2.3 配电线路固定补偿
大量配电变压器要消耗无功，很多公用变压器没有安装低压补偿装置，造成的很大无功缺额需要变电站或发电厂承担，大量的无功沿线传输使得配电网的网损居高难下，这种情况下可考虑配电线路无功补偿，文献[3][4]提出了配电线路无功补偿的必要性和方法。
线路补偿既通过在线路杆塔上安装电容器实现无功补偿。由于线路补偿远离变电站，因此存在保护难配置、控制成本高、维护工作量大、受安装环境限制等问题。因此，线路补偿的补偿点不宜过多；控制方式应从简，一般不采用分组投切控制；补偿容量也不宜过大，避免出现过补偿现象；保护也要从简，可采用熔断器和避雷器作为过电流和过电压保护。
线路补偿主要提供线路和公用变压器需要的无功，工程问题关键是选择补偿地点和补偿容量，文献[4]给出了补偿地点和容量的实用优化算法。线路补偿具有投资小、回收快、便于管理和维护等优点，适用于功率因数低、负荷重的长线路。线路补偿一般采用固定补偿，因此存在适应能力差，重载情况下补偿度不足等问题。自动投切线路补偿仍是需研究的课题。 2.4 用电设备随机补偿
在10kV以下电网的无功消耗总量中，变压器消耗占30％左右，低压用电设备消耗占65％以上。由此可见，在低压用电设备上实施无功补偿十分必要。从理论计算和实践中证明，低压设备无功补偿的经济效果最佳，综合性能最强，是值得推广的一种节能措施。
感应电动机是消耗无功最多的低压用电设备，故对于油田抽油机、矿山提升机、港口卸船机等厂矿企业的较大容量电动机，应该实施就地无功补偿，即随机补偿。与前三种补偿方式相比，随机补偿更能体现以下优点[5]： 1）线损率可减少20%；
2）改善电压质量，减小电压损失，进而改善用电设备启动和运行条件； 3）释放系统能量，提高线路供电能力。
由于随机补偿的投资大，确定补偿容量需要进行计算，以及管理体制、重视不够和应用不方便等原因，目前随机补偿的应用情况和效果都不理想。因此，对随机补偿需加强宣传力度，增强节能意识，同时应针对不同用电设备的特点和需要，开发研制体积小、造价低、易安装、免维护的智能型用电设备无功补偿装置。 根据以上常用无功补偿方案的分析、讨论，我们可归纳、整理出四种补偿方案的特点和基本性能如表1所示。
表1 四种无功补偿方法的特点比较
补偿方式 变电站集中补配电变低压补偿 配电线路固定补用电设备随机补偿 偿 偿 补偿对象 变电站无功需配电变无功需求 配电线路无功基用电设备无功需求 荷 求 降损范围 主变压器及输配电变及输配电配电线路及输电整个输配电系统电网 网 网 网 调压效果 单位投资 设备利用率 维护方便性 较好 较大 较高 方便 较好 较大 较高 较方便 较好 较小 很高 方便 最好 较大 较低 不方便 3 无功补偿的调压作用分析
鉴于配变无功补偿是供电企业和用户普遍关注的工作。现在开始，本文重点
对配变无功补偿及工程问题进行分析和探讨。 3.1 典型实例的计算
图1为某市台江变电站10kV母线953线路简化接线。该线路自变电站端开始一段与956线为同杆双回线，其中956线较短些，接有18台配电变压器；而953线路较长，接有31台配电变压器，变压器总容量为9895kVA。
953线路31台变压器容量为50~1000kVA大小不等，为计算和分析方便，对实际的31台变压器就近进行了等值处理。例如，节点8处是一个较大的用户，接有3台1000kVA的变压器；而节点3处1695kVA是6台变压器的总容量，其它节点情况与节点3相同。
图1各段线路下数字为导线公里长度，主干线路导线型号为LGJ—120。根据图1各节点变压器的总容量，假设变压器在经济负载系数Kf=0.65（相当较大负荷情况）状态下工作，取功率因数为cosφ=0.85，可计算节点变压器和各段线路的有功负荷；再假设变电站母线电压分别为10.5kV和11.4kV，运用负荷矩法可分别计算不同情况下线路的各节点电压。依此方法计算的几种结果如表2所示。
表2 不同情况线路节点电压的计算结果
方案 功率 序号 因数 1 2 2 3 4 线路节点电压值（kV） 5 6 7 8 9 0.85 10.5 10.083 9.781 9.497 9.297 9.142 9.063 9.081 0.95 10.5 10.130 9.842 9.589 9.395 9.257 9.187 9.203 3 4 0.85 11.4 10.983 10.699 10.400 10.183 10.027 9.948 9.966 0.95 11.4 11.033 10.742 10.489 10.295 10.157 10.086 10.103 3.2 计算结果分析
表2中变电站母线电压10.5kV为负荷高峰期正常逆调压的要求电压；11.4kV是为保证和满足线路末端用户（节点8和节点9）母线电压在额定范围内，变电站母线应达到的电压，也是实际系统中经常需要的运行电压。计算结果为功率因数为0.85和0.95两种情况电压，目的在于分析配变无功补偿对电压的影响。 按国标（GB 12325-90）电能质量——供电电压允许偏差中的规定：10kV及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的±7%。因此，从表2计算结果可以看出： 1）该线路依靠正常的分接头逆调压，功率因数cosφ=0.85时，节点6到节点9电压超标；功率因数cosφ=0.95时，节点7到节点9电压超标。因此，仅靠变压器分接头逆调压，不能满足线路末端用户的电压质量要求。
2）表2中的cosφ值为各节点变压器的功率因数。因此在配变低压补偿无功功率，提高变压器功率因数，对该线路电压有调节作用，但只能部分地解决电压问题；但从调压和降损两方面考虑，无功补偿是应普遍采用的技术。 3）变电站电压提高到11.4kV能满足末端用户电压要求，但变电站母线电压属严重超标。会造成变电站10kV电容器和部分低压电容器的保护超过1.1UN的定值，使无功补偿装置退出运行（实际情况），这将使电网损耗明显增大。 3.3 原因和解决措施
造成图1系统电压问题的主要原因是导线截面小、供电半径大。例如，在线路4.5km范围内（5节点之前），电压不会超标。因此，对更换导线或插入新变电站是解决该线路电压问题的根本措施。但由于街区位置和条件限制，插入变电站改造需要的投资非常大，因此该线路必须寻求其它的解决办法。
文献[6]提出的有载调压变压器是解决该线路电压问题的有效手段。但配电变的负荷波动大、变化频繁，机械式分接头难适应和满足电网的调压需要。文献[6]提出的晶闸管串联调压方法是一个很好的解决思路，希望这种变压器能尽快得到推广和应用。但该方案需要更换的变压器数量多，工程改造投资会很大。
表3 采用TVR调压线路节点电压的计算结果
方案 功率 序号 因数 5 6 2 3 4 线路节点电压值（kV） 5 6 7 8 9 0.85 10.5 10.083 9.781 9.497 9.797 9.642 9.563 9.581 0.85 10.25 9.833 9.531 9.257 9.529 9.374 9.297 9.313 7 8 0.95 10.5 10.13 9.842 9.589 9.895 9.757 9.687 9.703 0.95 10.25 9.880 9.592 9.339 9.646 9.507 9.437 9.453 在图1节点6位置安装一台晶闸管电压调节器（TVR）[7]，是解决该线路电压问题的更有效措施。TVR可使节电6电压在方案1和方案2基础上调高500V，有TVR调压的各节点电压计算结果如表3所示。TVR方案优点是一台设备解决全线路的电压问题，经济性是显而易见的。
以上实例说明，低压无功补偿具有调节、改善10kV电网电压的作用；但不能解决像图1这种长线路存在的电压问题。 4 无功补偿效益的简要分析
配变低压无功补偿能有效降低配电变及以上输配电网的损耗。由于计算整个电网损耗涉及因素多，工作量大，下面仅以图1中节点4的1000kVA变压器为例，通过简单计算，说明无功补偿具有巨大的直接和间接效益。
设补偿前节点4变压器满载运行，视在功率S＝1000KVA，功率因数COSφ＝0.85，年用电时间为T＝3000小时，计算：1）若将COSφ提高到0.95，计算需要的补偿电容器容量；2）补偿前需要支付的年费用；3）补偿装置单位投资为150元/kvar，补偿装置本身损耗为3％，投资回收率为10％/年，计算补偿后的年效益。
根据已知条件，可计算补偿前 P1＝SCOSφ1＝1000×0.85＝850kW
Q1＝Ssinφ1＝1000×0.52678＝526.78kvar 1）求需要安装的补偿电容器容量x
因装置本身有功损耗为3％，补偿后的电网无功Q2＝526.78－x，要求COSφ为0.95，可求tgφ2＝0.3287，于是有
可求补偿容量x＝245.73≈246kvar 2）补偿前需要支付的年费用
基本电费：一般按最大负荷收取，设每KVA收取的费用为180元/年，故有 FJ1＝180×1000＝18万元
