[摘 要] 本文結(jié)合農(nóng)村負(fù)荷的特點(diǎn)，提出了配電變壓器無功補(bǔ)償裝置電容器的合理配置，論述合理配置后可提高功率因數(shù)，提高電壓質(zhì)量、降低線損。
[關(guān)鍵詞]配電變壓器 電容器 配置
0. 引言
運(yùn)行中的配電網(wǎng)，不僅有功要平衡，無功也要平衡。通常對有功的平衡都知道要平衡，但對無功卻遠(yuǎn)沒有像有功一樣引起重視，而當(dāng)電網(wǎng)的無功平衡失調(diào)，功率因數(shù)降低時(shí)，電力設(shè)備得不到合理應(yīng)用，線路損失增大，用戶末端電壓下降。因此，無功補(bǔ)償問題越來越引起人們的重視。在經(jīng)過近幾年大規(guī)模的農(nóng)網(wǎng)建設(shè)和改造，農(nóng)村電網(wǎng)的健康水平有了明顯提高的同時(shí)，也安裝了大量的無功補(bǔ)償。這些大都采用自動(dòng)投切，但往往由于電容器配置不合理，電容器只數(shù)太少，單只容量太大，投一級達(dá)不到要求的功率因數(shù)，再投一級又會因超過功率因數(shù)定值而投不上。這樣提高功率因數(shù)就達(dá)不到預(yù)期的目的。
1. 農(nóng)村負(fù)荷特點(diǎn)及無功補(bǔ)償
配電變壓器無功補(bǔ)償裝置的作用就是使該臺變壓器的無功能就地平衡，一是平衡變壓器的勵(lì)磁所需的無功功率，二是滿足負(fù)荷無功的需求。盡量不向系統(tǒng)吸收無功或少吸收無功。農(nóng)村除專用變外，一般是自然村的綜合變，它的負(fù)荷主要農(nóng)村生活用電，副業(yè)生產(chǎn)以及少量的糧食加工等，這些負(fù)荷的特點(diǎn)是“二低一高”，即負(fù)荷率低，功率因數(shù)低，同時(shí)率高。一般情況配電變壓器容量處于半載或輕載情況下運(yùn)行，晚間燈峰負(fù)荷可能出現(xiàn)最高負(fù)荷。負(fù)載端一般沒有無功補(bǔ)償裝置，自然功率因數(shù)cosф在0.7以下，極少數(shù)甚至在0.5左右。無功補(bǔ)償裝置就要針對負(fù)荷的特點(diǎn)有的放矢。
1.1 變壓器運(yùn)行時(shí)自身所需的無功功率
變壓器空載運(yùn)行所需的無功功率：Q0＝I0％Se/100
變壓器滿載運(yùn)行所需的無功功率：Qe = Q0 +Ud% Se /100
變壓器正常運(yùn)行時(shí)所需的無功功率： Q= Q0 + Ud% Se（S/Se）2 /100
式中：Ud%短路電壓百分比值
I0％ 空載電流百分比值
Se變壓器額定容量
S變壓器實(shí)際運(yùn)行容量
根據(jù)以上的方程式可計(jì)算出變壓器所需的無功功率。
1.2 負(fù)載所需的無功功率
考慮負(fù)載側(cè)所有的無功功率作集中補(bǔ)償。其計(jì)算方法如下：
Qc=P(tgQ1-tgQ2)
Qc：補(bǔ)償電容器容量（KVAR）
P：負(fù)載的有功功率
Q1：改善前功率因數(shù)角
Q2：改善后功率因數(shù)角
每千瓦的有功功率提高功率因數(shù)所需的無功功率如下表：
2．無功補(bǔ)償?shù)男б?/FONT>
對于電力系統(tǒng)來說，無功功率補(bǔ)償設(shè)備可裝在高壓側(cè)或低壓側(cè)。當(dāng)然，如無功功率裝在低壓側(cè)，不僅可以提高功率因數(shù)，而且還可以減少線路，變壓器的損耗，提高變壓器、線路的利用率和減少系統(tǒng)的電壓下降。無功功率補(bǔ)償設(shè)備越近負(fù)荷端，獲取的經(jīng)濟(jì)效益就越大。
2.1 改善功率因數(shù)－降低總電流I（即視在電流）
I :視在電流，Ip：有功電流， Iq：無功電流
功率因數(shù)提高，視在電流I降低的百分?jǐn)?shù)
從計(jì)算表我們可以看出，功率因數(shù)對視在電流的影響極大。例如，當(dāng)功率因數(shù)從0.70提高到0.90時(shí)，視在電流I降低26.53％；提高到0.95，I降低34.04％。
2.2 減少線路損耗
通過線路輸送的電流I＝P/cosф：Pxs=3I2R=3RP2/U2cos2ф
以功率因數(shù)等于1為基點(diǎn)，當(dāng)實(shí)際功率因數(shù)為cosф時(shí)，線損增加的百分?jǐn)?shù)為：
ΔPxs=〔（1/cosф）2－1〕*100％
由此式可計(jì)算出功率因數(shù)由1.0下降與線路損失增加的關(guān)系：
cosф↓
0.95
0.90
0.85
0.80
0.75
0.70
0.65
0.60
ΔPxs↑
11
23
38
56
78
104
136
178
同理，提高功率因數(shù)與降低線損推算為：
ΔPxs=〔1-（cosф1/cosф2）2〕*100％
式中：ΔPxs－降低線損百分?jǐn)?shù)
cosф1－原有功率因數(shù)
cosф2 －提高后的功率因數(shù)
由上式可計(jì)算出功率因數(shù)提高與線路損失減少的關(guān)系。（以cosф＝0.6為參考點(diǎn)）
cosф↑
0.60
0.65
0.70
0.75
0.80
0.85
0.90
0.95
ΔPxs↓
0
26
46
59
68
75
80
84
當(dāng)功率因數(shù)由0.60提高到0.90，線路損失將減少80％，可見功率因數(shù)對線損影響極大。
3. 無功補(bǔ)償電容器的合理配置
電容器的合理配置包括選擇的電容器容量和只數(shù)兩個(gè)方面。
3.1 功率因數(shù)的目標(biāo)值
提高功率因數(shù)需要增加電容器，但提高功率因數(shù)后帶來的是視在電流下降和線路損耗降低，為方便比較，列出下列關(guān)系表。
功率增加與每千瓦有功功率所需增加的無功容量，視在電流降低和線損未下降的關(guān)系
cosф
0.60
0.65
0.70
0.75
0.80
0.85
0.90
0.95
每千瓦的有功功率提高功率所需的無功功率 0
0.17
0.31
0.45
0.58
0.71
0.85
0.99
視在電流Iq%↓ 0
7.03
13.41
19.42
24.99
30.69
36.39
43.03
線損ΔPxs↓ 0
26
46
59
68
75
80
84
從表中我們可以看出，當(dāng)功率因數(shù)提高時(shí)所需的電容器和視在電流下降的百分比呈線型關(guān)系，唯有線路損耗下降的百分?jǐn)?shù)不是線型關(guān)系，功率因數(shù)愈高，經(jīng)濟(jì)效益就越差。當(dāng)功率因數(shù)cosф由0.6提高到0.7時(shí)，線路損失下降近50％；而由0.7提高到0.8時(shí)，線路損失只下降了20％；當(dāng)由0.8提升到0.9時(shí)，線路損耗僅下降10％，功率因數(shù)愈高，效果愈差，因此不要認(rèn)為把功率因數(shù)提高到越高越好，往往事與愿違。筆者認(rèn)為功率因數(shù)的目標(biāo)值定為0.85較為合適。
3.2 電容器的容量和只數(shù)
如果將功率因數(shù)的目標(biāo)值定為0.85，假定負(fù)荷的自然功率因數(shù)數(shù)為0.65，計(jì)算出變壓器所需的補(bǔ)償電容器容量。
變壓器額定容量（KVA）
50
100
160
200
250
315
變壓器滿載消耗的無功功率（KVAR）
3.25
6.10
9.44
11.60
14.25
17.64
變壓器滿載時(shí)補(bǔ)償負(fù)載的無功功率（KVAR）
23.33
46.66
74.66
93.33
116.65
146.98
合計(jì)
27
53
84
105
131
165
確定了電容器的容量，電容器只數(shù)的選擇應(yīng)考慮幾個(gè)方面，理論上只數(shù)越多，調(diào)節(jié)越細(xì)，每只電容器的容量最好為制造廠的最小容量，但考慮到與功率因數(shù)自動(dòng)調(diào)整器的配合，每臺變壓器的電容器數(shù)量不宜超過12只，另外為保證變壓器空載和變壓器滿載及接近功率因數(shù)數(shù)定值投運(yùn)率，建議首、末投入的電容器的容量為最小。
變壓器補(bǔ)償?shù)碾娙萜髦粩?shù)為下表：
變壓器額定容量（KVA）
50
100
160
200
250
315
補(bǔ)償電容器容量×只數(shù)
9×3
9×6
9×9
9×2+11×8
9×2+12×10
9×2+14×10
4. 結(jié)束語
合理配置農(nóng)村配電變壓器的無功補(bǔ)償電容器，實(shí)現(xiàn)無功功率的就地平衡，提高負(fù)荷的功率因數(shù)，不僅能減少線路損耗，增加線路輸送容量，還能改善電壓質(zhì)量。只要能合理配置變壓器的無功補(bǔ)償電容器，加強(qiáng)設(shè)備的運(yùn)行管理，確保電容器的投運(yùn)率，就能提高電能質(zhì)量和電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，增加可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
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