摘要：在农网中运行着大量的感性负荷，它们在运行中会消耗大量的无功功率，使线路的功率因数降低，造成线路末端电压过低和线路电能损耗增加，直接影响电力企业的经济效益。为了提高功率因数，使输变电设备得到充分利用，降低线路损耗和线路压降，改善线路的电能质量，做好线路的无功补偿是十分必要的。
关键词：无功补偿 功率因数 农网 电力系统 线路压降 无功功率 电能损耗 经济效益
1 农网结构及用电负荷的特点
农网一般供电线路半径较长，供电变压器容量较小，供电线路的线径较细，且变压器的数量多且容量偏小，变压器的负荷率较轻。
农网用电负荷季节性强，峰谷差大，年利用小时低，轻载、空载时间长。遇农闲季节，白天用电负荷小，变压器经常处在轻载和空载运行，晚间有些照明，但用电的时间不长；农忙季节，白天负荷大，晚间变压器处在轻载和空载运行；有些乡、村企业开工不足，变压器容量与实际用电负荷容量不匹配，造成“大马拉小车”的现象，变压器负荷一般均在20%～40%运行，没有达到经济运行的要求。因此，农网存在三个问题急需解决:一是线路的功率因数低，线路出口的功率因数达不到国家标准的要求；二是线路的损耗较大；三是线路的末端的电压较低。
2线损与无功电力的关系
电力网的线损与电网的电源布局、网络结构、负荷分布及网络的运行管理等有着直接的关系。因此，线损是衡量电力系统建设和完善化以及运行管理水平高低的一项综合性技术经济指标。
从线损的计算公式：=
－输送有功功率和无功功率造成的总有功损耗（KW）；
－输送有功功率造成的有功损耗（kW）；
－输送无功功率造成的有功损耗（kW）；
当电力网的结构已定，输送的有功功率确定的情况下，总的线路损耗完全决定于输送的无功功率的变化。无功电源的布局、无功电力的输送与线损有着密切的关系。
3线路电压损耗与无功电力的关系
电压是电能质量的主要指标之一。电力网的电压质量对电力网稳定运行，降低线路损耗，保证工农业生产的安全，提高产品的质量，降低用电单耗等都有直接的影响。因此保证电压质量，即保证电压的偏移和波动都在规定的范围内，是电力网运行的重要任务之一。
从电压损耗的公式：
在电力网结构（R，X）确定的情况下，当输送的有功功率一定时，电力网的电压损耗与输送的无功功率有直接的关系。
当电力网有能力向负荷供给足够的无功功率时，负荷的电压就能够维持在正常的水平上，如果无功电源容量不足，负荷端电压就会降低。因此，维持电力网的电压水平与无功功率的平衡之间有着不可分割的关系。
无功功率不但会引起线路末端的电压降低，也会引起线路电压的波动。当电力网中大量的无功功率不能得到就地平衡时，靠供电电源长途输送，流经各级输变电设备后，便会造成较大的无功功率损耗和电压降落，如无适当的调压手段，便会造成电网低电压运行；当电力网具有充足的无功电源，而用户所需的无功功率又大大减少时，输送的无功功率损耗亦相应的减少，用户端的电压便会显著升高，甚至出现电网高电压运行，影响电网的安全。
4 农网无功补偿的解决方案
4.1方案设计
要解决农网存在的问题，加装无功补偿装置是有效的解决方法之一。目前，农网的10kV线路上装设的无功补偿装置大部分为固定补偿与自动补偿相结合的补偿方式，这种补偿方式虽然解决了线路功率因数的问题，但在解决线损方面并未达到最小的投资解决线路损耗的问题。因此，解决农网的无功补偿问题，赤那思有独特的设计方案。
赤那思公司本着无功就地平衡的原则，对结构复杂，供电半径较长的农网线路采用分散补偿与集中补偿相结合，以分散补偿为主，使无功电力即要达到总体平衡，又要满足局部平衡。
以公司负责的同江市一条农网的线路补偿为实例，探讨农网线路补偿的解决方案。
黑龙江省同江市供电局的这条线路共有10台变压器，各台变压器的容量如下表1。
线路的供电半径长15km，线路的电阻为0.46，线路的感抗为0.425/km。未补偿前线路出口的功率因数为0.53，末端变压器二次电压为0.351kV，线路的有功功率损耗为每月为11909kW。
表1线路变压器的容量（kVA）
变压器序号 | 变压器容量（kVA） |
1＃ | 30 |
2＃ | 630 |
3＃ | 30 |
4＃ | 50 |
5＃ | 120 |
6＃ | 80 |
7＃ | 50 |
8＃ | 30 |
9＃ | 315 |
10＃ | 80 |
我公司技术人员对线路各变压器的实际用电量进行了现场测量及分析，采用高压补偿与低压补偿相结合的补偿策略，对负荷较重的大容量变压器，在其变压器的二次侧做低压线路补偿，使低压负荷产生的无功功率得到就地平衡，在高压主干线上安装两台高压无功补偿装置，对线路容量较小的变压器及线路产生的无功功率进行补偿，使线路总的无功达到就地平衡。对本条线路容量为120kVA、315kVA、630kVA三台变压器进行低压线路补偿，补偿容量如下表2。
表2各变压器的补偿容量及分级数
变压器容量（kVA） | 120 | 315 | 630 |
总补偿容量（kvar） | 55 | 80 | 120 |
自动补偿容量（kvar） | 10（分相）+20+20 | 10（分相）+20+20+20 | 10（分相）+20+20+30+30 |
固定补偿容量（kvar） | 5 | 10 | 10 |
自动补偿分级数 | 10 | 8 | 12 |
低压线路补偿装置采用固定补偿与自动补偿相结合的方式，三相补偿与分相补偿相结合，固定补偿的容量根据被补偿变压器的空载无功损耗及相邻变压器的空载无功损耗确定，自动补偿根据变压器所带负荷的容量、负荷特点及最小负荷容量确定补偿容量、分级数及最小回路的补偿容量，分相补偿的容量根据负荷的三相不平衡情况来确定。通过低压补偿，可使线路末端的无功功率得到就地平衡，对线路降损及提高线路末端电压有明显的作用。
高压10kV的线路也采用固定补偿与自动补偿相结合的补偿方案，固定补偿容量根据线路安装点的不变无功功率来确定，可变无功补偿容量根据无功的波动情况确定补偿容量及分级数。针对黑龙江同江供电局的这条线路无功潮流的分配情况，在其线路上选择两个10kV的补偿点，分别为主干线的04和012点，两个补偿点的补偿容量及分级数如下表3。
表310kV补偿装置的容量及分级数
补偿点 | 04 | 012 |
总补偿容量（kvar） | 150 | 250 |
自动补偿容量（kvar） | 50+50 | 100+100 |
固定补偿容量（kvar） | 50 | 50 |
自动补偿分级数 | 3 | 5 |
4.2线路无功补偿装置的组成
4.2.1低压线路无功补偿装置的组成
低压无功补偿装置设计成通用的补偿箱，箱内装有无功补偿装置的总进线开关，各回路安装分支路的出线开关，箱内安装一路固定补偿和多路自动补偿电容器组，自动补偿电容器组通过电容器专用投切开关的动作投入或切除。电容器专用投切开关的动作是由无功补偿控制器根据线路的无功功率来控制，且控制器的无功上下限可根据现场负荷需要进行调整，控制器具有过压、欠压及谐波等保护功能。补偿箱的容量可通过调整补偿的回路容量及回路数达到补偿点补偿容量及补偿精度的要求。
4.2.2高压线路无功补偿装置的组成
高压线路无功补偿装置由箱体、线路补偿专用控制器（具有保护功能）、电流互感器、电源型电压互感器、投切电容器专用开关、避雷器、安装在箱体外的电容器组、用于采样的开启式电流互感器等器件组成；高压线路补偿箱有两种规格型号可供用户选择：一种是一路固定补偿+一路自动补偿；另一种是一路固定补偿+两路自动补偿；由于电容器外置，所以可根据用户线路结构及补偿点的补偿容量差别，通过调配外置的电容器组的容量达到调整补偿装置容量的目的，这样便可通过两种规范的补偿箱解决线路补偿不规范的系统补偿问题。
4.3黑龙江省同江农网线路补偿的效益分析
1） 线路补偿装置投入运行后，线路出口的功率因数提高到0.97；
2） 线路末端变压器二次侧电压由原来的0.351kV升高到0.38kV；
3）线路的有功功率损耗由原来的11909kW降低到3890kW，降低线路损耗8019kW。
5总结
通过合理的安装线路无功补偿装置，可有效的降低线路损耗，提高线路末端的电压，使线路的电能质量得到明显的改善，电力企业获得可观的经济收益。