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无功补偿与节能降损，提高线路和变压器的输送能力
日期：2024-04-25 19:18
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摘要： 无功补偿是电网运行中常用、有效的降损节能技术措施之一。它是借助于无功补偿设备提供必要的无功功率，以提高电网的功率因数，降低损耗，改善电网电压质量。
无功补偿是电网运行中常用、有效的降损节能技术措施之一。它是借助于无功补偿设备提供必要的无功功率，以提高电网的功率因数，降低损耗，改善电网电压质量。
一、对电力用户
在实际工作中，我们发现一些电力用户对无功补偿的积极性不高，由于他们在认识上存在误区，因此总认为无功补偿是供电公司的事，与用户没有多大关系，直流高压发生器适用于电力部门、企业动力部门对氧化锌避雷器、电力电缆、发电机、变压器、开关等设备进行直流高压试验和泄漏电流试验。进行无功补偿对用户没有多大好处。其实，无功补偿不仅对供电公司有利，而且对电力用户也有很大好处。为便于电力用户理解，简单分析如下：
无功补偿的实质是要尽量减少无功功率在网络中传递，设法就地安装无功电源，从而满足电力用户及网络元件对无功功率的需求。变电站安装的电容器装置只能减少110kV、35kV线路中无功功率的传递，降低110kV、35kV线路的损耗，而电力用户安装的的电容器装置，能减少整个网络中无功功率的传递，从而能降低整个网络的线路损耗，改善整个网络的电压质量。
具体地说，电力用户安装无功补偿装置的好处有：
1．实行力率收费，可减少电费支出。
力率电费是指电力用户感性负载无功消耗量过大，造成功率因数低于国家标准，从而按电费额的百分比追收的电费（详见功率因数调整电费表）。
高压计量的用户：
力率电费＝（电度电费+基本电费）×罚款比例
奖励电费＝（电度电费+基本电费）×奖励比例
低压计量的用户：
力率电费＝电度电费×罚款比例
奖励电费＝电度电费×奖励比例
电度电费是指动力电费，不包括照明电费，照明是不收力率电费的。
对于低压计量的用户电度电费中还包括线损电费和变压器的有功损失电费。
高压计量的用户当变压器的容量超过315KVA时收基本电费，基本电费是按变压器的容量来收取的。
2．减少了电能损失。
因为ΔP＝（）2×R，所以ΔP与功率因数的平方成反比，如果用户的功率因数从0.7提高到0.95，功率损失可减少46%，如果功率因数从0.7提高到0.90，则功率损失可减少40%，效果是明显的，因此，提高用户功率因数是节约电能的重大措施。
3．可选用截面较小导线：
因为Ｉ＝，功率因数提高后，电流数值下降，导线截面可相应减少。
4．可选用较小容量的变压器。
因为视在功率S＝，功率因数提高后，S值相应下降，可选用较小容量的变压器，减少变压器的一次性投资、增容时的贴费和支付给电业部门按变压器容量收取的基本电费；从另一方面说，如果设备输送容量一定，功率因数提高，输送的有功功率将增加。
5．减少电压降，改善电压质量：
因电压降ΔU＝，而且一般电力系统的X＞＞R值，Q减少后，可较大幅度地减少电压降，从而改善用户的电压质量。
电力用户功率因数提高到何值是经济的，需要根据技术比较，衡量后确定。
二、对农网线路
电力线路是用来传输电能的，而线损是电能在传输过程中所产生的有功电能、无功电能和电压损失的总称（在习惯上常称为有功电能损失）。电网的线损按性质可分为技术线损和管理线损。技术线损又称为理论线损，它是电网中各元件电能损耗的总称。可通过理论计算来预测，而通过安装无功补偿装置等技术措施便可以达到降低技术线损的目的。管理线损是由计量设备误差引起的线损以及由于管理不善和失误等原因造成的线损，如窃电和抄表核算过程中漏抄、错抄、错算等原因造成的线损。管理线损通过加强管理来达到降低的目地。
在技术措施方面主要是安装线路无功补偿装置来改善网络中的无功功率分布，提高功率因数COSφ。
在有功功率合理分配的同时，做到无功功率的合理分布。按照就近的原则安排减少无功远距离输送。增设无功补偿装置，提高负荷的功率因数。合理地配置无功补偿装置，改变无功潮流分布，减少有功损耗和电压损耗、减少发电机送出的无功功率和通过线路、变压器传输的无功功率，使线损大为降低，还可以改善电压质量，提高线路和变压器的输送能力。
无功功率对电压的影响
电网在进行功率传输时，电流将在线路等阻抗上产生电压损耗△U，假如始端电压为U1，末端电压为U2，则电压损耗计算公式为:△U=U1-U2=（PR+QX）/Un
式中：P----线路传输的有功功率（KW）
Q----线路传输的无功功率（Kvar）
Un----线路额定电压（KV）
R、X----线路电阻、电抗（Ω）
若保持有功功率恒定，而R和X为定值，无功功率Q愈小，则电压损失愈小，电压质量就愈高。当线路安装容量为QC的并联电容器补偿装置后，线路的电压损耗变为：
△U´=[PR+（Q-QC）X]/Un
可以看出:采取无功补偿以后，线路传输的无功功率变小，相应地减少了线路电压的损耗，提高了配电网的电压质量。
无功功率对线损的影响
无功功率不仅影响配电系统的电压质量，而且导致了配电系统供电线损的增加。
1．线路
在农用配电网中线路的年电能损耗为：△A=3RI2maxて×10-3=△Pmaxて×10-3＝P2Rて×10-3/(U2COS2φ)(KWh)
式中：△Pmax----年内线路输送大负荷时的有功功率（KW）
Imax---装置所通过的大负荷电流（A）
て----大负荷损耗时间（h），其值可由年负荷曲线确定。
将功率因数由COSφ1提高到COSφ2时，线路中的功率损耗降低率为：
△P％＝[1-(COSφ1/COSφ2)2]×100%
当功率因数由0.7提高到0.9时，线路中的功率损耗可减少39.5%。
2．变压器
当电压为额定值时，在农用配电网中变压器的年电能损耗为：△A=n△P0t+S2max△PKて/(nS2n)(KWh)
式中：△P0----变压器的铁损（KW）
△PK----变压器的铜损（KW）
Sn----变压器的额定容量（KVA）
Smax----变压器的大负荷（KVA）
t----变压器每年投入运行的小时数(h)
n----并联运行的变压器台数
て----大负荷损耗时间（h），其值可由年负荷曲线确定。
由于大负荷损耗时间て与功率因数COSφ有关，当COSφ增大时，输送的无功功率减少，相应的て值也就减少，因而电网损耗也就明显降低。
实现无功补偿，不仅能改善电压质量，对提高电网运行的经济性也有重大作用，应根据各种运行方式下的网损来优化运行方式，合理调整和利用补偿设备提高功率因数。对电网进行无功补偿时，根据电网中无功负荷及无功分布情况合理选择无功补偿容量和确定补偿容量的分布，以进一步降低电网损耗。
实际补偿过程中，电容器容量的选择是一个十分重要的问题，如果我们选择的容量过小，则起不到很好的补偿作用；如果容量选择过大，供电回路电流的相位将超前于电压，就会产生过补偿，引起变压器二次侧电压升高，导致电力线路及电容器自身的损耗增加。
无功补偿是日常运行中常用、有效的降损节能技术措施，无功分散补偿更能实现无功的就地平衡。对降低供电线损，提高配网供电能力，改善电压质量都有重大意义，所以，在配电网建设与改造中应大力推广无功补偿技术。
一、对电力用户
在实际工作中，我们发现一些电力用户对无功补偿的积极性不高，由于他们在认识上存在误区，因此总认为无功补偿是供电公司的事，与用户没有多大关系，直流高压发生器适用于电力部门、企业动力部门对氧化锌避雷器、电力电缆、发电机、变压器、开关等设备进行直流高压试验和泄漏电流试验。进行无功补偿对用户没有多大好处。其实，无功补偿不仅对供电公司有利，而且对电力用户也有很大好处。为便于电力用户理解，简单分析如下：
无功补偿的实质是要尽量减少无功功率在网络中传递，设法就地安装无功电源，从而满足电力用户及网络元件对无功功率的需求。变电站安装的电容器装置只能减少110kV、35kV线路中无功功率的传递，降低110kV、35kV线路的损耗，而电力用户安装的的电容器装置，能减少整个网络中无功功率的传递，从而能降低整个网络的线路损耗，改善整个网络的电压质量。
具体地说，电力用户安装无功补偿装置的好处有：
1．实行力率收费，可减少电费支出。
力率电费是指电力用户感性负载无功消耗量过大，造成功率因数低于国家标准，从而按电费额的百分比追收的电费（详见功率因数调整电费表）。
高压计量的用户：
力率电费＝（电度电费+基本电费）×罚款比例
奖励电费＝（电度电费+基本电费）×奖励比例
低压计量的用户：
力率电费＝电度电费×罚款比例
奖励电费＝电度电费×奖励比例
电度电费是指动力电费，不包括照明电费，照明是不收力率电费的。
对于低压计量的用户电度电费中还包括线损电费和变压器的有功损失电费。
高压计量的用户当变压器的容量超过315KVA时收基本电费，基本电费是按变压器的容量来收取的。
2．减少了电能损失。
因为ΔP＝（）2×R，所以ΔP与功率因数的平方成反比，如果用户的功率因数从0.7提高到0.95，功率损失可减少46%，如果功率因数从0.7提高到0.90，则功率损失可减少40%，效果是明显的，因此，提高用户功率因数是节约电能的重大措施。
3．可选用截面较小导线：
因为Ｉ＝，功率因数提高后，电流数值下降，导线截面可相应减少。
4．可选用较小容量的变压器。
因为视在功率S＝，功率因数提高后，S值相应下降，可选用较小容量的变压器，减少变压器的一次性投资、增容时的贴费和支付给电业部门按变压器容量收取的基本电费；从另一方面说，如果设备输送容量一定，功率因数提高，输送的有功功率将增加。
5．减少电压降，改善电压质量：
因电压降ΔU＝，而且一般电力系统的X＞＞R值，Q减少后，可较大幅度地减少电压降，从而改善用户的电压质量。
电力用户功率因数提高到何值是经济的，需要根据技术比较，衡量后确定。
二、对农网线路
电力线路是用来传输电能的，而线损是电能在传输过程中所产生的有功电能、无功电能和电压损失的总称（在习惯上常称为有功电能损失）。电网的线损按性质可分为技术线损和管理线损。技术线损又称为理论线损，它是电网中各元件电能损耗的总称。可通过理论计算来预测，而通过安装无功补偿装置等技术措施便可以达到降低技术线损的目的。管理线损是由计量设备误差引起的线损以及由于管理不善和失误等原因造成的线损，如窃电和抄表核算过程中漏抄、错抄、错算等原因造成的线损。管理线损通过加强管理来达到降低的目地。
在技术措施方面主要是安装线路无功补偿装置来改善网络中的无功功率分布，提高功率因数COSφ。
在有功功率合理分配的同时，做到无功功率的合理分布。按照就近的原则安排减少无功远距离输送。增设无功补偿装置，提高负荷的功率因数。合理地配置无功补偿装置，改变无功潮流分布，减少有功损耗和电压损耗、减少发电机送出的无功功率和通过线路、变压器传输的无功功率，使线损大为降低，还可以改善电压质量，提高线路和变压器的输送能力。
无功功率对电压的影响
电网在进行功率传输时，电流将在线路等阻抗上产生电压损耗△U，假如始端电压为U1，末端电压为U2，则电压损耗计算公式为:△U=U1-U2=（PR+QX）/Un
式中：P----线路传输的有功功率（KW）
Q----线路传输的无功功率（Kvar）
Un----线路额定电压（KV）
R、X----线路电阻、电抗（Ω）
若保持有功功率恒定，而R和X为定值，无功功率Q愈小，则电压损失愈小，电压质量就愈高。当线路安装容量为QC的并联电容器补偿装置后，线路的电压损耗变为：
△U´=[PR+（Q-QC）X]/Un
可以看出:采取无功补偿以后，线路传输的无功功率变小，相应地减少了线路电压的损耗，提高了配电网的电压质量。
无功功率对线损的影响
无功功率不仅影响配电系统的电压质量，而且导致了配电系统供电线损的增加。
1．线路
在农用配电网中线路的年电能损耗为：△A=3RI2maxて×10-3=△Pmaxて×10-3＝P2Rて×10-3/(U2COS2φ)(KWh)
式中：△Pmax----年内线路输送大负荷时的有功功率（KW）
Imax---装置所通过的大负荷电流（A）
て----大负荷损耗时间（h），其值可由年负荷曲线确定。
将功率因数由COSφ1提高到COSφ2时，线路中的功率损耗降低率为：
△P％＝[1-(COSφ1/COSφ2)2]×100%
当功率因数由0.7提高到0.9时，线路中的功率损耗可减少39.5%。
2．变压器
当电压为额定值时，在农用配电网中变压器的年电能损耗为：△A=n△P0t+S2max△PKて/(nS2n)(KWh)
式中：△P0----变压器的铁损（KW）
△PK----变压器的铜损（KW）
Sn----变压器的额定容量（KVA）
Smax----变压器的大负荷（KVA）
t----变压器每年投入运行的小时数(h)
n----并联运行的变压器台数
て----大负荷损耗时间（h），其值可由年负荷曲线确定。
由于大负荷损耗时间て与功率因数COSφ有关，当COSφ增大时，输送的无功功率减少，相应的て值也就减少，因而电网损耗也就明显降低。
实现无功补偿，不仅能改善电压质量，对提高电网运行的经济性也有重大作用，应根据各种运行方式下的网损来优化运行方式，合理调整和利用补偿设备提高功率因数。对电网进行无功补偿时，根据电网中无功负荷及无功分布情况合理选择无功补偿容量和确定补偿容量的分布，以进一步降低电网损耗。
实际补偿过程中，电容器容量的选择是一个十分重要的问题，如果我们选择的容量过小，则起不到很好的补偿作用；如果容量选择过大，供电回路电流的相位将超前于电压，就会产生过补偿，引起变压器二次侧电压升高，导致电力线路及电容器自身的损耗增加。
无功补偿是日常运行中常用、有效的降损节能技术措施，无功分散补偿更能实现无功的就地平衡。对降低供电线损，提高配网供电能力，改善电压质量都有重大意义，所以，在配电网建设与改造中应大力推广无功补偿技术。
