功率补偿量计算公式为：Q c=aP30q c式中，Q c为需要补偿的无功容量；a为平均负荷系数，取0.7-0.8；P30为总计算负荷kW；q c为补偿率，kvar／kW。
2.2.2无功补偿方案选择（1）选用就地补偿方案，就地平衡无功负载，消除无功功率对供电系统的影响，使整个供配电设施都以较小电流供电，从而减少损耗和供电线路压降。
建议选用TSC(晶闸管投切电容器)动态无功补偿装置，动态跟随负载无功功率变化。
武钢第一炼钢厂、杭钢炼钢厂就是在吊车供配电系统中采用了TSC动态无功补偿装置，提高了功率因数，取得了很好的经济效益。
（2）天车滑触线电源受电点要合理分布。
由于炼钢厂天车吨位很大，供电线路及天车运行的距离很长，受电点的电压一般都在额定380V以下，所以在设计阶段就要处理好滑触线电压降问题，使其不超过允许值(包括供电线路在内，到滑触线末的压降不得超过5％)。
2.3炼钢照明供配电系统2.3.1负荷分析光源所采用的镇流器大多为电感线圈式结构，它在交流供电电路中呈现电感性，是无功功率消耗户，功率因数低（如荧光灯的功率因数一般为0.33～0.6、高压汞灯为0.4～0.65、高压钠灯为0.42～0.6、金属卤化物灯为0.4～0.64），从而造成照明供电系统功率因数下降，影响电源设备潜力的发挥，增大线路损耗。
据有关资料介绍，对安装100盏250W高压钠灯的线路进行电容器无功补偿，将功率因数由0.44提高至0.8，结果供电电流由补偿前的300A降至141A，工作电流下降了大约一半，表明该照明系统通过无功补偿为供电电源系统腾出了一半的容量空间。
另外，照明系统供电线路上减少了一百多安培电流，必将大幅减少线路上的电压损耗和功率损耗，也降低了线缆的温升。
电力专栏90自动化应用www.chinacaaa.co m2014自动化应用3期2.3.2无功补偿方案选择照明供配电系统无功补偿方式主要有高压集中式、低压集中式、低压局部集中式和单灯式等。
其中单灯式补偿是最为优越的方案，是把补偿电容器直接并接在每盏灯的供电电路上，即使是在不同类型、不同规格的灯上也能够独立而准确地完成预期的无功补偿目标。
该方案适用于任何照明场所，补偿利用率高。
它不仅可以减少各灯支路上的无功功率，同时也可以降低照明供电系统低压线路上的电压损耗、电能损耗及线路工作电流。
可以选用截面面积较小的导线，相关配电电器的电流参数也可适当地减小。
电容器的电容量计算公式：Q =P(tan φ1-tan φ2)／(2πfU 2)式中，Q 为补偿电容器的电容量；P 为电光源的有功功率；φ1为补偿前电压与电流的相位差；φ2为补偿后电压与电流的相位差；f 为照明供电电源的工作频率；U 为照明供电电源工作电压。
根据以上分析，炼钢照明供配电系统无功补偿选择单灯式补偿方案。
在选择灯具时要选择自带补偿电容器的节能灯具。
2.4其它低压负荷无功补偿方案选择转炉本体、连铸本体及水处理系统的负荷主要是变压器、电动机。
转炉及连铸本体电机虽然起动较频繁，但都是小电机，对电网冲击较小；水处理系统电机较大，但起动很少，而且已规定110kW 及以上电机采用软起动，减小了电机起动时对电网的冲击。
转炉及连铸本体电机采用变频器驱动，功率因数较低，会产生一定量的谐波。
无功补偿最好也采用就地补偿的方法，但从负荷情况及投资角度出发，选择在炼钢6kV 供配电系统中统一补偿，既达到无功补偿的目的，又减少投资。
2.5炼钢6kV 供配电系统集中无功补偿方案选择炼钢6kV 供配电系统集中无功补偿，是对炼钢总体负荷无功的集中补偿。
吊车冲击性负荷已采用就地动态无功补偿，照明负荷已选择单灯式补偿，转炉本体、连铸本体及水处理系统没有分散就地无功补偿，选择在炼钢6kV 供配电系统集中无功补偿。
