1　引言

　　近十年来，我国电力装机容量每年以10GW的速度递增，大大缓解了供电紧张的局面。从1997年的表面现象来看，全国大部分地区开始出现电力饱和现象。例如山东省的装机容量已达16GW，但全年的高峰负荷尚不足11GW。伴随着供电量增加的同时，电网建设的速度明显滞后，网络损耗问题日益突出。近几年来，国家电力公司和省市电业局都开始重视这一问题。大家已普遍认识到降低网损是供电部门减小供电成本的重要突破口，也是今后增加供电量的重要手段。有专家估算，通过降损来提高供电量，成本仅为兴建电厂成本的1/4～1/5，是非常可行的。国家电力公司电力科学研究院曾就系统网损做过较全面的调查，分析报告表明了降损的潜力和意义^［1］。
　　当前我国的电力网损耗可分为3个等级：220kV及以上电压等级网损；110kV及35kV网损；10kV网损。这三部分网损量的比例大致为1.5∶1.1∶2.5，其中10kV配网的降损潜力最大。
　　10kV及以下配电网网损大的突出原因在于，配电网建设严重滞后，网架薄弱，设施老化，线路长，线径小，有的10kV线路长50～70km，甚至有100km以上者，另外配电变压器也大部分为高能耗变压器。农网的这一问题尤为突出，“八五”末期全国农网网损平均为28%。
　　从降低网损和提高供电可靠性的角度出发，10kV配电线路的长度应控制在10km以内。目前全国城网10kV配电线平均长度约6km左右，一些大城市市区内已缩短在1～2km以内，因而损耗并不大(城区配电网的损耗主要集中在400V侧)。但在广阔的农网领域，由于变电站数量少，长距离供电是一种普遍现象，并且由于负荷量小，不可能选择过粗的线径，这就造成线路的阻抗大，损耗也大。线路的阻抗大，使得线路的首末端电压降特别大，严重超出国家和地方有关标准的要求，造成部分地段电压质量不合格。10kV配电线路的损耗高，给电力部门带来了不应有的损失，并且间接地提高了供电电价，加之电能质量的不合格，严重影响了特别是农村用户的用电积极性。
　　 此次城乡电网改造中，电网降损问题已引起广泛重视^［2，3］，被列为电网改造要重点解决的问题之一。城乡电网特别是低压电网的降损问题如能得到很好解决，将会极大地挖掘农村的用电潜力，对解决电力饱和问题意义重大。

2　无功补偿是10kV配电网降损升压的有效手段

　　图1为一条导线的简化等值电路（10kV线路的对地导纳可忽略）。有功功率损耗ΔP_i为

　　　　　(1)

　　由式(1)中不难看出，要想减小损耗，有以下几种办法：①减少流经导线的有功电流；②减少流经导线的无功电流；③减小导线的等值电阻，即加大导线截面，缩短供电半径。导线的电压一般在额定值附近，可作为定值处理。

图1　一条线路的等值电路

　　图2为变压器的等值电路图。其有功功率损耗ΔP_T为

　　　　　　(2)

图2　变压器等值电路

　　变压器降损的方法有3种，方法①、②同上述线路降损的办法，第3种方法是减小G_T与R_T，即采用低损耗变压器。
　　另外，以图1为例，线路的压降为

　　　　　　　　(3)

　　减小压降的方法也同样在于减少流经导线的有功、无功电流以及减小导线的等值阻抗。

　　在工程实践中，以下措施得到了重视：
　　(1)改造配电网网架结构，甚至提高电压等级和增加变电站所，合理分配有功和无功；
　　(2)更换高能耗变压器；
　　(3)加大导线截面，缩短供电半径；
　　(4)无功功率补偿。
　　这4种措施相互关联，但并不冲突，主要应根据所在地的实际损耗情况和资金情况予以考虑。
　　第一种改造措施是基于对配电网长远发展考虑的好办法，它合理地改造不尽完善的配电网，可以为配电网提供10年以上高效、稳定的运行环境。但是由于工程投资巨大，投资回收期长，大多数的市镇在目前都难以开展这项工作，局部和小范围的改造比较现实。
　　第二、三种措施投资已大为减小，但仍可观。资金充裕的地区可以考虑。
　　第四种措施投资最少，同时由于我国配电网长期以来无功匮乏，由其造成的网损蔚为可观，通过无功补偿来降低网损和提高电压是一种投资少回报高的方案。在配电变压器低压侧的补偿不但可以降低线路损耗，而且能够降低配变的损耗，一些高能耗变压器因损耗降低而还可以延迟退役，电压质量也将因此而有很大改善。据估算，网损在10%以上的10kV配电线路，大致可降损5%～10%，投资可在1～2年内回收。而前几种措施要达到同样降损效果，投资需在3～4倍以上。
　　所以总的来看，通过无功补偿来降损升压是配电网改造的有效办法，在无功补偿的基础上再因地制宜、卓有成效地实施其他改造，应是大多数地区配电网特别是农网的首选方案。

3　配电网无功补偿现存的几个问题

　　随着人们对配网建设的重视和无功补偿技术的发展，低压侧无功补偿技术在配电系统中也开始普及。从静态补偿到动态补偿，从有触点补偿到无触点补偿，都取得了丰富的运行经验。但是，在实践过程中也暴露出一些问题，必须引起重视。
　　(1)补偿方式问题。
　　目前很多部门无功补偿的出发点还放在用户侧，即只注意补偿用户的功率因数，而不是立足于降低电力网的损耗。如为提高某电力负荷的功率因数，增设1台补偿箱，这固然会对降损有所帮助。但是如果要实现有效的降损，必须通过计算无功潮流，确定各点的最优补偿量、补偿方式，才能使有限的资金发挥最大的效益。这是从电力系统角度考虑问题的方法。
　　如北京某地线路的补偿方案由于缺乏通盘考虑，投资三、四十万元，而线路降损只有1%。而经计算，该线路的降损潜力至少有5%～6%，如果能合理补偿，完全可以达到这一降损目标。
　　 (2)谐波问题。
　　电容器具备一定的抗谐波能力，但谐波含量过大时会对电容器的寿命产生影响，甚至造成电容器的过早损坏；并且由于电容器对谐波有放大作用，因而使系统的谐波干扰更严重。另外，动态无功补偿柜的控制环节，容易受谐波干扰影响，造成控制失灵。
　　因而在有较大谐波干扰，又需补偿无功的地点，应考虑添加滤波装置。这一问题普遍被忽视，致使一些补偿设备莫名其妙地损坏。因而做无功补偿设计时必须考虑谐波治理。
　　(3)无功倒送问题。
　　无功倒送是电力系统所不允许的，因为它会增加线路和变压器损耗，加重线路负担。无功补偿设备的生产厂家，虽然都强调自己的设备不会造成无功倒送，但是实际情况并非如此。对于接触器控制的补偿柜，补偿量是三相同调的；对于晶闸管控制的补偿柜，虽然三相的补偿量可以分调，但是很多厂家为了节约资金，只选择一相做采样和无功分析。于是在三相负荷不对称的情况下，就可能造成无功倒送。至于采用固定电容器补偿方式的用户，在负荷低谷时，也可能造成无功倒送。选择补偿方式时，应充分考虑这一点。
　　(4)电压调节方式的补偿设备带来的问题。
　　有些无功补偿设备是依据电压来确定无功投切量的，这有助于保证用户的电能质量，但对电力系统而言却并不可取。因为虽然线路电压的波动主要由无功量变化引起，但线路的电压水平是由系统情况决定的。当线路电压基准偏高或偏低时，无功的投切量可能与实际需求相去甚远，出现无功过补或欠补。
　　综上所述，10kV配电网低压侧的无功补偿工作应更多地考虑系统的特点，不应因电压等级低、补偿容量小而忽视补偿设备对系统侧的影响（包括网损）。如果需降损的线路能基于一个完善的补偿方案进行改造，则电力系统侧的收益将比分散的纯用户行为的补偿方式要大得多。

4　无功补偿的有关技术分析

　　图3为10kV配电线路无功补偿的示意图。CVC是指混合式的无功补偿设备（Composite Var Compensator）,放置在配电变压器出线端，连同变压器一起进行无功补偿。

图3　10　kV配电线路无功补偿示意图

　　在无功补偿工程中，本文使用等网损微增率来优化补偿容量。
　　设Q_C为线路总补偿容量，kvar；K₁为单位补偿容量的一次性成本,元/kvar;K₂为单位时间内单位补偿容量的运行维护费用,元/kvar*a），T为时间,a;F₁为时间段内的总费用：

　　　　　F₁＝K₁Q_C＋K₂Q_C T　　　　(4)

　　设β为单位电价，元/kWh；Q₁，Q₂，…，Q_n为线路上各点的补偿容量，Q_C＝Q₁＋Q₂…＋Q_n；τmax为全网每年最大损耗小时数，kW;ΔP为线路补偿后降低的网损，kW;F₂为时间段T内网络降损后节省的电能费用,元。所以有

　　　　　ΔP＝f(Q₁,Q₂，…，Q_n)　　　　　(5)

　　　　　F₂＝βΔPTτmax　　　　　　　　(6)

　　所以时间段T内的投资收益F为

　　F＝F₂－F₁＝βΔPTτmax－K₁Q_C－K₂Q_CT　　　　　　(7)

　　要想使经济效益最好，必须使，所以有

　　　　　(8)

　　由式（8）可以组成N个方程。假定时间已知，方程组共有N个变量（Q₁,Q₂,…Q_n），由此可以求得Q₁,Q₂,…Q_n。
令式（7）＝0，可以求得投资回收时间T₀：

　　　　　　　(9)

　　如果先确定总补偿容量Q_C，以ΔP最大为目标，则可得

　　　　　　　(10)

　　由式（10）可以组成N-1个方程，方程组共有N-1个变量，也可以求得Q₁,Q₂,…，Q_n。同样用式（9）可以求得投资回收时间T₀。
　　投资补偿效果可用示意图说明，如图4。由图可见，当cosφ＝1时线路是完全补偿的，由零补偿到完全补偿的过程中，曲线斜率越来越小，说明网损的减小越来越不显著。所以在实际工程

图4　投资补偿效果示意图

中，线路的补偿度一般控制在功率因数为0.9～0.95之间。
　　图5示意了投资收益与时间的关系。cosφ₁>cosφ₂>cosφ₃，分别对应于3条曲线。cosφ₃所对应的补偿度较低，投资回收期较短；cosφ₁所对应的补偿度较高，投资回收期较长，但在一个较长时间段内收益较大。

图5　投资收益与时间的关系

　　综上所述，10kV及380V线路是资源侧和需求侧的交汇点，由于电压等级低，一直被电力系统所忽视，因而存在的问题也较多，损耗大、电能质量差是比较突出的，所以此次电网改造的着力点应在配电。但是如何搞好配电网，大家并无足够的经验。笔者根据自己的调查和研究，认为配电线路的综合无功补偿工作在降损节能中有重要意义，是目前配电网改造工作中值得重视的技术方向。

参考文献
1　能源部电力科学研究院.电力系统网损调查分析报告.1989
2　魏光耀. 我国城市电网的现状与发展.供用电，1998(1)
3　包叙定. 加快农网改造开拓农村市场.1998，6