配网无功补偿方式及问题的探讨
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科技资讯 ２００９ ＮＯ．２６ ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ 配网无功补偿方式及问题的探讨①
动力与电气工程
邓大胜 （海南电网东方供电公司 海南东方 ５７２６００）
摘 要：文章对无功补偿方案、存在问题进行分析，并对此提出建议和措施，可供参考。
关键词： 配网 无功补偿 措施
长距离输电。 （３）减少负荷电流，降低线路电能损耗： （４）无功补偿挖掘发供电设备潜力。在设
备容量不变的条件下，提高功率因数可以少送 无功功率，就可以多送有功功率。
（５）在三相负载不平衡的场合，可对三相视 在功率起到平衡作用。
（６）无功补偿可以减少用户电费支出，避免 因功率因数低于规定值而受罚，同时减少用户 内部因传输和分配无功功率造成的有功功率 损耗。
这种补偿方式适用于功率因数较低且负 荷较重的长距离配电线路。在每线１０ｋＶ配电 线路上安装１～２处高压无功自动补偿装置，补 偿 容 量 按 线 路 配 变 总 容 量 的 １０％ 掌 握 。１ ０ ｋ Ｖ 板桥线公用配变容量为６５１０ｋＶＡ，需补偿无功 容 量 约 为 ６ ０ ０ Ｋ Ｖ ｖ ａ ｒ。经 计 算 ， 安 装 一 处 时 ， 宜 将无功自动补偿装置安装在距线路首端的２／３ 线路长度处；安装两处时，第一处安装在距线 路首端的２／５线路长度处，另一处安装在距线 路首端的４／５线路长度处，各处容量为线路总 补偿容量的一半。 ３．４ １０ｋＶ 配电变压器一次母线侧补偿
１ 概述无功补偿
１．１ 无功补偿原理
线路中所有电感负载均需要补偿大量的
无功功率，提供这些无功功率途径有两条：一
是输电系统提供；二是补偿电容器提供。如果
由输电系统提供，则设计输电系统时，既要考
虑有功功率，也要考虑无功功率。由输电系统
传输无功功率，将造成输电线路及变压器损耗
的增加，降低系统的经济效益。而由补偿电容
２ 偏远地区供电所无功损耗分布
（ １ ） ３ ５ ｋ Ｖ 送 电 线 路 ： Ｑ １＝ Ｉ ｐ ２ Ｘ ０·∑ Ｌ· Ｔ· １ ０ － ３
式中：ＩＰ为供电区域线路平均负荷电流Ａ Ｘ０为每公里线路感抗值Ω取０．４Ω／ｋｍ Ｌ为供电线路长度ｋｍＴ—年运行小时小时 （ ２ ） 主 变 压 器 ： Ｑ２＝ （ Ｉ０％＋β ２·Ｖ ｄ ％ ） Ｓ ｅ ／ １ ０ ０ 式中Ｉ０％为主变空载电流百分数 Ｖｄ％为主变实际电压百分数 β为主变平均负载系数 Ｓｅ为主变额定容量（千伏安） （３）１０ｋＶ配 电 线 路 ： Ｑ３＝Ｉｐ２·Ｘ０·∑ Ｌ· Ｔ· １ ０ － ３ 式中：ＩＰ为１０ｋＶ配电线路平均负荷电流 Ａ Ｘ０为１０ｋＶ配电线路感抗值 Ω取０．４Ω／ ｋｍ Ｌ为１０ｋＶ配电线路长度ｋｍ Ｔ为１０ｋＶ配 电线路年运行小时小时 （４）配 电 变 压 器 ：Ｑ４＝（Ｉ０％＋β ２·Ｖｄ％）∑ Ｓｅ／１００ 式中 Ｉ０％为配电变压器空载电流百分数 Ｖｄ％为配电变压器实际电压百分数 β为配电变压器平均负载系数 Ｓｅ为配电变压器额定容量（千伏安） （５）用户无功负荷。 现以东方供电公司３５ｋＶ城感线（１～７）月 份为例计算无功电量（不记入用户无功）分布情 况 如 表 １。 以表 １中所列不难看出，１０ｋＶ配电变压器 损耗约占供电总损耗的８５％，而实际配变损耗 中空载损耗占总损耗９５％以上，因此补偿空载 的重点应在１０ｋＶ配电变压器中的空载损耗。
对１００ｋＶＡ以上用户，要在配变二次侧进 行集中补偿，并要加装自动投切装置，在一次 侧母线加装并联无功补偿电容器，其容量可按 Ｉｏ％Ｓｅ的值选取。 ３．６ 低压电动机就地补偿
①作者简介：邓大胜，男，１９７５年１０月，助理工程师，长期从事电力生产技术管理工作。 １０８ 科技资讯 ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
器就地提供无功功率，就可以避免由输电系统
传输无功功率，从而降低无功损耗，提高功率
因数。在电网的运行中，功率因数反映了电源
输出的视在功率被有效利用的程度，我们希望
的是功率因数越大越好。这样电路中的无功
功率可以降到最小，视在功率将大部分用来供
给有功功率，从而提高电能输送的功率。
在 高 压 侧 或 低 压 侧 均 可 进 行 补 偿 。但 如
因此在投入电容器组时，必须考虑系统谐 振问题。只要把不带电抗器的电容器组连接 母线，就会出现一特定的并联或串连谐振频 率。如果这一谐振频率与某种谐振波频率重 合，谐振电流和谐振电压就会被明显放大。如 母线上接有非线性的负载，而又需要在母线上 接入电容器组时，一定要避免在系统中产生并 联或串连谐振。 ４．２ 无功倒送问题
（２）采用固定补偿方式则在负荷低谷时造 成无功返送。
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ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
（３）无功补偿自动装置投入后，长期运行， 不调试，装置失灵，发生无功返送。 ４．３ 投切开关的选型问题
采用交流接触器投切电容器的冲击电流 大，影响电容器和接触器的使用寿命；用晶闸 管投切电容器能解决接触器投切电容器存在 的问题，但明显缺点是装置存晶闸管功率损 耗，需要安装风扇和散热器来通风与散热，而 散热器会增大装置的体积，风扇则影响装置的 可靠性，且能耗大。智能低压复合开关是继交 流接触器、晶闸管控制器后第三代低压无功 补偿电容器的投切器件，其工作原理是将可控 硅开关与磁保持继电器并接，实现电压过零导 通和电流过零切断，使复合开关在接通和断开 的瞬间具有可控硅开关的优点，而在正常接通 期 间 又 具 有 接 触 器 开 关 无 功 耗 的 优 点 。无 涌 流 、触 点 不 烧 结 、能 耗 小 。现 场 运 行 及 试 验 表 明 ， 智 能 低 压 复 合 开 关 体 积 小 、可 靠 性 高 ， 能 满 足 户 外 环 境 、长 期 工 作 需 要，应 推 荐 使 用。 ４．４ 补偿量的优化
无功倒送是电力系统不允许出现的现象， 由于它会造成主网系统调压困难，变压器的损 耗和增加线路，加重线路的负担。在无功补偿 装置中都有防止无功倒送的措施，但是实际情 况并不乐观。
（１）过去的接触器控制的补偿柜，补偿量三 相可调，但是产品中只取一相作为采样及无功 补偿分析，在三相不平衡的时候，就会发生无 功返送。
中 图 分 类 号 ：ＴＭ７１４．３
文献标识码：Ａ
文 章 编 号 ：１６７２－３７９１（２００９）０９（ｂ）－０１０８－０２
近年来，随着农村经济的发展，生活用电 及农业生产用电都大幅度增加，特别是经过 一 、二 期 农 网 的 改 造 ， 城 乡 同 网 同 价 的 实 现 ， 用电量急速增加。虽然也投入大量资金进行 农网改造，但都跟不上用电需求步伐，加上一 直以来农村电网并没有较完善的规划，高低压 线路供电半径过大，配变布点不合理的现象仍 大 量 存 在 ， 造 成 电 压 质 量 差 ， 线 路 损 耗 大 。因 此，如何合理地调整电压，提高电网的电压质 量和降低线路损耗是摆在我们面前的一项重 要任务。
３ 补偿原则和方式的选择
３．１ 无功补偿方式及原则
根 据《 南 方 电 网 公 司 农 村 电 网 电 压 质 量 和无功电力管理办法》的有关规定，农村电网 无功补偿的原则为：全面规划，合理布局，分散
补 偿 ，就 地 平 衡 。农 村 电 网 无 功 补 偿 的 方 式 为：集中补偿与分散补偿结合，以分散补偿为 主；高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿 为主；调压与降损相结合，以降损为主；静态补 偿与动态补偿相结合，以动态补偿为主。由于 农村偏远地区供电所均为简单辐射电力网，电 网结构和负荷分布已相对确定，全地区的总无 功补偿容量也相对确定，只要遵循上述原则去 进行补偿，即可得到最佳和满意的效果。必须 注意补偿的无功要大于区域内无功损耗，一般 按 １．３～ １．５倍 配 置 。 ３．２ 变电站二次母线并联补偿
配电变压器补偿量过大不但不经济，而且 在变压器空载运行时，负荷较轻时还会造成过 补偿，使得功率因数超前，导致无功返送。
防止配变过补偿，补偿容量不能超过配变 的无功功率。
变压器总的无功功率： Ｑｂ＝Ｑｂｏ＋Ｑｂｈｘ （Ｓ／Ｓｅ）２ Ｑｂ＝〔Ｉｏ％ ／ １００＋Ｕｄ％ ／ １００ｘ（Ｓ／Ｓｅ） ２〕 ｘＳｅ Ｑｂｏ为变压器空载无功功率； Ｑｂｈ为变压器满载无功功率； Ｉｏ为变压器空载电流百分数； Ｕｄ％为变压器短路载电压百分数； Ｓ为变压器实际负荷； Ｓｅ为变压器额定容量。 为应用方便，把变压器负载时总的无功功 率与额定容量之比的百分数称作△Ｑｂ，则满负 载 时 ：△ Ｑｂ％ ＝Ｑｂ／Ｓｅｘ １ ０ ０％ ＝Ｉｏ％ ＋Ｕｄ％ 对于１０ｋＶ，空载电流Ｉｏ％为０．９％～２．８％， Ｕａ％为４％～４．５％，故配电变压器总的无功功率 约占其额定容量的７．３％左右。因此，配电变压 器低压侧集中补偿的容量应该按照配电变压器额 定容量的８％配置。
在变电站二次侧母线侧并联补偿，补偿容 量可按主变本身的固定和变动无功损耗以及 所带线路的无功损耗来选择，按此原则计算， 一般主变容量为２５００千伏安以下的按主变压 器容量２．５％～３．５％选择，主变容量为２５００－ ５０００ｋＶＡ按主变压器容量２％～２．５％选择，连 同所带线路总计为主变容量５～１０％选择，配合 变电站自动调压装置，可使设备保持在额定电 压下运行。 ３．３ １０ｋＶ 线路柱上补偿方式
动力与电气工程
农 用 电 动 机 多 为 米 面 加 工 、砖 厂 等 季 节 性用电，开机时间通常为２～４个月，因此，电动 机应采用随机就地无功补偿，补偿容量可按 ＵｅＩｏ％计算。单机就地补偿是平衡用户无功负 荷最有效的方法。
４ 配网无功补偿问题分析
随着配网无功补偿技术的发展和普及，从 静态补偿到动态补偿，从有触点补偿到无触点 补偿，无功补偿在实际配网中的应用也出现一 些问题。 ４．１ 谐波问题
电容器与其他设备相比有比较大的区别， 就是其具有不同于其他电气设备的容性阻抗 特性，以及阻抗和频率成反比的特性。容性阻 抗特性，使其能和电网中大部分感性阻抗的电 气设备配合而构成谐波谐振或接近谐波谐振 的条件。在系统谐振条件下，阻抗和频率成反 比的特性，可显著的改变系统的阻抗，起到吸 收高次谐波电流而引起电流过载，增加电容器 的负担，并且带来的发热和电压升高，也意味 着电容器使用寿命的缩短。
动力与电气工程
邓大胜 （海南电网东方供电公司 海南东方 ５７２６００）
摘 要：文章对无功补偿方案、存在问题进行分析，并对此提出建议和措施，可供参考。
关键词： 配网 无功补偿 措施
长距离输电。 （３）减少负荷电流，降低线路电能损耗： （４）无功补偿挖掘发供电设备潜力。在设
备容量不变的条件下，提高功率因数可以少送 无功功率，就可以多送有功功率。
（５）在三相负载不平衡的场合，可对三相视 在功率起到平衡作用。
（６）无功补偿可以减少用户电费支出，避免 因功率因数低于规定值而受罚，同时减少用户 内部因传输和分配无功功率造成的有功功率 损耗。
这种补偿方式适用于功率因数较低且负 荷较重的长距离配电线路。在每线１０ｋＶ配电 线路上安装１～２处高压无功自动补偿装置，补 偿 容 量 按 线 路 配 变 总 容 量 的 １０％ 掌 握 。１ ０ ｋ Ｖ 板桥线公用配变容量为６５１０ｋＶＡ，需补偿无功 容 量 约 为 ６ ０ ０ Ｋ Ｖ ｖ ａ ｒ。经 计 算 ， 安 装 一 处 时 ， 宜 将无功自动补偿装置安装在距线路首端的２／３ 线路长度处；安装两处时，第一处安装在距线 路首端的２／５线路长度处，另一处安装在距线 路首端的４／５线路长度处，各处容量为线路总 补偿容量的一半。 ３．４ １０ｋＶ 配电变压器一次母线侧补偿
１ 概述无功补偿
１．１ 无功补偿原理
线路中所有电感负载均需要补偿大量的
无功功率，提供这些无功功率途径有两条：一
是输电系统提供；二是补偿电容器提供。如果
由输电系统提供，则设计输电系统时，既要考
虑有功功率，也要考虑无功功率。由输电系统
传输无功功率，将造成输电线路及变压器损耗
的增加，降低系统的经济效益。而由补偿电容
２ 偏远地区供电所无功损耗分布
（ １ ） ３ ５ ｋ Ｖ 送 电 线 路 ： Ｑ １＝ Ｉ ｐ ２ Ｘ ０·∑ Ｌ· Ｔ· １ ０ － ３
式中：ＩＰ为供电区域线路平均负荷电流Ａ Ｘ０为每公里线路感抗值Ω取０．４Ω／ｋｍ Ｌ为供电线路长度ｋｍＴ—年运行小时小时 （ ２ ） 主 变 压 器 ： Ｑ２＝ （ Ｉ０％＋β ２·Ｖ ｄ ％ ） Ｓ ｅ ／ １ ０ ０ 式中Ｉ０％为主变空载电流百分数 Ｖｄ％为主变实际电压百分数 β为主变平均负载系数 Ｓｅ为主变额定容量（千伏安） （３）１０ｋＶ配 电 线 路 ： Ｑ３＝Ｉｐ２·Ｘ０·∑ Ｌ· Ｔ· １ ０ － ３ 式中：ＩＰ为１０ｋＶ配电线路平均负荷电流 Ａ Ｘ０为１０ｋＶ配电线路感抗值 Ω取０．４Ω／ ｋｍ Ｌ为１０ｋＶ配电线路长度ｋｍ Ｔ为１０ｋＶ配 电线路年运行小时小时 （４）配 电 变 压 器 ：Ｑ４＝（Ｉ０％＋β ２·Ｖｄ％）∑ Ｓｅ／１００ 式中 Ｉ０％为配电变压器空载电流百分数 Ｖｄ％为配电变压器实际电压百分数 β为配电变压器平均负载系数 Ｓｅ为配电变压器额定容量（千伏安） （５）用户无功负荷。 现以东方供电公司３５ｋＶ城感线（１～７）月 份为例计算无功电量（不记入用户无功）分布情 况 如 表 １。 以表 １中所列不难看出，１０ｋＶ配电变压器 损耗约占供电总损耗的８５％，而实际配变损耗 中空载损耗占总损耗９５％以上，因此补偿空载 的重点应在１０ｋＶ配电变压器中的空载损耗。
对１００ｋＶＡ以上用户，要在配变二次侧进 行集中补偿，并要加装自动投切装置，在一次 侧母线加装并联无功补偿电容器，其容量可按 Ｉｏ％Ｓｅ的值选取。 ３．６ 低压电动机就地补偿
①作者简介：邓大胜，男，１９７５年１０月，助理工程师，长期从事电力生产技术管理工作。 １０８ 科技资讯 ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
器就地提供无功功率，就可以避免由输电系统
传输无功功率，从而降低无功损耗，提高功率
因数。在电网的运行中，功率因数反映了电源
输出的视在功率被有效利用的程度，我们希望
的是功率因数越大越好。这样电路中的无功
功率可以降到最小，视在功率将大部分用来供
给有功功率，从而提高电能输送的功率。
在 高 压 侧 或 低 压 侧 均 可 进 行 补 偿 。但 如
因此在投入电容器组时，必须考虑系统谐 振问题。只要把不带电抗器的电容器组连接 母线，就会出现一特定的并联或串连谐振频 率。如果这一谐振频率与某种谐振波频率重 合，谐振电流和谐振电压就会被明显放大。如 母线上接有非线性的负载，而又需要在母线上 接入电容器组时，一定要避免在系统中产生并 联或串连谐振。 ４．２ 无功倒送问题
（２）采用固定补偿方式则在负荷低谷时造 成无功返送。
科技资讯 ２００９ ＮＯ．２６
ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
（３）无功补偿自动装置投入后，长期运行， 不调试，装置失灵，发生无功返送。 ４．３ 投切开关的选型问题
采用交流接触器投切电容器的冲击电流 大，影响电容器和接触器的使用寿命；用晶闸 管投切电容器能解决接触器投切电容器存在 的问题，但明显缺点是装置存晶闸管功率损 耗，需要安装风扇和散热器来通风与散热，而 散热器会增大装置的体积，风扇则影响装置的 可靠性，且能耗大。智能低压复合开关是继交 流接触器、晶闸管控制器后第三代低压无功 补偿电容器的投切器件，其工作原理是将可控 硅开关与磁保持继电器并接，实现电压过零导 通和电流过零切断，使复合开关在接通和断开 的瞬间具有可控硅开关的优点，而在正常接通 期 间 又 具 有 接 触 器 开 关 无 功 耗 的 优 点 。无 涌 流 、触 点 不 烧 结 、能 耗 小 。现 场 运 行 及 试 验 表 明 ， 智 能 低 压 复 合 开 关 体 积 小 、可 靠 性 高 ， 能 满 足 户 外 环 境 、长 期 工 作 需 要，应 推 荐 使 用。 ４．４ 补偿量的优化
无功倒送是电力系统不允许出现的现象， 由于它会造成主网系统调压困难，变压器的损 耗和增加线路，加重线路的负担。在无功补偿 装置中都有防止无功倒送的措施，但是实际情 况并不乐观。
（１）过去的接触器控制的补偿柜，补偿量三 相可调，但是产品中只取一相作为采样及无功 补偿分析，在三相不平衡的时候，就会发生无 功返送。
中 图 分 类 号 ：ＴＭ７１４．３
文献标识码：Ａ
文 章 编 号 ：１６７２－３７９１（２００９）０９（ｂ）－０１０８－０２
近年来，随着农村经济的发展，生活用电 及农业生产用电都大幅度增加，特别是经过 一 、二 期 农 网 的 改 造 ， 城 乡 同 网 同 价 的 实 现 ， 用电量急速增加。虽然也投入大量资金进行 农网改造，但都跟不上用电需求步伐，加上一 直以来农村电网并没有较完善的规划，高低压 线路供电半径过大，配变布点不合理的现象仍 大 量 存 在 ， 造 成 电 压 质 量 差 ， 线 路 损 耗 大 。因 此，如何合理地调整电压，提高电网的电压质 量和降低线路损耗是摆在我们面前的一项重 要任务。
３ 补偿原则和方式的选择
３．１ 无功补偿方式及原则
根 据《 南 方 电 网 公 司 农 村 电 网 电 压 质 量 和无功电力管理办法》的有关规定，农村电网 无功补偿的原则为：全面规划，合理布局，分散
补 偿 ，就 地 平 衡 。农 村 电 网 无 功 补 偿 的 方 式 为：集中补偿与分散补偿结合，以分散补偿为 主；高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿 为主；调压与降损相结合，以降损为主；静态补 偿与动态补偿相结合，以动态补偿为主。由于 农村偏远地区供电所均为简单辐射电力网，电 网结构和负荷分布已相对确定，全地区的总无 功补偿容量也相对确定，只要遵循上述原则去 进行补偿，即可得到最佳和满意的效果。必须 注意补偿的无功要大于区域内无功损耗，一般 按 １．３～ １．５倍 配 置 。 ３．２ 变电站二次母线并联补偿
配电变压器补偿量过大不但不经济，而且 在变压器空载运行时，负荷较轻时还会造成过 补偿，使得功率因数超前，导致无功返送。
防止配变过补偿，补偿容量不能超过配变 的无功功率。
变压器总的无功功率： Ｑｂ＝Ｑｂｏ＋Ｑｂｈｘ （Ｓ／Ｓｅ）２ Ｑｂ＝〔Ｉｏ％ ／ １００＋Ｕｄ％ ／ １００ｘ（Ｓ／Ｓｅ） ２〕 ｘＳｅ Ｑｂｏ为变压器空载无功功率； Ｑｂｈ为变压器满载无功功率； Ｉｏ为变压器空载电流百分数； Ｕｄ％为变压器短路载电压百分数； Ｓ为变压器实际负荷； Ｓｅ为变压器额定容量。 为应用方便，把变压器负载时总的无功功 率与额定容量之比的百分数称作△Ｑｂ，则满负 载 时 ：△ Ｑｂ％ ＝Ｑｂ／Ｓｅｘ １ ０ ０％ ＝Ｉｏ％ ＋Ｕｄ％ 对于１０ｋＶ，空载电流Ｉｏ％为０．９％～２．８％， Ｕａ％为４％～４．５％，故配电变压器总的无功功率 约占其额定容量的７．３％左右。因此，配电变压 器低压侧集中补偿的容量应该按照配电变压器额 定容量的８％配置。
在变电站二次侧母线侧并联补偿，补偿容 量可按主变本身的固定和变动无功损耗以及 所带线路的无功损耗来选择，按此原则计算， 一般主变容量为２５００千伏安以下的按主变压 器容量２．５％～３．５％选择，主变容量为２５００－ ５０００ｋＶＡ按主变压器容量２％～２．５％选择，连 同所带线路总计为主变容量５～１０％选择，配合 变电站自动调压装置，可使设备保持在额定电 压下运行。 ３．３ １０ｋＶ 线路柱上补偿方式
动力与电气工程
农 用 电 动 机 多 为 米 面 加 工 、砖 厂 等 季 节 性用电，开机时间通常为２～４个月，因此，电动 机应采用随机就地无功补偿，补偿容量可按 ＵｅＩｏ％计算。单机就地补偿是平衡用户无功负 荷最有效的方法。
４ 配网无功补偿问题分析
随着配网无功补偿技术的发展和普及，从 静态补偿到动态补偿，从有触点补偿到无触点 补偿，无功补偿在实际配网中的应用也出现一 些问题。 ４．１ 谐波问题
电容器与其他设备相比有比较大的区别， 就是其具有不同于其他电气设备的容性阻抗 特性，以及阻抗和频率成反比的特性。容性阻 抗特性，使其能和电网中大部分感性阻抗的电 气设备配合而构成谐波谐振或接近谐波谐振 的条件。在系统谐振条件下，阻抗和频率成反 比的特性，可显著的改变系统的阻抗，起到吸 收高次谐波电流而引起电流过载，增加电容器 的负担，并且带来的发热和电压升高，也意味 着电容器使用寿命的缩短。
