第三節 確定低壓配電網無功補償容量的實用方法

農村低壓網處于電網的最末端，農網的用戶多為低壓用戶。因此，補償低壓無功負荷是農網無功補償的關鍵。搞好低壓補償，不但可以減輕上一級電網補償的壓力，而且可提高用戶配電變壓器的利用率，改善用戶功率因數和電壓質量，并有效地降低電能損失，減少用戶電費。低壓補償對用戶和農電部門均有益。

低壓無功補償的目標是實現無功的就地平衡。通常采用的方式有三種：隨機補償、隨器補償、跟蹤補償。

一、隨機補償

隨機補償就是將低壓電容器組與電動機并接，通過控制、保護裝置與電機同時投切。農用電動機，特別是排灌電動機，應優先選用此種補償方式。

隨機補償的優點是：用電設備運行時，無功補償投入；用電設備停運時，補償設備亦退出。不需頻繁調整補償容量，具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、維護簡單、事故率低等優點。

為防止電機退出運行時產生自激過電壓，補償電量一般不應大于電機的空載無功，即

QC≤㊣3UeI0，通常推薦

QC=（0.95～0.98）㊣3UeI0

（331）

式中 Ue———額定電壓；

I0———電機空載電流；

QC———補償電容器容量。

電動機的補償容量亦可由表331查得，供參考。

表331

與電機常接的電容的最大容量

對于排灌電動機等所帶機械負荷軸慣性較大的電機，補償容量可適當加大，大于電機空載無功負荷，但要小于額定無功負荷。由于排灌電機總是在帶有水泵機械負載的情況下斷電，這時電機轉速將急劇下降，即使補償容量略大于電機空載無功負荷，也不會產生自勵過電壓。

對于排灌用普通電機，可按下式確定補償容量，即

QC=（0.5～0.6）Pe（kvar）

式中 Pe———排灌電機額定有功功率，kW。

一般地，電機的年運行小時數大于1000h，選用隨機補償較其他補償方式更經濟。用戶的補償投資可在1～2年內全部收回。補償電機無功負荷效果最佳。

例如，某廠風機的電機功率為169kW，距配電房150m，導線截面積40mm2。配電室已有集中補償，功率因數可達0.9，采用末端補償40kvar后，其內線損耗減少3.2kW，半年左右即可收回投資。

二、隨器補償

隨器補償是指將低壓電容器通過低壓熔斷器接在配電變壓器二次側，以補償配電變壓器空載無功的補償方式。

農網配電變壓器，尤其是綜合用戶配電變壓器，普遍存在負荷輕的“大馬拉小車”現象。在負荷低谷時接近空載。配電變壓器在輕載和空載時的無功負荷主要是變壓器的空載勵磁無功，即

Q0=I0%Se×10-2

（332）

式中 Q0———變壓器空載勵磁無功功率，kvar；

I0%———空載電流百分數；

Se———變壓器額定容量，kVA。

配電變壓器空載無功是農網無功負荷的主要部分。對于輕負載配變而言，這部分損耗占供電量比例較大，導致電費單價增高。隨器補償由于補在低壓側，故而接線簡單、維護管理方便，且可有效地補償配電變壓器空載無功，使該部分無功就地平衡，從而提高配電變壓器利用率，降低無功網損，是目前補償配電變壓器無功的有效手段之一。

例如，某廠供電容量為1000kVA，功率因數為0.7。原想增設一臺250kVA變壓器，解決高峰用電時電力不足的問題。后來采用了末端補償裝置，加裝了300kvar電容器，從

而將功率因數提高到0.95，使有功功率增加了250kW。

由于隨器補償屬于固定補償，能有效地限制農網無功基荷，補償效果好，具有較高的經濟性，因此應提倡在各個容量等級的配電變壓器上采用。特別是64系列、73系列中，容量在50kVA及以上的配電變壓器和86系列容量在125kVA以上的配電變壓器更應采用。確定隨器補償電容器的容量可參照表332。

表332

補償配電變壓器空載無功的最大容量

單位：kvar

隨器補償只能補償配電變壓器的空載無功Q0。如果補償容量QC＞Q0，則在配電變壓器接近空載時造成過補償，而且理論分析和試驗以及運行經驗均表明，在此條件下，當出現配電變壓器非全相運行時，易產生鐵磁諧振。因此推薦選用QC=（0.95～

0.98）Q0。

三、隨機補償、隨器補償電容的接線要求1.線徑的選擇

連接補償電容器的接線線徑大小，必須根據電容器額定電流的大小來選擇。電容器的額定電流IC用下式求得，即

IC=QC

（333）

㊣3Ue

式中 IC———電容器額定電流，A；

QC———電容器額定功率，kvar；

Ue———電容器額定電壓，kV。

電容器的額定電流也可用估算的辦法來計算，即1kvar相當于2A，這個數比實際電流略大。

2.接線辦法

對于10kvar以下的小電容器，如果單臺接線，可把線直接接在電容器的接線柱上，而對于10kvar以上的較大容量的電容器，必須采用接線卡連接。因這類電容器的額定電流都在20A以上，導線較粗，特別是采用電纜接線，毛刺較多，電容器的接線柱距離又都很近，往往容易造成放電短路，損壞設備。

3.注意事項

并聯電容器不能放置在過熱、漏雨、滴水、易擠、易壓、易砸和妨礙交通的地方，也不能放置得離補償設備太遠的地方，以免造成不必要的損失。

四、隨機補償、隨器補償的節能效益

安裝隨機補償、隨器電容補償后可提高功率因數、降低可變損耗，當功率因數由

cosφ1提高到cosφ2時，可變損耗降低的百分數可由下式求得：

ΔP1=

P2R×10-3 U2cos2φ1

ΔP2=

P2R×10-3 U2cos2φ2

Δ（ΔP）%=ΔP1Δ-P1ΔP2×100%=（1-ccooss22φφ12）×100%

由上式可計算出功率因數由cosφ1提高到cosφ2時對降低可變損耗的效益。五、跟蹤補償

跟蹤補償是指以無功補償投切裝置作為控制保護裝置，將低壓電容器組補償在大用戶0.4kV母線上的補償方式。補償電容器的固定連接組可起到相當于隨器補償的作用，補償用戶自身的無功基荷；可投切連接組用于補償無功峰荷部分。投切方式分為自動和手動兩種。一般地，用戶負荷有一定的波動性，故推薦選用自動投切方式，采用無功補償自動投切方式。此種裝置可較好地跟蹤無功負荷變化，運行方式靈活，運行維護工作量小。

考慮到電機投運的不同時率和單臺電機補償容量的限制等因素，對于較大的鄉鎮企業用戶，采用跟蹤補償比隨機補償或隨器補償能獲得更好的補償效果，而且不需要提高補償度，并可適當調整各組電容器的運行時間，但其壽命相對延長，從而降低電器的購置更新費用。但是，跟蹤補償所需的自動投切裝置較隨機補償或隨器補償的控制保護裝置復雜，功能更完善，初投資也大一些。

選擇自動投切裝置應特別注意其性能和質量。必須滿足以下五個條件：

（1）能根據無功負荷的變化自動投切電容器組，使功率因數保持在0.95以上且不過補償。

（2）能實現電容器組自動循環投切，使電容器、接觸器使用概率接近，延長使用壽命。

（3）元器件性能穩定可靠，受環境影響小，便于維護。（4）具有過電壓保護功能。

（5）在輕負荷時，不會引起電容器組投切振蕩現象。

投切振蕩現象是指在分組自動投切電容器時，未投入某一組電容器，其功率因數低于給定的下限，而投入后又高于其上限，于是在自控器的作用下反復進行投切。

六、三種補償方法比較

上述三種補償方式均可對特定種類無功負荷實現“就地平衡”的無功補償，降損節能效果好。

隨機補償適用于補償電動機的無功消耗，以補償勵磁無功為主，排灌用電機可適當加大補償容量。此種方式可較好地限制農網無功峰荷。年運行小時數在100h以上的電機，采用隨機補償較其他補償方式更經濟，補償設備投資可在1～2年內收回。

隨器補償應用于補償配電變壓器空載無功。此種補償方式可削減農網無功基荷。對于容量在50kVA及以上的64系列、73系列專用變壓器、綜合變壓器，均應提倡采用隨器

補償。86系列125kVA以上容量的配電變壓器，也應搞隨器補償。

跟蹤補償適用于100kVA以上專用配電變壓器用戶?？梢蕴娲S機、隨器兩種補償方式。補償效果好，且電容器組可得到較前兩種方式更可靠的保護。在跟蹤補償與隨機補償、隨器補償的經濟性接近時，應優先選用跟蹤補償方式。

七、街道照明電器的無功功率補償1.問題的提出

目前，我國道路照明用電光源，使用最多的是白熾燈、高壓汞燈、高壓鈉燈，但高壓汞燈、高壓鈉燈為高強氣體放電燈。它的鎮流器和觸發器為感性負荷。它降低網絡功率因

數并消耗功率，高壓汞燈50W～400W的功率因數為0.45～0.62，高壓鈉燈35W～

1000W的功率因數為0.3～0.44之間。因功率因數偏低。燈泡工作電流中無功電流成分

表333

供電線路測試結果表

偏大，從提高照明電路的經濟效益看，一般應該對氣體放電燈進行無功補償，補償后不但可以提高功率因數，增加電能使用率，減小電源變壓器容量和供電導線截面，而且可以提高線路末端電壓。對提高經濟效益和節約能源均有十分重要的意義。

今有一臺單相變壓器帶41盞250W高

壓鈉燈，在每盞燈上并聯安裝容量為30μF的電容，供電線路采用35mm2的鋁芯地埋電纜，對其測試結果列在表333中。

由表333可知：

（1）年電能損耗減少0.9×4000=3600（kW·h）。

（2）補償前變壓器容量0.23×99/0.7=32.5（kVA）。

補償后變壓器容量0.23×47/0.7=15.44（kVA），即補償后變壓器容量可減少17kVA。

（3）線路末端電壓提高10V。

可以看出，進行電容補償效果是非常顯著的。2.補償方法

（1）分散補償。目前，進行電容補償的方法多采用分散補償，因為道路照明的特點是分散、均勻。為減少每一個負荷點的電流值，宜在每一個燈具內或其附近（桿底部燈座內）并聯一個電容量適當的電容器。

當采用分散單個補償時，采用小容量的電容器，其電容量可按下式計算，即

C=

ΔQ

2πfU2×10-3

式中 C———電容值；

ΔQ———電容器功率；

f———交流電頻率；

U———電容器端子上的電壓。

單燈補償多適宜用在電纜線路上的氣體放電燈，單燈補償用的電容器內部應加裝放電

電阻RC，其值計算為

C單=47.C77×106

式中 C———電容器的容量。

（2）集中補償。當采用集中補償時，功率因數從cosφ1提高到cosφ2，其所需要補償的無功功率值ΔQ按下式計算，即

ΔQ=P（tanφ1-tanφ2）

式中

ΔQ———無功功率值；

P———三相計算有功功率（包括鎮流器、觸發器的有功功率損耗）；

tanφ1、tanφ2———與余弦函數cosφ1、cosφ2相對應的正切函數。

通常cosφ=0.80～0.90為宜。

集中補償多適用在架空線路，在用裸鋁線架設的架空線路的主干線上，引下線的連接部位間，因銅鋁絞接難以保證接觸良好。如在負荷側裝電容器，則在惡劣的氣候下，出現因接觸不良，導致電容器頻繁的充電、放電，其所產生的電弧易燒傷主干線。對于照明負荷集中的大型廣場、交叉路的轉盤等場所，分散補償困難的地方，采用集中補償也是比較合適的方法。它的優點是安裝維護簡單，運行可靠，利用率高；缺點是不能減小低壓配電線路上的電能損耗，并需加裝放電設備。在人體直接接觸電容器帶電部分前，必須嚴格執行停電、放電、掛封地線的安全措施，以保護人身安全。

表334給出了常用氣體放電燈的功率因數及總功率。

表334

常用氣體放電燈的功率因數及總功率表