配电网节能降损研究---安塞县电力局王刚

1          综述…………………………………………………………………………… 1

1.1        问题的提出及其重要性 …………………………………………………1

1.2        研究重点…………………………………………………………………1

2          电网的无功补偿和功率因数分析  …………………………………………8

2.1        无功补偿和提高电网功率因数的意义…………………………………8

2.2        无功补偿和改善功率因数的效益分析方法……………………………9

2.3        确定无功补偿容量的一般方法…………………………………………12

2.4        低压电网无功补偿的实用方法…………………………………………14

3          解决方法和效益分析  ………………………………………………………16

4          总结与展望 ……………………………………………………………………18

5  致谢  …………………………………………………………………………19

6  参考文献  ……………………………………………………………………20

 

配电网节能降损研究

 

摘   要

 

本文首先对电力系统中配电网的节能降损的重要性和必要性进行了介绍；然后通过总结出的一些技术上的措施与管理上的措施，进行节能降损的研究；最后结合当地的具体情况，讲述了一些行之有效的节能降损办法。

关键词：节能降损  配电网  线损率  理论线损 无功补偿  功率因数

 

1         综述

1.1问题的提出及其重要性

安全经济，多供少损是供电企业一个永恒的主题。电力网电能损耗（简称线损），是电网经营企业在电能传输和营销过程中自发电厂出线起至客户电度表止所产生的电能消耗和损失。线损率是衡量线损高低的指标，它综合反映和体现了电力系统规划设计、生产运行和经营管理的水平，是电网经营企业的一项重要经济技术指标。

线损率的组成可以分为两个部分，一部分是技术线损（即完全由当时特定的电网负荷和供电设备的参数所决定，这部分损失电量，通过理论计算便可以得出，所以被称为理论线损电量）；另一部分管理线损（即损失的电量取决于人为因素，与企业的管理密切相关）。

售电量的大小和线损率的高低是供电企业效益高低的决定性因素，售电量的大小很大程度上受社会经济发展的制约，而线损率的高低却是电力企业规划设计水平、生产技术水平和管理水平的综合反映。并且线损工作又是一项系统地工程，它涉及到供电企业的多个部门，从设计、基建、生产、调度、变电运行、线路维护到每月进行的抄、核、收工作，每个环节都与线损有着密切地联系。所以如何能切实有效地做到安全经济﹑多供少损，这一直是摆在我们每个农电工作者面前的重要课题。

1.1.1  县局现状

安塞县电力局以创建一流县级供电企业为契机，以安全生产为基础，以降损增效为目标，以优质服务为宗旨，肩负着全县318个行政村和县城区的供电任务。

近几年来的网改工程以小容量、密布点、短半径为原则，对全县电网的布局和结构进行了全面规划和改造，新建35kV变电站2座、并改造原有旧变电站3座，消除了供电半径不合理，迂回供电的线路。现全县共有一座110kV变电站和5座35kV变电站，35kV线路全长121.4 km，10kV线路全长约800多公里，改造0.4/0.22kV线路约900多公里。广泛使用S9系列节能变压器，更换高耗能配电变压器200多台。增加补偿电容器3000 kvar，功率因数提高到0.9以上。

1.2  研究重点

前一章我们已经说到降损的措施从大的方面可以分为两类：技术措施与管理措施。这两种方法就实际情况而言，采取技术措施降低线损是线损管理工作的基础，针对电网电能损失的规律和特点采取相应的技术措施，就能以少的投资取得最大节电效果，实现多供少损，提高电网经济效益的目的。电网降损的技术措施涉及电网的各个方面，这里我结合安塞县局的实际情况，谈谈自己的浅见。

1.2.1 降损的技术措施

a合理规划，认真组织实施：以小容量、密布点、短半径为原则，对全县电网的布局和结构进行了全面规划和改造，新建2座35kV变电站，消除了供电半径不合理，迂回供电的线路。现在全县共有1座110kV变电站，5座35kV变电站，35kV线路输电距离不超过25km，10kV线路供电控制在10km范围内，形成了一个布局合理、运行经济的供电网络，促进了地方经济的发展，更有利于降损节能。

b改造线路及采用节能新产品: 合理选择导线截面.增加导线截面会降低导线电阻，减少电能损耗和线路压降。导线截面积与电能损耗成反比关系，但增加导线截面会增加投资，在增加导线截面时，要综合考虑投入与降损的关系。一般来讲，线路中电能损失大部分集中在主干线部分，在主干线中又集中在路首端到末端，从主干线到分支线由大到小的顺序选择阶梯型导线截面，同时要考虑今后的发展和电压降的要求。另外，积极推广应用节能新产品，在各联接节流点的施工中，采用导电膏，采用安全节能型的安普线夹。采用这些新产品，既减小了载流体各连接点的接触电阻，降低了能耗。同时又有效地防止了因连接点接触不良而引发的事故。确保了设备安全运行。在这次农网改造中，对运行时间长，线径细、损耗高的线路进行改造，更换大截面的导线和电压等级高的绝缘子，以减小线路电阻和泄漏电流，降低线路损耗。新建、改造35kV线路6条共70km，10kV线路36条，合计420km；利用变电站的剩余出线间隔，对6条负荷大、损耗高的10kV线路进行分流改造，对全县318个行政村的低压线路进行了全面的规划设计，共建设改造0.4/0.22kV线路900km多，彻底解决了农村低压电网陈旧、布局不合理、电能损耗高的问题，供电状况得到了根本改善。

说起降低线路损耗，我们不能不提一下超导技术。

电是依靠导体来传送的，所有的金属都能导电，但实际用来作导线的只有铜、铝、铁等为数不多的金属。另外，电解液以及电离状态的空气也能导电。由于电阻的存在，电在导体内流通会产生损耗，引起发热，这就限制了导体通电的能力。

1911年初，有人在-269℃的环境温度下，测量汞的电阻值时，发现电阻指示值为零，当时还以为测量仪表发生了故障，但经各种仪表校核，确证汞确实消失了电阻。以后人们又陆续地发现一些金属在一定的温度下，电阻也会突然消失。金属电阻完全消失这一特殊现象，称为超导电性，具有超导电性的金属、合金和化合物为超导体。80年代中期以来，超导的研究进展得相当快，许多国家都集中人力、投入重金，力争在超导研究的国际竞争中取胜，超导成了科技界的热门话题。

超导技术的应用将使电力工业产生根本性的变革。利用常规导线作为输电线，电能的损耗极为严重，为了提高送电效率，只能向超高压输电方向发展，但损耗仍然很大。由于超导体几乎可以无损耗地输送直流电，而且目前对超导材料的研究已经可以使交流电损耗降到很低的水平，所以利用超导体制作的电缆将节省大量能源，而且可以实现远距离送电，建设跨国、跨洲的大电网。

目前，电力生产只能是需要多少生产多少，无法储存，超导体的出现将解决这一难题。由于超导体能使电流无限通过，因此利用超导体制成线圈可以大量储存电能。这种储能装置既可以用作特殊电源，也可以用来调节电力系统的负荷，以充分利用发电设备。

超导材料还可用于电机制造。普通发电机由于各种限制，单机最大输出功率不能超过150万千瓦，而超导材料由于无电阻而且载流能力大，用来制造电机可使功率损失减少到普通发电机的一半以下，并能简化普通发电机庞大而复杂的冷却系统。

超导技术的应用将会给产业界带来一场革命。超导材料可广泛应用于交通、医学、计算机、精密仪器、军事、机械制造等各个领域，对能源工业也将产生巨大冲击。人类将最终解决能源问题的希望寄托在实现核聚变，而核聚变要达到实用化，必须依靠超导体。目前国际能源机构正在组织应用超导体实现核聚变的国际合作，一旦人类掌握了这一技术，将彻底摆脱能源危机的困扰。

(1)对某条10kV线路进行理论线损的计算，根据最佳理论线损计算公式：

式中  ——— 最佳理论线损率

         ——— 负荷曲线形状系数，应接近于1

       ——— 额定电压（10kv）

             ——— 该条线路的功率因数

——— 配电变压器的空载损耗（kw）

——— 线路的等值电阻。为变压器的等值电阻与导线的等值电阻之和（ ）

即：

通过收集10kV线路的结构参数和运行参数，然后运用上面的计算公式进行计算，得出一个最佳理论线损率，能够找出存在的薄弱环节，可以为开展线损的定性、定量分析及采取相对应的技术措施，提供科学的理论依据。

c增加无功补偿，提高负荷功率因数: 补偿无功可以减少在线路和变压器中传递的无功功率，提高功率因数降低电能损耗。按照"分级补偿，就地平衡"的原则，采取集中与分散相结合的补偿方法，对新建变电所配足补偿电容器，对无功不足的变电所增补电容器，进行集中补偿，累计增加补偿电容器6000kvar；对功率因数低、无功负荷大的10kV线路在适当地点安装补偿电容器，进行分散补偿，共安装电容器3000kvar；在配电变压器低压JP柜中装设补偿电容器，进行随器补偿，累计安装电容器1800kvar。采取以上补偿措施后，功率因数提高到了0.9以上，降低了线路损耗。在国家电力公司国电农[1999]652号文件中的《供电所线损管理办法》中规定：农村生活和农业线路功率因数不小于0.85；工业、农副业专用线路功率因数不小于0.90。为了鼓励用电单位提高功率因数，国家规定了功率因数调整电费的方法。变压器容量在3151EVA及以上容量的工业客户的功率因数标准为0.90。变压器容量在100~315kVA的工业客户功率因数标准为0.85。变压器容量在100kVA及以上的农业客户功率因数标准为0.80。

d合理选择变压器容量和安装位置：合理选择配电变压器的容量是变压器经济运行的要求。变压器容量太小，会引起过负荷运行，过载损耗增加；变压器容量太大，出现"大马拉小车"现象，变压器不能充分利用，空载损耗增加。因此，根据实际负荷情况确定配电变压器的容量，使变压器处于经济运行状态，损耗降到最小。同时合理选择变压器的安装位置，安装于用电负荷中心，并认真分配各相负荷，三相负荷尽可能平衡，使中性线的电流最小。在这次农网改造中，我局新增加配变200多台，调整移动90多台，通过10kV线路的延伸，全部安装于用电负荷中心，使低压线路供电半径不超过0.5km，既提高了供电质量，又降低了线路损耗。

(1) 选用节能型变压器:根据国家经贸委电力［2002］112号文通知，S11型卷铁心变压器具有绕制工艺简单、重量轻、体积小、空载损耗比S9降低25%～30%、维护方便、运行费用节省，节能效果明显等优点，比较适合我国农村电网的负荷特性和技术要求，农村电网建设和改造工程中应积极推广使用这一产品。S9系列10kV的电力变压器是我国目前生产的低损耗产品，其损耗值与S7系列对比，空载损耗可降低10%，负载损耗可降低10%，节能效果较为显著，是目前农网改造的通用产品。而非晶合金铁心变压器是当前损耗最少的节能变压器，空载损耗可比同容量的S9变压器平均下降75%，比S7变压器降低78%，但价格高于S9系列变压器，但两种变压器的价差，可在5～7年内由所降低损耗少付的电费来抵偿，所以有条件的地方应优先考虑。

(2) 及时调整变压器三相平衡度: 根据规程规定，一般要求配电变压器出口处的电流不平衡度不大于10%，干线及分支线首端的不平衡度不大于20%，中性线的电流不超过额定电流的25%，这是因为在配电系统中，有的相电流较小，有的相电流接近甚至超过额定电流，这种情况下，不仅影响变压器的安全经济运行，影响供电质量，而且会成倍增加线损。若一条公用配电线路等值电阻为R，通过最大电流为IA＝IB＝IC＝I，则在三相电流平衡时的有功功率损失ΔP＝ 。在三相电流不平衡时，有负序和零序电流分量，以平衡时的正序电流即I＝IA＝I1为标准，这时的有功功率损失为：

式中 ﹑ ﹑ ——正序﹑负序﹑等值电阻，且

，一般大于4

， ，负序和零序电流的不平衡系数

ε2＝I2／I1，ε0＝I0／I1，负序和零序电流的不平衡系数。从式中可见，三相电流不平衡程度越大，有功功率损失也越多，所以必须定期地进行三相负荷测定和调整工作，使变压器三相电流力求平衡，尽可能降低线损。

e搞好输、配电线路维护管理，减少泄漏电：主要是清扫绝缘子，更换不合格的绝缘子，修剪树枝，经常测量接头电阻，发现问题及时检修，并尽可能采用带电作业。合理安排设备检修，减少停电时间。设备采用状态检修，对设备检修做到有计划，减少临时检修，尽可能做到供、用电设备同时检修试验，以减少停电时间和次数。

f更新提高计量装置的准确度：农网改造前，我县农村用户的电能表大都运行了10年以上，灵敏度低、误差大，是造成低压线损居高不下的重要因素，对运行的DD28系列电能表，使用期限超过10年的必须更换；运行时间不超过10年，经过校验合格的可以继续运行，不合格的必须退出运行。新装和更换的电能表禁止使用DD28系列，推广使用86系列宽负荷电能表，以提高计量的准确性。

g经济调度，优化运行：根据电网的潮流变化，调整系统运行方式，使主变处于经济运行状态；及时投切补偿电容器，做好无功平衡；充分发挥变电所有载调压变压器的作用，进行经济调压，使农网线损管理与调度管理密切结合，实现电网的最大经济效益。

1.2.2             降损的管理措施

a加强组织领导，健全线损管理网：建立由相关部室有关人员组成的线损管理领导小组，由分管局长任组长，负责领导线损工作；客户中心设专职线损管理员，各供电所设专(兼)职线损管理员，形成自上而下的管理网络。建立线损管理责任制，制定"线损管理制度"、"线损奖惩办法"及"线损管理实施细则"，发生的问题，做到责任明确，奖罚分明。 

    b搞好理论计算及线损统计工作：线损理论计算是线损管理的基础，通过计算能使我们定量地认识到电网经济运行的薄弱环节，从而有针对性地制定降损措施；每月进行一次线损统计、分析工作，每季进行一次全面总结，分析线损升降原因，统计指标完成情况。 

     c搞好线损指标管理：为了打破"吃大锅饭"的弊端，公司依据每条线路的理论计算值，结合往年实际完成情况，分线、分台区下达线损指标，与供电所、稽查科签订承包合同，每月一核算、每季一考核、年终按"线损奖惩办法"兑现。 

    d加强抄核收管理，做好降损工作：完善抄表制度。为了线损统计的准确性，公司专门下达了抄表管理制度，要求抄表人员严格按照规定日期完成抄收工作，杜绝抄表不同步、漏抄、估抄或不抄现象。 加强抄收人员的职业道德教育，提高抄收人员的思相素质，坚决禁止在抄收过程中用电能这种特殊商品做人情、拉关系、搞交换。 加强岗位培训，提高抄表人员的业务技术水平。乡村电管部、客户中心，每年都组织装、抄表人员集中学习，极大地减少了在抄收过程中由于抄错数、错算倍率、抄错小数点等造成的错计损失，以及由于漏抄电表、漏乘倍率等造成的漏计损失。 

     e开展营业普查工作：营业普查是供电企业加强经营管理工作的重要内容，公司重点以查偷漏、查帐卡、查倍率、查电表及接线为主，做到"情况明、计量准、按时抄、全部收、服务好"，把由于管理不善偷掉一点、业务不熟错掉一点，表计失灵跑掉一点、责任心不强漏掉一点，人情关系送掉一点的电量补回来，提高了抄收准确性和计量准确性。 

     f依法治电，深化反窃电工作：企业内部大力开展《电力法》及相关《条例》的宣传教育活动，印制"开展电力市场整顿和优质服务年活动"服务手册送到客户，组织人员在城区及乡村、集市等公共场合向群众进行依法用电宣传教育。 组织技术尖子成立用电稽查大队，配备交通通讯及现场检查鉴定的工器具和仪表，深入开展反窃电工作，认真分析可能窃电的手段、时间，并结合线路的损失情况有计划、有目标进行突击检查，不定期进行24h的用电监察，使窃电分子无可乘之机，窃电现象日渐减少。成立了公安值班室，聘请公安干警，依法严厉打击窃电行为。 加强业务培训，不定期地举办《电力法》、《电能计量装置管理规程》、《用电检查管理办法》、《供用电监督管理办法》学习班，提高用电稽查人员检查、发现、处理违章用电的能力。 

     g加强装置管理：客户中心严格按照《电能计量装置管理规程》及其它有关规程做好工作。合理计量配置，对供、售电表计和计量用互感器，做到配置合理、齐全、校准。正确计量接线，对计量表计的接线要正确，尤其对配有电压、电流互感器的二次接线一定要连接正确可靠，端头螺丝拧紧。计量装置的定期检验和巡检，经常组织人员到现场巡视检查，发现问题及时处理。 

     h加大计量装置的防窃电改造：电能表集中安装于表箱或专用计量柜。低压用户全部安装漏电保护开关。高供高计用户采用高压计量箱并配装磁卡表。做到电能表及接线安装牢固，并认真做好钳封。使用具有防窃电功能的电能表。

 

 

2 电网的无功补偿和功率因数分析

电网无功电源不足会使网络功率因数和电压质量下降；致使电气设备容量得不到充分利用；导致电网传输能力下降，损耗增加。因此，解决好电网的无功补偿问题，对网络降损节能有极为重要。节能是我国的一项重要经济政策,低压电网的节能措施是多种多样的,无功功率自动补偿装置对电网进行无功功率补偿是降低线损,节约电能,改善电网电压质量,充分发挥设备出力的最经济最普遍的方法之一。多年来,国内以静态补偿装置为无功功率补偿的唯一产品,由于受电力电容器承受涌流能力及次数、放电时间及电力电容器单台容量等诸多因素的限制,这类产品只能采用有级的、延时的控制方法,由于是有级补偿故其补偿精度较差,节能效果不理想,而其延时性使电网无功率补偿在时间上得不到完全满足,跟随性不好(最快只能为1Os),从而影响其补偿效果。如当负荷变化快,波动大时,这类静态补偿装置补不上去,有时为了满足一定的跟随性,又使电容器的投切开关-交流接触器过于频繁动作,造成接触器和电容器过早损坏。为了解决上述静态无功功率补偿的缺陷,国外在低压电网采用晶闸管开断电容器的动态补偿装置(TSC-Thyristor SwitchingCapacitor)。这种设备解决了静态补偿装置的延时投切方法,其跟踪时间可减小到20ms,且电容器投入时无涌流、无过压、无噪声,是一种免维护性的动态补偿装置。基于TSC装置的配电线路无功补偿系统整体解决方案。通过该系统建设能有效地改善电网电压质量，实现降损节能，提高供电可靠性和供电企业的经济效益。

2.1 无功补偿和提高电网功率因数的意义

电网除了要担负用电负荷的有功功率P，还要负担负荷的无功功率Q。有功功率P、无功功率Q和视在功率S之间存在以下关系，即

   

而

被定义为电力网的功率因数，其物理意义是线路的视在功率S供给有功功率的消耗所占百分数。在电网运行中，我们希望电网的功率因数越大越好，如能做到这一点，则视在功率将大部分用来供给有功功率，减小无功功率的消耗。用户功率因数的高低，对于电力系统发、供、用电设备的充分利用，有着显著的影响。适当提高用户的功率因数，不但可以充分的发挥发、供电设备的生产能力、减少线路损失、改善电压质量，而且可以提高用户用电设备的工作效率和为用户本身节约电能。因此，对于全国广大供电企业、特别是对现阶段全国性的一些改造后的农村电网来说，若能有效的搞好低压补偿，不但可以减轻上一级电网补偿的压力，改善提高用户功率因数，而且能够有效地降低电能损失，减少用户电费。其社会效益及经济效益都会是非常显著的。提高功率因数有以下重要意义：

2.1.1  改善设备的利用率

功率因数还可以写成 。

可见，在一定的电压和电流下，功率因数越大，设备输出的有功功率越大。因此，改善功率因数是充分发挥设备潜力，提高设备的利用率的有效方法。

注：主要提高发、供电设备（电网指线路和配电变压器）的利用率。

2.1.2  减少线路有功损耗

当线路通过电流I时，其有功损耗

    可见，线路有功损失 与 成反比， 越高，线路有功损失 越小。

注：在配电变低压进行无功补偿，主要减少上一级电网和配电变的有功损耗。

2.1.3  减小电压损失

电网电压损失可写成: 。

可以看出，影响电压损失ΔU的因素有四个：线路的有功功率P、无功功率Q、电阻R和电抗X。如果无功补偿装置补偿无功为QC,则线路电压损失为:

。

故采用无功补偿电容之后，电网电压损失ΔU将减少，可改善电压质量。

2.1.4  提高电网的传输能力

电网有功功率P与视在功率S关系可写成

可见，在传输一定有功功率P的条件下， 越高，所需视在功率S越小。

2.2  无功补偿和改善功率因数的效益分析方法

为用户供电需要一定的投资。用户用电设备除了消耗有功功率之外，还需要消耗一定的无功功率，以维持用电设备建立磁场和电场所需要的能量。由于提高用户功率因数不仅可以充分发挥发、供电设备的生产能量，减少线路损失，改善电压质量，而且可以提高用户用电设备的工作效率和节约电能。为合理地使用国家的能量资源，充分发挥发、供电设备的生产能力，我国现行电价包括基本电费、电量电费和功率因数调整电费三部分。因此，无功补偿的经济效益分析需要考虑这些相关费用问题。

2.2.1  改善功率因数用户的效益分析计算方法

这是要讨论改善功率因数后会给用户带来的经济效益。现不计功率因数调整电费，通过几个实例来说明提高功率因数给用户带来的经济效益。

例：某用户原来功率因数COSφ＝0.75，补偿前视在功率为S＝800KVA，年用电时间为T＝3000小时，试计算：

(1)欲使功率因数提高到0.95，需装设的补偿容量。

(2)补偿前用户需要支付的年费用。

(3)若补偿装置每kvar投资为200元，投资按每年10％回收，无功补偿装置的本身损失为3％。求安装补偿装置后企业所获得的年效益。

解：已知COSφ＝0.75，sinφ＝0.6613, S＝800KVA，则补偿前

P1＝S COSφ1＝800×0.75＝600  （kw）

Q1＝S sinφ1＝800×0.6613＝529.04  （kvar）

（1）设所装电容器为x，经补偿后的无功功率为529.04－x＝Q2，这时用户的有功功率为P2＝600＋0.03x。若要使功率因数提高到0.95，可求tgφ2＝0.3287，于是有

可求补偿容量x＝329≈330  （kvar）

（2）补偿前用户需要支付的年费用

基本电费：按最大负荷收取，设每KVAR收取值为180元/年，故

FJ1＝180×800＝144000  （元）

电量电费：设每KWh为0.3元，故

FD1＝0.3×600×3000＝540000  （元）

补偿前年费用：

FZ1＝FJ1+ FD1＝144000+540000＝684000  （元）

（3）补偿后用户需要支付的年费用

补偿后的视在功率和基本电费：

  （kvar）

FJ2＝180×642＝115560  （元）

电量电费：

FD2＝0.3×(600+0.03×330)×3000＝548910  （元）

补偿装置折旧费：

Ff＝200×330×10％＝6600  （元）

补偿后年费用：FZ2＝FJ2+ FD2+ Ff＝115560+548910+6600＝671070  （元）

（4）安装补偿装置后企业所获得的年效益

△F＝FZ1 －FZ2＝684000－671070＝12930  （元）

以上是仅从用户角度分析的加装无功补偿，提高功率因数的效益计算方法，还没有考虑功率因数调整电费和降低网损的费用，以及提高设备利用率、节约电网建设投资和改善电压质量等方面的综合效益。如果考虑这些因素经济效益更加可观。

2.2.2  改善功率因数电网的收益分析计算方法

通过无功补偿改善电网功率因数的效益分析和计算方法，可采用计算补偿前后网损的方法进行分析。相关分析公式如下：

补偿前线路有功损耗：

补偿后线路有功损耗：

可见，通过在用户端补偿无功，可减少从线路传输的无功功率，从而减少无功传输在线路电阻上的有功功率损耗，提高电网运行的经济性。但由于配电网负荷沿线路分布，在补偿系统设计中用上述公式计算配电网线损有一定困难。在实际中计算技术线损的一般方法有：均方根电流法、最大负荷损耗小时数法、节点等效功率法等等。

对于通过无功补偿，提高负荷功率因数降损电量的计算，可采用节点等效功率法进行估算，具体估算方法如下：

设T时段内通过配电线路的平均功率因数为COSφar，用节点等效功率法配电线路损失的电量△WT可以表示为

△WT＝T×10－3R K2（P2ar+Q2ar）/U2ar

＝T×10－3R K2 P2ar[1+(1- COS2φar)/ COS2φar]/U2 ar

＝T×10－3R K2 P2ar /( COS2φar U2 ar)   （KWh）              *式

式中  Par 和Qar―－通过线路的平均有功功率和无功功率值，平均功率可通过准确级别高的电能表读数求取，即Par＝Wd /T和Qar ＝Wrd /T；

K――－负荷曲线的形状系数，在实用计算中K值可按下面公式计算

当平均负荷率βar＝Par/Pmax> 0.5时

K2＝4[βmin +(1-βmin)2/3]/ (1+βmin)2

当平均负荷率βar＝Par/Pmax< 0.5时

K2＝[βar(1+βmin)-βmin]/ β2ar ；这两式中βmin为最小负荷率。

R和U2 ar――分别为电网电阻（包括线路和配电变）和线路端电压有效值。

对*式利用微分公式，可求通过无功补偿使负荷平均功率因数增大以后，线路在T时段内减少的损失电量

Δ（ΔWT）＝2ΔWT （COSφar2 -COSφar1）/ COSφar1 （KWh）  **式

式中  COSφar2――为通过无功补偿使负荷平均功率因数增大以后的值。

按上述方法，可详细计算通过无功补偿使负荷平均功率因数增大以后减少的损失电量，但由于10KV配电线路所接配电变非常多，详细计算无功补偿前、后配电网的损失电量，其计算工作量非常之大。如果已知配电网的损失电量ΔWT ，可用**式估算通过无功补偿配电网减少的损失电量，这种估算是工程上的实用方法，能满足工程经济分析计算要求。

2.2.3  改善功率因数电网的综合效益分析

通过无功补偿改善电网功率因数，不仅可为用户节约电费和降低电网的运行费用。另外，可提高用户和电力系统设备的利用率，增加电网的输电能力，延缓电网建设的投入和节约电网建设投资。通过实现电网动态无功补偿能改善电网电压质量。考虑这些因素无功补偿的经济效益和社会效益巨大。

2.3  确定无功补偿容量的一般方法

确定补偿容量的方法是多种多样的，但其目的都是要提高配电网的某种运行指标。下面对几种确定补偿容量的方法进行一下介绍。

2.3.1  从提高功率因数需要确定补偿容量

如果电力网最大负荷日的平均有功功率为Par,补偿前的平均功率因数为COSφar1,补偿后的平均功率因数为COSφar2，则补偿容量可用下述公式计算：

。

或写成 。

有时需要将功率因数提高到大于COSφar2 ，小于COSφar3，则补偿容量应满足下述不等式关系

≤QC≤

≤QC≤

COSφar1应采用最大负荷日平均功率因数，COSφar2确定必须适当。通常，将功率因数从0.9提高到1所需的补偿容量，与将功率因数从0.72提高到0.9所需补偿容量相当。而在高功率因数下进行补偿其效益将显著下降。这是因为在高功率因数下，COSφ曲线的上升率变小，因此提高功率因数所需的补偿容量要相应增加。

2.3.2  从降低线损需要确定补偿容量

由于加装补偿电容器后，并不改变补偿前后的线路上的有功功率（即补偿前后线路有功大容量电流I1R＝I2R=IR），故可按补偿前后无功功率的差值确定补偿容量

。

可见，从降损需要确定的补偿容量与提高功率因数需要确定的补偿容量，其结果是完全一致的，即两者可以兼顾。

2.3.3  从提高运行电压需要确定补偿容量

在配电线路的末端，运行电压较低，特别负荷重、细导线的线路。加装补偿电容器之后，可以提高运行电压。这就产生了如何按提高电压确定补偿容量；选择多大的补偿电容是合理的；以及在电压正常的线路中，加装补偿电容器保证网络电压不越限等问题。这些问题可以一一进行计算，但按提高运行电压需要确定补偿容量，不是从电网运行的经济性来考虑的，故这种确定补偿容量的方法不详细介绍。

以上重点介绍了按提高功率因数需要和按降损需要确定补偿容量的计算方法，这两种方法的结论是一致的，是确定配电网无功补偿容量的常用计算方法。

2.4  低压电网无功补偿的实用方法

低压电网处于电网的最末端。因此，补偿低压电网无功负荷是城网和农网无功补偿的关键。搞好低压电网无功补偿，不仅可以减轻上一级电网补偿的压力，而且可以提高用户配电变的利用率，改善用户与电网功率因数，提高电网电压质量，并能有效地降低电能损失，减少用户电费。进行低压电网无功补偿对用户和供电部门都有益。

低压无功补偿的目标是实现无功的就地平衡，通常采用的补偿方式有三种：随机补偿、随器补偿和跟踪补偿。下面简单介绍这三种补偿方式的适用范围及使用该种补偿方式的优缺点。

2.4.1  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。随机补偿适用于补偿电动机的无功消耗，以补励磁无功为主，此种方式可较好地限制农网无功峰荷。

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，补偿设备也退出，而且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。为防止电动机退出运行时产生自激过电压，补偿容量一般不应大于电动机的空载无功功率，即 ，通常推荐

2.4.2  随器补偿

随器补偿是指将低压电容器通过低压保险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。配变在轻载或空载时的无功负荷主要是变压器的空载励磁无功，配变空载无功是农网无功负荷的主要部分，对于轻负载的配变而言，这部分损耗占供电量的比例很大，从而导致电费单价的增加，不利于电费的同网同价。

随器补偿的优点：接线简单、维护管理方便、能有效地补偿配变空载无功，限制农网无功基荷，使该部分无功就地平衡，从而提高配变利用率，降低无功网损，具有较高的经济性，是目前补偿无功最有效的手段之一。

在城网公用变和农网配电变中，很多变压器存在负荷轻、“大马拉小车”的现象，在负荷低谷时接近空载。随器补偿则主要补偿配电变的空

载无功，属于固定补偿方式，不能补偿变压器的负载无功。因此，随器补偿是目前35～220KV变电所10KV侧常用的补偿方式，在配电变的低压侧一般推荐采用跟踪补偿方式。

2.4.3  跟踪补偿

低压跟踪补偿是指用无功补偿投切装置作为控制、保护装置，将低压电容器组接在配电变0.4KV母线上的补偿方式。由于用户负荷都有一定的波动性，补偿装置需要具有自动跟踪投切功能。采用无功补偿自动投切装置可较好地跟踪无功负荷变化，比随机、随器补偿能获得更好的补偿效果。跟踪补偿的优点是运行方式灵活，运行维护工作量小，比前两种补偿方式寿命相对延长、运行更可靠。但缺点是控制保护装置复杂、首期投资相对较大。跟踪补偿适用于100KVA以上的专用变和公用变用户，可以代替随机、随器两种补偿方式。跟踪补偿方式补偿效果好，而且电容器组可得到比随机、随器补偿更可靠的保护，当这三种补偿方式的经济性接近时，应优先选用跟踪补偿方式。

综上所述，知道了影响电力系统功率因数的一些主要因素，因此我们要寻求一些行之有效的、能够使低压电力网功率因数提高的一些实用方法，使低压网能够实现无功的就地平衡，达到降损节能的效果。

 

3解决方法和效益分析

3.1无功补偿的经济分析

　以一家普通工业用电户为例，配变容量：S=100kVA；有功功率：P=70kW；功率因数：cosφ=0.7；每日(按10小时)用电量为：A=700kW·h

该用户未安装无功补偿装置时，根据电价手册规定，普通工业用电的功率因数为0.7时，应增收7.5%的功率因数调节电费。如果电能电费按年平均值0.54元/kW·h，则该用户每天增加的功率因数调节电费为：0.54×700×7.5%=28.35(元)；

即供电部门对该用户加收的功率因数调节电费为28.35元。

如果该用户安装无功补偿装置，功率损耗将明显减少。

有功或无功电能都是靠各电压等级的线路输送的，在输送电能的过程中，线路上都有功率损耗。为简化计算程序，采用无功补偿经济当量来计算无功补偿的经济效益，即每安装1kvar的补偿电容，相当于降低了多少kW的有功损耗。查有关资料知，各种电压等级的无功补偿经济当量和该用户补偿后的降损功率如表1所示。

表1　各电压等级下的无功补偿经济当量和补偿后的功率损耗

电压(kV)

0.38

10

35

经济当量(kW/kvar)

0.15

0.06

0.017

补偿后降损功率(kW)

4.25

1.70

0.48

从以上数据可知，该用户每天在35、10、0.38kV线路上减少的有功功率损耗总和为： △P=4.25+1.70+0.48=6.43kW；

每天减少的损耗电量为： △A=6.43×10=64.30kW·h；

每天减少损耗电费为： 0.54×64.30=34.72元。

该用户每天减少损耗的有功电量占每天供电量的比例为：64.30÷(700+64.30)=0.0841=8.41%

该用户如果按规定，将现有的用电功率因数从0.7提高到0.85，需安装电容0.4kvar/kW，70kW共需安装电容容量应为：0.4×70=28.00kvar。

按目前市场上价格，55元/1kvar计，购28.00kvar的电容投资为1540.00元。

3.2　无功补偿的经济效益比较

经无功补偿的经济分析后，对该用户作如下经济效益比较： 安装补偿电容后，线损下降了8.41%； 安装补偿电容器后，供电部门的经济效益损失可减少： 每天：34.72－28.35=6.37元 //每月：按22天计，6.37×22=140.14元// 每年：按264天计，6.37×264=1681.68元

安装补偿电容后，用户的经济损失可减少： 每天：28.35元// 每月：按22天计，28.35×22=623.70元 //每年：按264天计28.35×264=7484.40元用户购买28kvar电容器的投资1540.00元，仅需两个半月即可收回成本。

据计算，安装补偿电容后，可提高2.83%的低压末端电压。增加了配变15kW的有功出力。

3.3　结论

从以上的分析和经济效益比较，当用户的用电功率因数未达到规定值时，应就地安装电容补偿无功，既可减少供电部门的经济损失，又可减少用户的经济损失，还可以提高线路末端电压和配变出力，是降损增效的好措施。对企业来说，电容补偿更是降低企业成本、提高企业经济效益的好办法，是上策。

而不装设电容补偿，采用增加功率因数调节电费的办法，不仅供电部门在经济上受到损失，且用户受到更大的经济损失，是下策。

建议装机在5kW及以上的动力用户，安装电容补偿无功，减少经济损失。

动力用户在购买电容时，请与供电部门的专业人员联系，计算最佳的补偿容量。

 

 

4总结与展望

节能降损是一项综合性工作，需要从技术和管理俩方面抓，技术改造是降损的基础，经营管理是降损的关键。通过采取以上的降损措施，农村电网的线损就会很好地控制在最小的范围之内，从而带动整个线损管理工作上一个更高的台阶。

随着社会事业不断的发展，科学技术的不断进步，广大勤劳﹑智慧的电力工作者也不会局限于现状，他们将会有更多﹑更好的节能新产品问世，更多合理﹑可行的节能降损措施实行。这使得电力企业将会得到更大的社会效益和经济效益。

 

 

5致谢

本文已接近尾声，能够圆满完成此次论文，这里首先要衷心感谢作者的导师张利军老师，他不辞劳苦地细心指导，循循善诱的帮助作者解决遇到的疑难问题，时时关心着论文的进度，使得作者在其中收益非浅。最后再对作者的领导刘玉伯局长及同事张月﹑范晓妮﹑邵刚同志表示衷心感谢，他们在作者写论文期间提供给作者报表﹑数据﹑材料等理论依据，给予了大量的帮助。在此作者表示再次感谢。