第三节 确定低压配电网无功补偿容量的实用方法

农村低压网处于电网的最末端，农网的用户多为低压用户。因此，补偿低压无功负荷是农网无功补偿的关键。搞好低压补偿，不但可以减轻上一级电网补偿的压力，而且可提高用户配电变压器的利用率，改善用户功率因数和电压质量，并有效地降低电能损失，减少用户电费。低压补偿对用户和农电部门均有益。

低压无功补偿的目标是实现无功的就地平衡。通常采用的方式有三种：随机补偿、随器补偿、跟踪补偿。

一、随机补偿

随机补偿就是将低压电容器组与电动机并接，通过控制、保护装置与电机同时投切。农用电动机，特别是排灌电动机，应优先选用此种补偿方式。

随机补偿的优点是：用电设备运行时，无功补偿投入；用电设备停运时，补偿设备亦退出。不需频繁调整补偿容量，具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低等优点。

为防止电机退出运行时产生自激过电压，补偿电量一般不应大于电机的空载无功，即

QC≤㊣3UeI0，通常推荐

QC=（0.95～0.98）㊣3UeI0

（331）

式中 Ue———额定电压；

I0———电机空载电流；

QC———补偿电容器容量。

电动机的补偿容量亦可由表331查得，供参考。

表331

与电机常接的电容的最大容量

对于排灌电动机等所带机械负荷轴惯性较大的电机，补偿容量可适当加大，大于电机空载无功负荷，但要小于额定无功负荷。由于排灌电机总是在带有水泵机械负载的情况下断电，这时电机转速将急剧下降，即使补偿容量略大于电机空载无功负荷，也不会产生自励过电压。

对于排灌用普通电机，可按下式确定补偿容量，即

QC=（0.5～0.6）Pe（kvar）

式中 Pe———排灌电机额定有功功率，kW。

一般地，电机的年运行小时数大于1000h，选用随机补偿较其他补偿方式更经济。用户的补偿投资可在1～2年内全部收回。补偿电机无功负荷效果最佳。

例如，某厂风机的电机功率为169kW，距配电房150m，导线截面积40mm2。配电室已有集中补偿，功率因数可达0.9，采用末端补偿40kvar后，其内线损耗减少3.2kW，半年左右即可收回投资。

二、随器补偿

随器补偿是指将低压电容器通过低压熔断器接在配电变压器二次侧，以补偿配电变压器空载无功的补偿方式。

农网配电变压器，尤其是综合用户配电变压器，普遍存在负荷轻的“大马拉小车”现象。在负荷低谷时接近空载。配电变压器在轻载和空载时的无功负荷主要是变压器的空载励磁无功，即

Q0=I0%Se×10-2

（332）

式中 Q0———变压器空载励磁无功功率，kvar；

I0%———空载电流百分数；

Se———变压器额定容量，kVA。

配电变压器空载无功是农网无功负荷的主要部分。对于轻负载配变而言，这部分损耗占供电量比例较大，导致电费单价增高。随器补偿由于补在低压侧，故而接线简单、维护管理方便，且可有效地补偿配电变压器空载无功，使该部分无功就地平衡，从而提高配电变压器利用率，降低无功网损，是目前补偿配电变压器无功的有效手段之一。

例如，某厂供电容量为1000kVA，功率因数为0.7。原想增设一台250kVA变压器，解决高峰用电时电力不足的问题。后来采用了末端补偿装置，加装了300kvar电容器，从

而将功率因数提高到0.95，使有功功率增加了250kW。

由于随器补偿属于固定补偿，能有效地限制农网无功基荷，补偿效果好，具有较高的经济性，因此应提倡在各个容量等级的配电变压器上采用。特别是64系列、73系列中，容量在50kVA及以上的配电变压器和86系列容量在125kVA以上的配电变压器更应采用。确定随器补偿电容器的容量可参照表332。

表332

补偿配电变压器空载无功的最大容量

单位：kvar

随器补偿只能补偿配电变压器的空载无功Q0。如果补偿容量QC＞Q0，则在配电变压器接近空载时造成过补偿，而且理论分析和试验以及运行经验均表明，在此条件下，当出现配电变压器非全相运行时，易产生铁磁谐振。因此推荐选用QC=（0.95～

0.98）Q0。

三、随机补偿、随器补偿电容的接线要求1.线径的选择

连接补偿电容器的接线线径大小，必须根据电容器额定电流的大小来选择。电容器的额定电流IC用下式求得，即

IC=QC

（333）

㊣3Ue

式中 IC———电容器额定电流，A；

QC———电容器额定功率，kvar；

Ue———电容器额定电压，kV。

电容器的额定电流也可用估算的办法来计算，即1kvar相当于2A，这个数比实际电流略大。

2.接线办法

对于10kvar以下的小电容器，如果单台接线，可把线直接接在电容器的接线柱上，而对于10kvar以上的较大容量的电容器，必须采用接线卡连接。因这类电容器的额定电流都在20A以上，导线较粗，特别是采用电缆接线，毛刺较多，电容器的接线柱距离又都很近，往往容易造成放电短路，损坏设备。

3.注意事项

并联电容器不能放置在过热、漏雨、滴水、易挤、易压、易砸和妨碍交通的地方，也不能放置得离补偿设备太远的地方，以免造成不必要的损失。

四、随机补偿、随器补偿的节能效益

安装随机补偿、随器电容补偿后可提高功率因数、降低可变损耗，当功率因数由

cosφ1提高到cosφ2时，可变损耗降低的百分数可由下式求得：

ΔP1=

P2R×10-3 U2cos2φ1

ΔP2=

P2R×10-3 U2cos2φ2

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

由上式可计算出功率因数由cosφ1提高到cosφ2时对降低可变损耗的效益。五、跟踪补偿

跟踪补偿是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置，将低压电容器组补偿在大用户0.4kV母线上的补偿方式。补偿电容器的固定连接组可起到相当于随器补偿的作用，补偿用户自身的无功基荷；可投切连接组用于补偿无功峰荷部分。投切方式分为自动和手动两种。一般地，用户负荷有一定的波动性，故推荐选用自动投切方式，采用无功补偿自动投切方式。此种装置可较好地跟踪无功负荷变化，运行方式灵活，运行维护工作量小。

考虑到电机投运的不同时率和单台电机补偿容量的限制等因素，对于较大的乡镇企业用户，采用跟踪补偿比随机补偿或随器补偿能获得更好的补偿效果，而且不需要提高补偿度，并可适当调整各组电容器的运行时间，但其寿命相对延长，从而降低电器的购置更新费用。但是，跟踪补偿所需的自动投切装置较随机补偿或随器补偿的控制保护装置复杂，功能更完善，初投资也大一些。

选择自动投切装置应特别注意其性能和质量。必须满足以下五个条件：

（1）能根据无功负荷的变化自动投切电容器组，使功率因数保持在0.95以上且不过补偿。

（2）能实现电容器组自动循环投切，使电容器、接触器使用概率接近，延长使用寿命。

（3）元器件性能稳定可靠，受环境影响小，便于维护。（4）具有过电压保护功能。

（5）在轻负荷时，不会引起电容器组投切振荡现象。

投切振荡现象是指在分组自动投切电容器时，未投入某一组电容器，其功率因数低于给定的下限，而投入后又高于其上限，于是在自控器的作用下反复进行投切。

六、三种补偿方法比较

上述三种补偿方式均可对特定种类无功负荷实现“就地平衡”的无功补偿，降损节能效果好。

随机补偿适用于补偿电动机的无功消耗，以补偿励磁无功为主，排灌用电机可适当加大补偿容量。此种方式可较好地限制农网无功峰荷。年运行小时数在100h以上的电机，采用随机补偿较其他补偿方式更经济，补偿设备投资可在1～2年内收回。

随器补偿应用于补偿配电变压器空载无功。此种补偿方式可削减农网无功基荷。对于容量在50kVA及以上的64系列、73系列专用变压器、综合变压器，均应提倡采用随器

补偿。86系列125kVA以上容量的配电变压器，也应搞随器补偿。

跟踪补偿适用于100kVA以上专用配电变压器用户。可以替代随机、随器两种补偿方式。补偿效果好，且电容器组可得到较前两种方式更可靠的保护。在跟踪补偿与随机补偿、随器补偿的经济性接近时，应优先选用跟踪补偿方式。

七、街道照明电器的无功功率补偿1.问题的提出

目前，我国道路照明用电光源，使用最多的是白炽灯、高压汞灯、高压钠灯，但高压汞灯、高压钠灯为高强气体放电灯。它的镇流器和触发器为感性负荷。它降低网络功率因

数并消耗功率，高压汞灯50W～400W的功率因数为0.45～0.62，高压钠灯35W～

1000W的功率因数为0.3～0.44之间。因功率因数偏低。灯泡工作电流中无功电流成分

表333

供电线路测试结果表

偏大，从提高照明电路的经济效益看，一般应该对气体放电灯进行无功补偿，补偿后不但可以提高功率因数，增加电能使用率，减小电源变压器容量和供电导线截面，而且可以提高线路末端电压。对提高经济效益和节约能源均有十分重要的意义。

今有一台单相变压器带41盏250W高

压钠灯，在每盏灯上并联安装容量为30μF的电容，供电线路采用35mm2的铝芯地埋电缆，对其测试结果列在表333中。

由表333可知：

（1）年电能损耗减少0.9×4000=3600（kW·h）。

（2）补偿前变压器容量0.23×99/0.7=32.5（kVA）。

补偿后变压器容量0.23×47/0.7=15.44（kVA），即补偿后变压器容量可减少17kVA。

（3）线路末端电压提高10V。

可以看出，进行电容补偿效果是非常显著的。2.补偿方法

（1）分散补偿。目前，进行电容补偿的方法多采用分散补偿，因为道路照明的特点是分散、均匀。为减少每一个负荷点的电流值，宜在每一个灯具内或其附近（杆底部灯座内）并联一个电容量适当的电容器。

当采用分散单个补偿时，采用小容量的电容器，其电容量可按下式计算，即

C=

ΔQ

2πfU2×10-3

式中 C———电容值；

ΔQ———电容器功率；

f———交流电频率；

U———电容器端子上的电压。

单灯补偿多适宜用在电缆线路上的气体放电灯，单灯补偿用的电容器内部应加装放电

电阻RC，其值计算为

C单=47.C77×106

式中 C———电容器的容量。

（2）集中补偿。当采用集中补偿时，功率因数从cosφ1提高到cosφ2，其所需要补偿的无功功率值ΔQ按下式计算，即

ΔQ=P（tanφ1-tanφ2）

式中

ΔQ———无功功率值；

P———三相计算有功功率（包括镇流器、触发器的有功功率损耗）；

tanφ1、tanφ2———与余弦函数cosφ1、cosφ2相对应的正切函数。

通常cosφ=0.80～0.90为宜。

集中补偿多适用在架空线路，在用裸铝线架设的架空线路的主干线上，引下线的连接部位间，因铜铝绞接难以保证接触良好。如在负荷侧装电容器，则在恶劣的气候下，出现因接触不良，导致电容器频繁的充电、放电，其所产生的电弧易烧伤主干线。对于照明负荷集中的大型广场、交叉路的转盘等场所，分散补偿困难的地方，采用集中补偿也是比较合适的方法。它的优点是安装维护简单，运行可靠，利用率高；缺点是不能减小低压配电线路上的电能损耗，并需加装放电设备。在人体直接接触电容器带电部分前，必须严格执行停电、放电、挂封地线的安全措施，以保护人身安全。

表334给出了常用气体放电灯的功率因数及总功率。

表334

常用气体放电灯的功率因数及总功率表