1.无功补偿的原则、方式及标准

为了使电网无功补偿取得最佳的综合效益,在进行无功补偿时应遵循“全面规划,合理布局,分级补偿,就地平衡”的原则。

为此,在对电网进行无功补偿的方式中,要始终牢牢把握住如下几个侧重点：

(1)既要满足全区(地区和县)总的无功电力平衡,又要满足分站(所)和线路的无功电力平衡；使长距离输送的无功负荷最小,最大限度地减少有功功率和电能的损耗。

(2)集中补偿与分散补偿相结合,以分散补偿为主。既要在变电站(所)进行集中补偿,而且更要在高、低压配电线路上和设备旁边,以及诸多重点用电户进行分散补偿。

(3)调压与降损相结合,以降损为主。鉴于农村供电系统,除县办工业用电比较集中外,农业和乡镇办工业用电具有线路长、分支多、负荷分散、功率因数低劣、设备空轻载运行时间较长和电能损耗较大等特点。因此,决定无功补偿的主要作用和最大效益是降损节能,同时兼顾调压。

(4)输电网补偿与配电网补偿相结合,以配电网补偿为主。其原因：一是0.4～10(6)kV配电网的无功损耗占70%,35～110kV输电线路的无功损耗只占30%；二是当移相电容器装在10(6)kV线路上时,既可以补偿10(6)kV网损,还可以补偿35kV线损。

(5)供电部门进行补偿与用电单位进行补偿相结合,以用电单位进行补偿为主。其原因：一是在实行力率调整电费办法时,获奖受益者是用户；二是据分析,无功功率有50%左右是消耗在用户所属的低压线路上和用电设备中；三是低压配电网无功补偿的效果数倍(约3.5倍)优于10kV配电网无功补偿的效果。

无功补偿的标准：可遵照原电力工业部1980年颁发的《电力系统电压和无功电力管理条例》对功率因数的要求指标确定,即：高压供电的工业用户和高压供电装有带负荷调整电压装置的电力用户,功率因数为0.9及以上。设备容量为100kVA及以上电力用户和大、中型电力排灌站,功率因数为0.85及以上。趸售和农户的综合功率因数为0.8及以上。35～110kV变电站(所)二次侧的功率因数为0.9及以上[此标准可用作制定用户力率电费调整标准(见附录Ⅱ-6)的参考和依据]。

2.电网无功负荷的规划

根据国内电网大量的实际运行资料的统计分析,电网中的有功负荷和无功负荷之间存在着一定的规律。因此,在规划电网的无功负荷时,可采用有功负荷与无功负荷的比值,即采用无功负荷系数“K值法”进行估算。其表达式为：K=电网最大无功负荷Qzd(kvar)/电网最大有功负荷Pzd(kW)。

K值与规划地区的负荷结构,特别是与农业用电量所占的比重有着密切关系。根据一定数量电网实际运行资料的分析,建议县级、乡镇的农村电网无功负荷系数K值取1.2～1.4为宜。因此,在做农村电网无功负荷规划时,其无功负荷量可按：Qzd=KPzd=(1.2～1.4)Pzd进行估算。

3.无功经济当量

无功补偿的根本目的是使电网少送或尽量少送无功负荷,使负载即用电设备所需用的无功负荷,通过无功补偿直接达到就地平衡,避免上级电网的提供或输送。但是,并非按供需的无功缺额,全部予以补偿,才是最经济合理的方法。因为无功补偿后的经济效果将会被无功补偿设备的投资费用、运行维护费用、折旧及本身能耗等抵消一部分。无功补偿的经济效果,随着功率因数的提高而降低,即负荷功率因数越低,补偿效果越高。反之,负荷功率因数越高,补偿效果越差。因此这里面有一个无功补偿最优容量和最佳补偿点的问题。

无功经济当量就是衡量电网无功补偿经济效果的一个指标,它的具体含义是指：电网中每减少输送1kvar的无功功率时,所降低的有功功率损耗量；换言之,它是每装设1kvar的无功补偿设备与所能降低的有功功率损耗量之比值。无功经济当量记作KQ或Cj,单位为kW/kvar。

在电网输送的有功功率P一定的情况下,在消耗无功功率的地点补偿无功功率Qc,以减少无功功率在电网中的输送。此时可求得无功补偿后的有功功率损耗P2为

补偿后比补偿前减少的有功功率损耗量为ΔP1-ΔP2,即

等式两边各除以Qc得

上式即为无功经济当量Cj(或KQ)的表达式。从此式分析可知：

(1)线路输送的无功功率Q越大,补偿后减少的有功功率损耗量就越大；说明了补偿前功率因数较低,则无功补偿的经济效果较大。

(2)线路的电阻R值越大,补偿后减少的有功功率损耗量就越大,说明了补偿地点与无功电源的电气距离越远,则无功补偿的经济效果就越大。因此“就地补偿”就成为无功补偿的原则。

(3)无功补偿地点的电压等级Ue越低,则补偿后的经济效果就越大。说明低压补偿优于高压补偿。

(4)式中(2Q-Qc)的值越大,则补偿后的经济效果就越大；说明补偿容量小,而效益却相对较大；补偿容量从小到大,而相对效益从大到小。

鉴于上述因素,无功补偿效益的大小,应该通过技术经济对比确定。利用无功经济当量分析对比,可衡量电网中某一结点的补偿效果,比较简便地确定无功补偿的地点、补偿的容量、补偿应达到的水平。但它不能作为全网最优补偿的依据。

传统使用的无功功率经济当量值及其典型网络接线图如表5-2和图5-3所示。(www.daowen.com)

表5-2　典型供电网络中的无功经济当量值

图5-3　估算无功经济当量值时的典型网络接线图

4.电力用户负荷经济功率因数

通过上述,电力网进行无功补偿,实现无功就地或就近平衡,益处很多,作用极大。而且按照负荷经济功率因数计算确定电网无功补偿容量是比较简单实用、直观且较为科学合理的方法。那么,负荷经济功率因数是怎样得来的呢?在这里,向大家介绍一种按年运行费用最小的原则,决定电力用户负荷经济功率因数的方法,这是一种较为合理应用最普遍的方法。

年运行费用(F)包含电力网电能损耗费用(Fd)和无功补偿设备费用(Fc),即

式中 ΔPQ——电网输送无功负荷引起的有功损耗,kW；

Qc——电网中装设的无功补偿设备容量,kvar；

T——电网年运行小时数,取T=6000h；

fd——单位千瓦时电能损耗费用,根据全国平均供电成本,取fd=0.07元/(kW·h)；

fc——单位千乏时无功电力的费用,元/(kvar·h)。

式中 Jc∑——单位千乏无功补偿设备的综合造价,取Jc∑=50元/kvar；

βczv——无功补偿设备的折旧、维修费的年提存率取βczv=18%；

Pc——无功补偿设备每千乏的有功损耗,取Pc=0.0035kW/kvar。

代入得

欲获得年运行费用(F)的最小极限值,必须首先建立电网电能损耗费用(Fd)和无功补偿设备费用(Fc)对补偿后的无功负荷之关系式,即

式中 U——电网线路的额定电压,kV；

R——线路导线每相电阻值,Ω；

Q1、Q2——补偿前、后电网中输送的无功负荷,kvar。

然后由F对Q2求一阶导数并令其值等于零,即=0,解得

即为负荷经济功率因数表示式。可见,其值与电网输送有功负荷、负荷点距离电源点的远近有关。有功负荷愈大,距离愈远,则负荷点的经济功率因数值愈高。通过将电力用户按照不同供电方式划分为几种不同的类型,然后分别对它们进行分析(因篇幅所限,本书从略),从中可以看出：

(1)电力用户功率因数从0.7补偿到0.9时,补偿设备投资费和年运行费都是下降的。

(2)当电力用户的功率因数从0.9提高到0.95时,补偿设备投资费开始逐渐增加,而年运行费则开始逐渐放慢下降速度。但此时增加的补偿设备投资费在4年左右仍然可以抵偿收回。所以,电力用户将负荷功率因数从0.9提高到0.95还是经济合理的。

(3)当负荷功率因数约为0.96时,年运行费用降至最低,此时的cosφ即为负荷经济功率因数。当cosφ超过0.96时,无功补偿设备投资大增,年运行费用亦上升。cosφ愈接近于1,无功补偿的投资愈大,而效益愈小。这一点同对无功经济当量(KQ)的分析相吻合,当补偿容量愈大时,其对减少有功功率损耗的作用愈小,即单位补偿容量使功率因数提高后的经济效益降低。因此,要求电力用户将功率因数补偿提高到1是不适宜、不科学的,而要求其不超过0.96或最高达到0.96是经济合理的。