1.35kV变电站的无功补偿

这种无功补偿属于集中补偿,就是在35kV变电站的10kV母线上,集中安装容量较大的电容器组以进行无功补偿,主要作用是补偿主变压器的无功功率损耗和变电站以上的35kV线路的部分无功损耗(35kV线路的无功损耗与线路的充电功率基本上可以抵消,故不予考虑专项补偿)。也就是说,变电站的集中补偿仅对减少主变和35kV线路的损耗有效(或起作用)。

(1)负荷集中的工业35kV变电站的无功补偿。对以工业负荷为主的35kV变电站,一般具有线路较短、负荷较集中、负载率较高的特点；因此,所需无功要求做到就地平衡,即变电站的无功补偿容量可按照满足主变压器的励磁无功功率和漏抗无功损耗的要求进行确定,以减少35kV输电线路输送无功功率引起的有功损耗。

因变电站主变压器的无功损耗为

式中 Se——变电站主变压器的额定容量,kVA；

β——变电站主变压器的负载率β=S/Se；

S——变电站主变压器的实际负荷,kVA；

Io%、Uk%——变电站主变的空载电流百分数、短路电压百分数。

在变电站进行集中补偿中,当10kV母线电压较高,超过额定电压110%时,为了避免移相电容器的长时间过电压运行,可采用电压等级较高的电容器,如13/或12/系列的电容器。

(2)负荷分散的农业35kV变电站的无功补偿。对以农业负荷为主的35kV变电站,由于存在功率输送距离较远,负荷起伏变化较大、主变年均负载率较低等特点,因此,所需无功除要补偿主变压器的无功损耗外,还要满足变电站供电区域内高峰无功负荷需要。为此,对于此种类型的农村电网35kV变电站的集中补偿容量,宜按下式确定

考虑到变电站初建时期负荷较轻,补偿工作可分期进行,起始补偿容量不宜过大(不超过主变容量的10%),待负荷上去后,再将补偿容量逐渐增加到主变容量的20%～30%；同时,宜将集中补偿的电容器分为2～3组,在负荷高峰时,全部投入运行,在负荷减轻或低谷时,切除一部分或全部切除。

2.10(6)kV配电线路的无功补偿

这种无功补偿属于分散补偿,就是在10kV线路上分散安装1～3组一定容量的电容器以进行无功补偿,其作用不仅可以降低10kV线路的线损,并且对降低35kV主变及线路的损耗也起作用。

(1)无功补偿容量的计算确定方法。从配电网线损理论计算得知,线路上配电变压器的铁损,即其空载损耗或无功励磁损耗,约占高压配电网总损耗的70%左右；这说明配电变压器的无功损耗在配电网无功总损耗中,占有极大的份额。因此,10(6)kV配电线路的无功补偿总容量,可按满足线路上配电变压器总励磁无功功率之需要进行补偿,同时考虑不少农电企业重变电站的补偿,轻线路的补偿,造成线路分散补偿较为薄弱的实际情况。即得如下计算式

为了避免在配电变压器空载时(即在线路停电一定时间后而重新投运的较短时间内,未给配变带负荷时),将造成过补偿；或者为了避免在10(6)kV线路非全相运行运行时易产生铁磁谐振现象的情况,因此,10(6)kV线路的无功补偿容量也可按下式计算确定

由于10(6)kV线路上的配变台数较多(一般一条线路为30台左右),配变空载电流百分数之值获取较为困难,为了方便起见,可采取以代表型配变的Io·d%值还似确定的方法,即

式中 Spj——线路上配变单台平均容量,kVA；

Se·d——线路上代表型配变标称容量,即与Spj值最接近(或上或下均可)的容量,kVA；

Io·d%——代表型配电变压器的空载电流百分数。如果配变有多种不同系列标准时,虽Se·d相同,但Io·d%不同,则须求取它们的加权平均值,即

(2)10(6)kV线路的最优补偿容量和电容器的最佳装设位置。

为了获取最佳补偿效果,需要在线路上装设一定组数的电容器。如果假定装设电容器组数为n,则按照最大限度地降低线路线损的原则,可以确定其最优补偿容量和最佳补偿位置。即：

1)最优补偿容量。单组电容器装设容量为

装设电容器总容量为

式中 Ql——通过线路的无功负荷,kvar；

n——装设电容器组数,n=1、2、3、…。

2)最佳补偿位置。第ni组电容组的最佳装设位置为

式中 L——10(6)kV线路的总长度,km。

上述相关公式称为法

则”,是对负荷均匀分布的线路分析推导出来的,在国外和城网得到了广泛的应用,对于农村电网无大分支且负荷近似均匀分布的线路亦有一定适用价值。因此,特制作下面表格,供参考和直接应用,见表5-3。

表5-3　10kV线路最优补偿容量/电容器最佳装设位置表

在此须说明：一是电容器的装设位置除了考虑补偿效果外,还要考虑是否巡视检查、维护维修方便,比如装设在靠近村庄或农村配电房的最佳补偿点稍前或稍后位置。二是装设组数也是一样,组数多虽然比组数少效果要好,但增大了维护检修的困难,增加了线路的故障点,因此要酌情综合考虑。三是考虑电容器组的安装方便和有利于电容器的安全保护及控制,电容器每组容量宜按100～150kvar配置。

3.0.4kV低压配电网和电动机的补偿

(1)大宗用户和乡镇企业的无功补偿。对于县办和乡镇办企业之类的大宗用电户,其用电设备无功补偿可采用低压母线就地集中补偿方式,补偿容量可按在用电高峰月份有功功率的平均值,将负荷功率因数提高到所需数值的方法,进行计算确定,即(www.daowen.com)

式中 Pzd·pj——大宗用户用电高峰月份有功功率平均值,kW；

cosφ1——大宗用户用电设备补偿前的负荷功率因数；

cosφ2——补偿后需要达到的功率因数；

tgφ1、tgφ2——补偿前后功率因数角的正切值。

此外,大宗用户如乡镇企业的无功补偿容量也可以用查表法进行确定,即首先从“单位有功负荷所需无功补偿容量表”中查取对每千瓦有功负荷将cosφ1提高到cosφ2所需的无功补偿容量(kvar/kW),见表5-4,然后乘以企业用户的实际使用的有功负荷数,即可得到所需的无功补偿容量(kvar)。

为了避免功率因数cosφ值发生较大的起伏波动,可将电容器分作2～3组,分别并联到0.4kV母线上。在负荷高峰时,投入电容器2～3组,在负荷低当时,退出电容器1～2组。这样处理可以防止低负荷时因配电变压器铁芯饱和形成过电流,损坏电容器。

表5-4　单位有功负荷所需无功补偿容量表

(2)单台电动机的随机补偿。单台电动机的无功补偿,一般是将电动机空载时的功率因数补偿到1(即cosφ2=1)。因为电动机空载时的无功负荷最小,补偿后在满载时的功率因数仍为滞后状态。否则,如果将电动机满载时的功率因数补偿到1,在其空载或轻载时就会使功率因数超前,出现过补偿现象。

如果电动机过补偿,在切断电动机电源后,电容器将向电动机的静子绕组回路放电,供给电动机一励磁电流,使仍在旋转着的电动机变成了“异步发电机”,此时绕组中的电压值将高出额定电压几倍,即出现过电压现象,并持续较长时间,这种现象称为电动机的自励磁现象。

电动机自励磁的过电压,将危及电动机和电容器本身绝缘(即可能被击穿)。有甚者,对还在旋转着的电动机,如若又重新合闸接通电源,电容器将产生一冲击电流；在这一电流作用下,电动机将产生较大的瞬时转矩,此时很可能导致电动机的轴和联轴器的损坏。

综上所述,异步电动机的随机补偿容量,应当按电动机空载时的功率因数接近到1(即cosφ2≤1)的原则进行计算确定,其计算式表为

对于惯性较小(即惰行时间较短)的电动机(如风机等)有

对于惯性较大(即惰行时间较长)的电动机(如水泵等)

为了严格防止因过补偿使电动机发生自励磁,国际电工委员会建议感应式电动机的补偿容量按下式计算确定

式中 Ue——电动机的额定电压,kV；Io——电动机的空载电流,A。

电动机的空载电流Io,如果无资料查取,可按电动机额定电流的25%左右估算酌定,也可按下式计算确定

式中 Ie——电动机的额定电流,A；

Pe——电动机的额定功率即额定输出功率,kW；

ηe——电动机在额定负荷下的效率；

cosφe——电动机在额定负荷下的功率因数。

此外,单台电动机的随机补偿容量也可从表5-5中直接查取。

表5-5　单台电动机所需补偿容量表

(3)农网改造后农村低压电网的无功补偿。

1)补偿的重要性和必要性。在前面农村低压三相负荷不平衡的成因中已叙述过,随着中高档、大功率的家用电器进入寻常百姓家庭,这些家用电器不仅功率较大,一般都在800～2000W,而且大多数都是属于感性负载。这样就一改过去白炽灯(电阻性负载)所占用电负载比重较大,负荷功率因数较高,一般达0.85左右之状况；即感性负载所占比重相应有所上升,负荷功率因数随之有所降低,一般只有0.6左右,有甚者只有0.4～0.5。因而使0.4kV低压配电网的无功消耗占全电网总无功消耗的50%的基本情况进一步加剧,无功缺额情况比以往更严重。进而使农村低压线损长期居高不下,能源浪费严重。因此花大气力、及时加强农村电网改造后农村低压电网的无功补偿,不仅十分重要,而且极为必要。

2)农村低压电网无功补偿的方式。对农村低压电网进行无功补偿,一般有以下几种方式：①在配电变压器低压侧母线上集中安装电容器进行补偿。这种方式对高压降损作用较大,对低压降损作用极小。②在低压线路中点或负荷集中之处集中安装电容器进行补偿。这种方式存在一些缺陷,一是用于电容器投切之闸刀安装位置不便操作,若用小型接触器则耗电较大；二是电容器放电问题不易解决,存在不安全的隐患。③在电动机旁安装电容器,进行“随机补偿”。这种补偿方式简单易行,不会出现过补偿的问题,而且具有极佳的降损效果。因此,电动机的“随机补偿”是农村低压电网无功补偿的首选方式和途径(据相关资料分析,低压补偿的降损节能效益和经济效益可达高压补偿的3.5倍)。

3)电动机“随机补偿”和配电变压器“随器补偿”补偿容量的确定。由于农用电动机大多数与农副产品加工机械配套使用,一般负荷偏重；加之农村低压线路安装电容器进行补偿存在一些缺陷而未予考虑,其无功缺额需考虑由电动机“随机补偿”辅助解决(电动机轻载时就可以腾出一定数量的补偿容量)。为此,电动机的随机补偿容量宜按

确定。同时,在现今已有电容器生产厂家推出1.6～6kvar的小容量电容器的情况下,为了切实加强农村低压电网的无功补偿,电动机的随机补偿应由以往的7.5kW及其以上者扩大到5.5kW及其以下者。

显然,我们不仅要按照上述方式对农村低压电网进行无功补偿,而且还要对其及时进行调整,调整的方式方法和调整的要求标准,同对三相负荷不平衡的调整相仿；通过对无功补偿的调整,确保低压无功就地(或就近)平衡,确保低压线路首端(或配电变压器低压侧出口)的负荷功率因数由0.6提高到0.95；这将使农村低压线损降低60%以上。

考虑农村高压配电网的降损和县级供电企业的经济效益,农村中的配电变压器亦应进行“随器补偿”,其补偿容量可参考表5-6中的公式计算确定,即变压器Io%值较大者取0.98,变压器Io%值较小者取0.95。为了简单方便,也可按下式估算确定。

同上述一样,变压器Io%(或Se)值较大者取10%,变压器Io%(或Se)值较小者取7%；式中Se为配电变压器额定容量(kVA)。

表5-6　农村电网无功补偿汇总简明表

4)电动机“随机补偿”之电容器安装方式。农用电动机“随机补偿”的电容器可安装在控制电动机的闸刀下面或右侧的墙上,与电动机并联接线,电动机开机电容器即开始补偿,电动机停机电容器可借电动机的绕组放电,这样可以避免电容器遭受到电动机之运行振动及其周围灰尘不良环境的侵袭,有利于延长电容器使用寿命及其安全运行。