摘要:农村配电网无功分散补偿方案探讨.1 配电线路进行无功补偿的效果;2 配电线路无功补偿的做法及分配方案;3 配电线路上装设电容器后的效果实例.
关键词:配电线路 无功补偿
1 配电线路进行无功补偿的效果
(1)减少线路的有功损失:
当电流通过线路时,其有功功率损耗为:
△P=3I2R×10-3
或△P=3×(P/UcosΦ)2×R×10-3
式中△P--线路的有功功率损耗kW
I--线路通过的电流A
R--线路每相电阻Ω
P--线路输送的有功功kW
Q--线路输送的无功功率kvar
cosΦ--线路负荷的功率因数;
由上式可知,有功功率损失和功率因数的平方成反比。提高功率因数可以大量降低线损。当功率因数由0.6提高到0.8时,铜损下降将近一半。
(2)改善用户电压质量:
线路电压损失的公式为:
△U=(PR QX)/U×10-3
式中△U--线路电压损失kV
U--线路电压kV
P--线路有功负荷kW
Q--线路无功负荷kvar
X--线路感抗Ω
R--线路电阻Ω
由上式可以看出,提高系统功率因数,减少线路输送的无功负荷,则电压损失莫玌将下降。
(3)减小系统元件的容量,提高电网的输送能力:
视在功率S=P/cosΦ,由此可以看出,提高功率因数在输送同样的有功功率情况下,设备安装容量可以减少,节约了投资。如设备安装容量不变则可增大有功功率输送量。安装电容器提高输送有功功率所得的效益,可按下式确定:
△P/Q=(cosΦ2-cosΦ1)/cosΦ2(tgΦ1-tgΦ2)
式中△P--有功功率的增加量
Q--达到△P所需要的无功功率
cosΦ1、cosΦ2--补偿前、后的功率因数
如果cosΦ由0.8提高到0.95,每kvar电容器节约配电线路上的变压器及其它设备安装容量约为0.38kVA。而网络上每kVA安装容量的造价为每kvar电容器价格的几十倍以上。
2 配电线路无功补偿的做法及分配方案
(1)无功补偿的做法:
将低压自愈式电容器装设在配电变压器低压出口处,随变压器同时投切,直接补偿变压器本身消耗的无功及补偿部分感性负载所需的无功。
(2)分配方案:
①补偿容量的选择:
补偿容量由电力负荷及补偿前和要求补偿提高后的功率因数值决定。计算公式如下:
Qbch=Ppj(tgΦ1-tgΦ2)
或Qbch=Ppj(1-tgΦ2/tgΦ1)
式中Qbch--所需的补偿容量kvar
Ppj--最大负荷月的平均有功负荷kW
Qpj--最大负荷月的平均无功负荷kvar
tgΦ1--补偿前的功率因数cosΦ1的正切值
tgΦ2--补偿后要求达到的功数因数cosΦ2的正切值
另外,我们必须注意cosΦ2值的确定必须适当。当功率因数由0.95提高到1时所需的补偿容量增加得很多,得不偿失。因此将功率因数提高到1是不合理的。
②配电线路各支线电容器的合理分配:
辐射状的配电网络中,设Q1、Q2、Q3……Qn为补偿前各条支线的平均无功负荷;Qbc1、Qbc2……Qbcn为各条支线上要安装电容器的无功功率;R1、R2、R3……Rn为各条支线的计算电组(其数值为每一支线的电阻值乘以系数α而得,一般α取0.55)。
装设电容器的所有各条线路的等值电阻Rd为:
Rd=1/(1/R1 1/R2 1/R3 …… 1/Rn)
计算结果表明,符合下式的条件时,电容器的无功补偿效果最好,即:(Q1-Qbc1)R1=(Q2-Qbc2)R2=……=(Q-Qbc)Rd
因此,安装于各条支线上电容器无功功率的最合理分配为:
Qbc1=Q1-(Q-Qbc)Rd/R1
…………………
Qbcn=Qn-(Q-Qbc)Rd/Rn
式中Q-整条线路补偿前的无功负荷
Qbc-整条线路补偿后的无功负荷
另外,配电网中电容器的合理分配,还可以用作图法求得。以各条线路的QnRn为纵坐标、Qn为横坐标以相同比例画出直角三角形,如图1(a)、(b)、(c)所示;然后绘出一条综合折线,其横坐标在给定的纵坐标下,应等于各分量的横坐标之和,如图1(d)所示。如果在这一横坐标上绘出Qbc值,并做一直线与折线相交于D点,通过D点,做平行于横坐标的直线,于各直角三角形的斜边相交于A、B、C各点,则A、B、C各点的横坐标分别为Qbc1、Qbc2、Qbc3的合理分配数值。
图1 配电网中电容器合理分配图
(a)图为以Q1R1为纵坐标,Q1为横坐标的直角三角形;(b)图为以Q2R2为纵坐标,Q2为横坐标的直角三角形;(c)图为以Q3R3为纵坐标,Q3为横坐标的直角三角形;(d)图为在给定纵坐标下,以(a)、(b)、(c)图中各横坐标之和为横坐标的综合折线。
3 配电线路上装设电容器后的效果实例
以怀柔供电局黄坎农田线路为例,该线路总长76.264km(线号为LGJ-70导线17.30km,LGJ-50导线3.538km,LGJ-25导线22.432km),配电变压器105台合计7100kVA(各厂矿专用变压器没有统计在内)有两个乡用电。1996年4月份该线路的有功电量为45.41万kW·h,无功电量为74.44万kvar·h。功率因数为:
cosΦ=45.41/45.412 74.442=0.61
配电变压器无功消耗计算值:
Qtr=7100×0.08×720=40.896万kvar·h
由此看出配电变压器的无功损耗占该线路总无功电量的55%。
线路传输的无功电量理论值为:Qx1=22.305万kvar·h,占该线路总无功电量的29.6%,剩下的11.239万kvar·h(15.4%)是其它感性无功损失。由此说明配电变压器的固定无功损耗所占比重大,是整个配电网功率因数偏低的主要原因。1996年6月份根据理论计算在黄坎农田线路分散装设了800kvar低压自愈式电容器后,通过实测,该线路功率因数从0.61提高到0.90左右,用户电压提高了10~15V,线损率由补偿前的21%下降到14%左右。由此可见,分散装设电容器效果显著。
低压无功就地补偿总体效益的初步分析:
(1)农村用电的特点是分散性和季节性,功率因数和负载率都很低,无功损耗十分严重。对此,采用低压无功就地补偿,把补偿范围延伸到低压侧的做法,从整体节能来考虑是比较彻底的,其经济效果显著。
(2)采用低压电容器就地补偿无功,减少了无功功率传输过程中的有功及无功损耗,提高了有功输送能力。
(3)和集中补偿比较:从理论计算和实际效果看,在减少配电线路线损、降低电压损失,增加设备出力方面都优于集中补偿。从运行及投资方面看,分散补偿的电容器利用率低,但使用灵活、设备简单,不需要维护。通过几年时间的运行,国产低压电容器运行状况是良好的。由于分散方式减少了传输无功损耗,所以较集中补偿,电容器总容量小,总体造价较低。
(4)低压电容器装设在配电变压器或其它设备(感性负载)低压出口处,随同设备一起投切,直接补偿电气设备本身的无功损耗,避免了空负载或轻负载时电压过高及电容器投入率低的矛盾。
(5)在配电网中,集中补偿、分散补偿的最佳联合配置方式还有待今后试验研究。