第二章 無(wú)功補(bǔ)償在配電系統(tǒng)中的合理分配

1、o 第二章 無(wú)功補(bǔ)償在配電系統(tǒng)中的合理分配上一章確定了每個(gè)變電站的配電系統(tǒng)的補(bǔ)償容量，本章則要解決這些補(bǔ)償配電母線(xiàn)上和各條配電線(xiàn)路上的分配問(wèn)題。 21 集中補(bǔ)償容量的確定 在變電站的配電母線(xiàn)上設(shè)置的無(wú)功補(bǔ)償稱(chēng)之謂“集中補(bǔ)償”，設(shè)置在配電線(xiàn)路上或負(fù)荷處的無(wú)功補(bǔ)償則稱(chēng)謂“分散補(bǔ)償”。對(duì)于大宗用戶(hù)按供用電規(guī)則要求的力率而設(shè)置的用戶(hù)補(bǔ)償裝置則不屬于本文討論范圍。 顯然，分散補(bǔ)償還能起到降低配電線(xiàn)損的作用，經(jīng)濟(jì)效果比集中補(bǔ)償好得多；但是集中補(bǔ)償便于管理維護(hù)和控制，配以自動(dòng)投切裝置則可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)壓調(diào)相的目的。因此，對(duì)電壓波動(dòng)較大的變電站有必要配置一定數(shù)量的集中補(bǔ)償裝置作為調(diào)壓手段，以以提高電壓質(zhì)量；但是，

2、對(duì)電壓波動(dòng)不大(如靠近強(qiáng)大的電源處)的變電站或已具其他調(diào)壓手段（如帶負(fù)荷調(diào)壓變壓器）的變電站就不應(yīng)設(shè)置集中補(bǔ)償，將全部應(yīng)補(bǔ)容設(shè)作為分散補(bǔ)償。 根據(jù)上述原則，集中補(bǔ)償容量取決于對(duì)減少電壓波動(dòng)的要求。電網(wǎng)相對(duì)電壓降由下面公式計(jì)算： i(12n)表示由電源至計(jì)算的變電站配電母線(xiàn)之間的各段電氣元件，Pi及Qi為各段通過(guò)的有功率無(wú)功功率，Pi及xi為經(jīng)過(guò)歸算到同一電壓U的各段電阻及電抗。 ： 如果在該變電站配電母線(xiàn)上增加一個(gè)集中補(bǔ)償容量QBJ，則各段通過(guò)功率中的無(wú)功功率都將減少一個(gè)QBJ，補(bǔ)償前后電壓降之整為：例如：某變電站欲在10KV側(cè)母線(xiàn)上設(shè)置集中補(bǔ)償以減少電壓波動(dòng)。原來(lái)，電壓峰谷差為18，為符合電

3、壓變動(dòng)不越過(guò)士5的要求，需裝多少集中補(bǔ)償容量？已知該母線(xiàn)短路容量為40兆伏安。 因?yàn)橛麥p少的電壓波動(dòng)為8%008，因此應(yīng)設(shè)置集中補(bǔ)償容量QBJ=0.00840=32兆乏。 有時(shí)，按上列要求計(jì)算的集中補(bǔ)償容量，超過(guò)該變電站的經(jīng)改補(bǔ)償容量。對(duì)于一般不重要的變電站可以放寬電壓合格率的要求而減少集中補(bǔ)償容量；如對(duì)電壓要關(guān)嚴(yán)格，則只好降低補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)效果或采用其他辦法。(如采用帶負(fù)荷調(diào)壓變壓器，改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的等。) 分散補(bǔ)償容量式中：QB為上一章計(jì)算的變電站應(yīng)配置的補(bǔ)償容量，a為集中補(bǔ)償?shù)耐度肼士扇?7。 22 分散補(bǔ)償容量在集中負(fù)荷線(xiàn)路上分配 一般變電站總帶有若干條公用配電線(xiàn)路，本節(jié)來(lái)討論最簡(jiǎn)單情況，即

4、這些公用配線(xiàn)均為集中負(fù)荷線(xiàn)路。 分散補(bǔ)償容最不論怎么分配對(duì)配電母線(xiàn)由上的降損效果都是一樣的，因此，尋求合理分配的原則就是使配電線(xiàn)路的降損效果達(dá)到最大值。顯然，最合理的分配原則是使每條被補(bǔ)償?shù)木€(xiàn)路在補(bǔ)償后的無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量都相等，因?yàn)槿绻坏?，則應(yīng)從經(jīng)濟(jì)當(dāng)量較小的線(xiàn)路抽出若干補(bǔ)償容量置于經(jīng)濟(jì)當(dāng)量較大的線(xiàn)路上，便能提高效益。 圖21畫(huà)出了幾條待補(bǔ)償?shù)募胸?fù)荷的線(xiàn)路，假定各線(xiàn)補(bǔ)償容量是最合理分配方案，顯然此時(shí) 各線(xiàn)的經(jīng)濟(jì)當(dāng)量相等。然后再按式(28)計(jì)算各線(xiàn)補(bǔ)償容量。上列各式中，Qi代表各線(xiàn)路年平均無(wú)功負(fù)荷，QBF為由上節(jié)所述計(jì)算得到的分散補(bǔ)償容量。由于分散補(bǔ)償一般不裝設(shè)自動(dòng)投切裝置，因此其投入率為1。

5、計(jì)算所得的各線(xiàn)補(bǔ)償容量中，某些線(xiàn)路可能會(huì)出現(xiàn)負(fù)值，這是因?yàn)樵摼€(xiàn)無(wú)功負(fù)荷小，要增加無(wú)功才能達(dá)到同等的經(jīng)濟(jì)當(dāng)量。當(dāng)然，該線(xiàn)路不需補(bǔ)償，將其剔除后其余線(xiàn)路重新計(jì)算，直至不再出現(xiàn)負(fù)值為止。 28 分散補(bǔ)償容量在分布負(fù)荷線(xiàn)路上分配 一般公用配電線(xiàn)路上的負(fù)荷總是分布在線(xiàn)路各點(diǎn)上，很少有真正的集中負(fù)荷，而且多數(shù)配線(xiàn)結(jié)構(gòu)形如樹(shù)叉，分支套分支，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，負(fù)荷分布很難用函數(shù)式來(lái)表達(dá)。困此，對(duì)于任意結(jié)構(gòu)的配電線(xiàn)路，耍精確計(jì)算補(bǔ)償容量的合理分配，幾乎是不可能的。這里提出個(gè)近似的計(jì)算方法：將一條任意結(jié)構(gòu)的配電線(xiàn)路，用一條集中負(fù)荷線(xiàn)路來(lái)代替，其無(wú)功負(fù)荷為原線(xiàn)路總無(wú)功負(fù)荷，選擇等效電阻使其經(jīng)濟(jì)當(dāng)量近似相同。 圖22畫(huà)出了一

6、條簡(jiǎn)化后的配電線(xiàn)，該線(xiàn)路的所有分文都作為一個(gè)負(fù)荷點(diǎn)來(lái)考慮，圖上假定干線(xiàn)上有幾個(gè)分支點(diǎn)，無(wú)功補(bǔ)償總是由線(xiàn)路末端開(kāi)始的。 (由于有功負(fù)荷無(wú)法補(bǔ)償，因而未畫(huà)出。)補(bǔ)償前內(nèi)無(wú)功負(fù)荷構(gòu)成的線(xiàn)路損失為： 將上式與集中負(fù)荷線(xiàn)路的經(jīng)濟(jì)當(dāng)量公式(27)比較可看出：當(dāng)補(bǔ)償容量以QB很小時(shí)，等效線(xiàn)路經(jīng)濟(jì)當(dāng)量與實(shí)際線(xiàn)路經(jīng)濟(jì)當(dāng)量是很接近的；隨著補(bǔ)償容量的加大，會(huì)出現(xiàn)誤差。但本辦法較簡(jiǎn)單，在實(shí)用上其誤差是允許的。 結(jié)論：對(duì)于任意結(jié)構(gòu)的配電線(xiàn)路，可對(duì)其各分支負(fù)荷計(jì)算在主干線(xiàn)上的平均負(fù)荷短，作為等效集中負(fù)荷的線(xiàn)路電阻，然后按上節(jié)所述的無(wú)功補(bǔ)償容量分配方法進(jìn)行。 對(duì)于分支較多的配電線(xiàn)路，用上列方法計(jì)算平均負(fù)荷距也是較繁的。此時(shí)

7、，可按無(wú)功負(fù)荷分布情況，歸納為均勻分布、漸增分布和漸減分布三種類(lèi)型，如圖23所示。第三章 補(bǔ)償點(diǎn)的選擇配電線(xiàn)路的補(bǔ)償容量確定之后，對(duì)于集中負(fù)荷的線(xiàn)路來(lái)說(shuō)，問(wèn)題已徹底解決，因?yàn)檠a(bǔ)償點(diǎn)只能是一個(gè)且設(shè)置在負(fù)荷處。但對(duì)于分布負(fù)荷的線(xiàn)路來(lái)說(shuō)，還須解決補(bǔ)償點(diǎn)的數(shù)目，補(bǔ)償點(diǎn)的位置及各點(diǎn)容量等三個(gè)問(wèn)題。本章將從最優(yōu)經(jīng)濟(jì)效果出發(fā)來(lái)解決這三個(gè)問(wèn)題。 31 單點(diǎn)補(bǔ)候時(shí)補(bǔ)慣地點(diǎn)的通 圖31為一個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)時(shí)，線(xiàn)路上各點(diǎn)的通過(guò)無(wú)功負(fù)荷與各點(diǎn)位置的關(guān)系曲線(xiàn)，在補(bǔ)償點(diǎn)之前為一條逐漸降低的曲線(xiàn)，在補(bǔ)償點(diǎn)RB處無(wú)功有一突變，顯然補(bǔ)償前后線(xiàn)損功率之差為：來(lái)若q已知分布曲線(xiàn)，QB為巳知補(bǔ)償容量，則補(bǔ)償效果(即PX)僅與補(bǔ)償點(diǎn)位置RB

8、有關(guān)，為求得PX的最大值，只需對(duì)BB求尋數(shù)，并使之等于零。即：根據(jù)定積分求導(dǎo)運(yùn)算法則，式(32)可解式中，qRB為在RB點(diǎn)的線(xiàn)路上通過(guò)的無(wú)功負(fù)荷，因此可得到如下結(jié)論： 補(bǔ)償設(shè)置的最合理位置是：該點(diǎn)上線(xiàn)路通過(guò)的無(wú)功負(fù)荷(即該點(diǎn)之后的無(wú)功負(fù)荷)為補(bǔ)償容量的一半。簡(jiǎn)稱(chēng)“半容量”法則。 上列結(jié)論同樣適用于兩個(gè)以上補(bǔ)償點(diǎn)的情況，如圖32所示。結(jié)論所說(shuō)的無(wú)功負(fù)荷系指某一段時(shí)間(如年)的平均負(fù)荷。 上面所論證的選擇都是在配電主干線(xiàn)上的補(bǔ)償，對(duì)于具有一條或若干條重負(fù)荷距分支線(xiàn)來(lái)說(shuō)，僅在主干線(xiàn)上選擇補(bǔ)償點(diǎn)就不一定是最優(yōu)位置。在這種情況下，應(yīng)計(jì)算分支點(diǎn)之后支線(xiàn)和干線(xiàn)的負(fù)荷矩，選擇其中較大者設(shè)置補(bǔ)償點(diǎn)。但是，無(wú)論在

9、主干線(xiàn)或在重負(fù)荷分支線(xiàn)上，上述半容量法則仍是適用的。 32 兩點(diǎn)補(bǔ)償時(shí)補(bǔ)償容量的分配 本節(jié)討論的內(nèi)容是：當(dāng)兩個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)時(shí)，如果總補(bǔ)償容量確定，如何在這兩點(diǎn)上合理分配。 根據(jù)牛容量法則，補(bǔ)償點(diǎn)應(yīng)如圖33所示的原則設(shè)置。圖中只畫(huà)出了“補(bǔ)償段”的情況，即線(xiàn)路無(wú)功負(fù)荷正好等于補(bǔ)償容量的那一段，顯然處于線(xiàn)路的后部。因?yàn)椴徽撗a(bǔ)償容量如何分配，對(duì)補(bǔ)償段之前的降損效果是一樣的。補(bǔ)償前后線(xiàn)損功率之差為： 請(qǐng)登陸:輸配電設(shè)備網(wǎng) 瀏覽更多信息將式（314）（316）（317）代入式（35）求解可得： QB10453QB，即對(duì)漸減分布負(fù)荷線(xiàn)路，兩個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)容量分配應(yīng)使后面的稍小。 上列求解過(guò)程較繁，限于篇幅不贅述了。從結(jié)

10、論分析：雖然負(fù)荷分布不相同，但兩個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)容量分配相差不多，而每點(diǎn)容量又受設(shè)備參數(shù)牽制，為便于管理，建議一律采用等容量分配，而且這一結(jié)論也適用于三個(gè)及以上補(bǔ)償點(diǎn)的情況。 33 補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)量的選擇 補(bǔ)償點(diǎn)越多降損效果越好。但是，補(bǔ)償裝置的初投資中，是包括與補(bǔ)償容量無(wú)關(guān)的“固定費(fèi)用”和與補(bǔ)償容量成正比的設(shè)備費(fèi)用兩部分組成，因此補(bǔ)償點(diǎn)越、多，初投資越高。因此從經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)，正確選擇補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)量的原則應(yīng)該是：多設(shè)一個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)所增加的固定費(fèi)用，如果能從多降損所節(jié)省的電費(fèi)中，并在一定期限(一般定為五年)內(nèi)得到抵償，則應(yīng)增加一個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)，否則就不應(yīng)增加。 根據(jù)上列原則，我們來(lái)討論每個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)的最大容量。為說(shuō)明問(wèn)題，以一

11、條均勻分布負(fù)荷的補(bǔ)償段為例，考慮單點(diǎn)和兩點(diǎn)補(bǔ)償兩種情況，如圖35所示。若無(wú)功負(fù)荷密度qo= 來(lái)替換R，則式（3.24）可變?yōu)椋弘妷篣單位為千伏，固定費(fèi)用單位為元，無(wú)功負(fù)荷密度qo單位為千乏/歐，電度單價(jià)C1用元/千度表示。 為便于實(shí)用，把式（325）轉(zhuǎn)為表31，單組電容器最大合理容量與線(xiàn)路的無(wú)功負(fù)荷密度有關(guān)，并與單個(gè)裝置固定費(fèi)用的折算電度有關(guān)。表31所列數(shù)值是供參考用，因?yàn)橐_定單組補(bǔ)償容量除上述經(jīng)濟(jì)效益的因素外，還受設(shè)備的參數(shù)、安裝條件、控制設(shè)備能力等因素的影響。表31是按10KV配電綱計(jì)算的，若為6KV配電網(wǎng)可將查得的容量乘以07即可。 結(jié) 論 并聯(lián)電容器無(wú)功補(bǔ)償?shù)呐渲梅椒ㄈ缦拢?1作為規(guī)

12、劃或估算一個(gè)供電區(qū)域的無(wú)功補(bǔ)償裝置的容量可采用經(jīng)濟(jì)功率因數(shù)法，比較簡(jiǎn)單直觀(guān)。 2對(duì)每一座變電站計(jì)算其無(wú)功補(bǔ)償容量，以作為年度無(wú)功補(bǔ)償計(jì)劃安排時(shí)，最好采用經(jīng)濟(jì)傳輸無(wú)功負(fù)荷法計(jì)算，在經(jīng)濟(jì)效果方面比較合理，而且只要電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不變，數(shù)據(jù)可以長(zhǎng)期應(yīng)用。 3變電站母線(xiàn)集中補(bǔ)償容量，應(yīng)根據(jù)減少電壓波動(dòng)要求來(lái)計(jì)算，如計(jì)算結(jié)果遠(yuǎn)大于經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償容量時(shí)，應(yīng)考慮采用其他調(diào)壓手段。對(duì)電壓質(zhì)量合格的變電站一般不應(yīng)設(shè)置集中補(bǔ)償。 4分散補(bǔ)償容量在各條公用配電線(xiàn)路上分配時(shí)，應(yīng)采用補(bǔ)償后的線(xiàn)路達(dá)到同一當(dāng)量的原則，對(duì)于分布負(fù)荷的公用配電線(xiàn)路，建議按等負(fù)荷距原則簡(jiǎn)化成等值集中負(fù)荷線(xiàn)路，進(jìn)行近似計(jì)算。 5為便于管理，每條配電線(xiàn)路上分散補(bǔ)償裝置的單組容量盡可能選為相同的，單組最大合理容量根據(jù)無(wú)功負(fù)荷密度和每組固定費(fèi)用的等值電度大小來(lái)決淀， 6補(bǔ)償點(diǎn)的位置應(yīng)按半容量法則來(lái)決定，即在補(bǔ)償點(diǎn)的線(xiàn)路上通過(guò)的無(wú)功負(fù)荷等于補(bǔ)償容量的一半。當(dāng)配電線(xiàn)路有較大的分支線(xiàn)時(shí)，應(yīng)將補(bǔ)償點(diǎn)選在無(wú)功負(fù)荷距較大的那個(gè)分支。附 言 來(lái)源:本文所述的各項(xiàng)計(jì)算中，除必須了解電網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)(如線(xiàn)路、變壓器等)外，還需掌握電網(wǎng)的全面的無(wú)功負(fù)荷資料。因此，對(duì)變電站主變及饋線(xiàn)的無(wú)功電度表計(jì)應(yīng)配全，校準(zhǔn)，抄錄。但是對(duì)配電線(xiàn)路的分支無(wú)功負(fù)荷，除了個(gè)別裝有無(wú)功表的大宗用戶(hù)外，大部分中小用戶(hù)及農(nóng)村用戶(hù)是不知道的。因此應(yīng)采用合理的估算，其方法如