1.補償點及補償容量的確定
為求出在滿足運行約束條件下的最優(yōu)無功補償容量及位置，本文以年支出費用最小為目標函數，以潮流方程約束為等式約束，以負荷電壓、補償容量等運行限量為不等式約束。年支出費用包括補償設備的年運行維護費、投資的回收、補償電容的有功損耗和補償后10kv網線損而支付的能損費用?？偟挠泄p耗由兩部分組成:(1)因有功電流的流動產生，(2)由無功電流的流動產生。通過在線路上安裝補償電容器，能夠減小無功電流，從而減小無功電流的流動引起的有功損耗。對網絡中除電源節(jié)點外的所有節(jié)點實施此算法，按照每個節(jié)點補償最佳容量后降低的有功線損，由大到小排列，即可得候選的補償節(jié)點。此系統(tǒng)利用遺傳算法對得到候選的補償節(jié)點來求解補償節(jié)點及補償容量 ，補償點只能選在節(jié)點處。而這些節(jié)點有可能不是最佳補償點，為此系統(tǒng)提出基于非節(jié)點的補償算法，即利用遺傳算法并行尋優(yōu)的特點，在每個補償節(jié)點的上接和下接支路中，按電線桿的位置，增加相應節(jié)點(稱為非節(jié)點)，以節(jié)點與非節(jié)點的電氣距離作為控制變量集，再利用遺傳算法求出最佳補償位置及補償容量。通過算例分析顯示在不增加無功補償設備費用的前提下，這種“非節(jié)點”補償方式能進一步提高電壓水平及降低線損。
2.補償位置確定
無功補償裝置安裝地點的選擇應符合無功就地平衡的原則，盡可能減少主干線上的無功電流為目標。不同電容器組最佳裝設位置的計算公式如下：li=(2i/2n+1)l式中，l為線路長度，n為電容器組數，li為第i組電容器的安裝位置，i=1……n通過測算，根據實踐中經驗，一條線路安裝一臺無功補償柜一般安裝在線路負荷三分之二處。通過合理配置無功補償容量，選擇電容器最佳裝設地點，能改善電壓質量，還能降低線路損耗。一般地說，配電線路上電力電容器安裝組數越多，降損效果越明顯，但相應地增加了運行維護的工作量，同時也增加了補償設備的投資成本上升。因此，一般在負荷分布相對均勻的線路上，安裝1組電容器比較好，最多不超過2組。由于桿上安裝的并聯(lián)電容器遠離變電所，容易出現(xiàn)保護不易配置、控制成本高、維護工作量大、受安裝環(huán)境和空間等客觀條件限制等工程問題。因此，桿上無功優(yōu)化補償必須結合以下實際工程要求來進行：
(1)補償點宜少，一條配電線路上宜采用單點補償，不宜采用多點補償;(2)控制方式從簡。桿上補償不設分組投切;
(3)補償容量不宜過大。補償容量太大將會導致配電線路在輕載時的過電壓和過補償現(xiàn)象;另外桿上空間有限，太多的電容器同桿架設，既不安全，也不利于電容器散熱，線路分散補償電容器組容量應控制在150kv及以下;
(4)接線宜簡單。最好是每相只采用一臺電容器裝置，以降低整套補償設備的故障率;
(5)保護方式也要簡化。主要采用跌落熔斷器和氧化鋅避雷器分別作為過流和過電壓保護，其熔斷器的額定電流按電容器組額定電流的1.43～1.55倍選取;150kvar以上時應采用柱上斷路器或負荷開關自動控制。
3.無功補償技術要求
①泄漏比距：≥24mm/kv。②額定電壓：10.5kv，最高工作電壓：12kv。③接線型式：單星型，中性點不接地。④所有連接：銅排或銅絞線(銅編織線)，引出端子銅材。⑤電容器組帶自放電電阻：電容器組的剩余電壓在5分鐘之內由工作電壓降至50v以下，10分鐘之內放電完畢。⑥箱體：不銹鋼。⑦鐵構件：鍍鋅。⑧投切開關：高壓真空接觸器。⑨線路用電流互感器：lzkw-10型開啟式。⑩電容器保護：過流、過流速斷、過電壓、欠電壓、零序、電容器放電時間禁合。測量精度:電壓電流±0.5%?？刂乒δ?功率因數控制電容器投切。統(tǒng)計功能：日最高最低電壓、電流、功率因數，電容器投切前后運行數據，運行電容器運行時間。遠程通信和抄表：rs485接口，實現(xiàn)當前運行數據下載、整定值下載修改上傳、遙控投切、統(tǒng)計記錄下載。本期采用近距離射頻無線通訊方式。數據管理軟件：具有較完善的設備管理和通訊、分析、打印功能。包括：運行數據下載:線路電壓、線路電流、線路無功、線路功率因數、三相電容器電流、電容器累計動作次數、電容器投入時間、系統(tǒng)時間;整定值或運行參數下載上傳;遙控投切;電容器投切前后運行數據下載;日最高最低電壓、電流、功率因數數值及出現(xiàn)時間下載。
4.10kv線路無功補償實例
我們現(xiàn)以1條10kv農排線路為例，分別從線路現(xiàn)狀、線路分析、設備選型，節(jié)能分析等方面來說明一下補償效果：該條10kv線路平均負荷為1270千瓦，最高負荷2600千瓦，最低負荷300千瓦，該線路的自然功率因數cosφ1為0.75，線路上裝設的固定電容器補償容量為180千乏。
該線路是35kv變電站出線的一條10kv配電線路。該線路全長33.93公里，線路供電半徑9.4公里，主干線路導線為lgj-70，其余為lgj-50、lgj-35，其中以lgj-35居多。主要以范圍內農業(yè)排灌、大米加工、蔬菜冷儲用電和居民生活用電為主，夏秋季負荷較重，且晝夜及農灌期間負荷變化大，雖經更換導線增加導線截面，安裝分散式固定無功補償，線損率有了一些降低，但線損的絕對值仍很大，2011年底該條線路的線損率為10.56%。
為了進一步降低線損，提高供電質量，公司采用戶外高壓無功自動補償裝置。戶外高壓無功自動補償裝置用在10kv線路上，是無功分散補償的一種，由于采用了編碼自動投切的方式，可以根據負荷的變化自動投切電容器，將線路的無功潮流降到較小的程度，經過分析計算，將其安裝在適當位置，可使線路損耗明顯降低，用較少的投資，收到可觀的經濟效益。安裝該裝置后，線路末端電壓有所提高。是一般固定無功補償不可替代的產品。
1)該裝置主要特點：
⑴根據線路無功變化自動檢測、分析計算、控制電容器的投切，當系統(tǒng)停電后再次送電設備自動檢測并進入控制狀態(tài);
⑵采用電壓無功綜合控制，比功率因數控制更科學更準確(有些線路無功很小但功率因數卻很低，如果采用功率因數控制就會投電容器造成過補，也可能出現(xiàn)末端電壓“翹辮子”或電網諧振等危害)。
⑶ 率先在國內實現(xiàn)了分級、多級編碼投切，使得高壓線路的無功補償更為精確;
⑷可通過無線通訊模塊、gprs和cdma等通訊方式實現(xiàn)近程控制或遙測遙調(便于運行管理和數據采集)。
2)結構和工作原理
裝置結構主要由電容器、控制器、真空接觸器、電壓互感器和電流互感器、濾波裝置、戶外跌落式熔斷器六部分組成?？刂破鞲鶕妷夯ジ衅骱碗娏骰ジ衅鞯膶崟r數據進行處理和判斷，控制電容器的投切。真空接觸器接收和執(zhí)行來自控制器的指令，完成電容器的投切動作。戶外跌落式熔斷器對裝置進行短路保護，一旦裝置有短路故障，跌落式熔斷器立刻跳開，防止對裝置和線路造成損害。
為了切實了解戶外高壓無功自動補償裝置的功能和使用方法，我們與供電局的技術人員進行了技術交流，并針對該線路的實際負荷情況制定技術方案，同時現(xiàn)場實際勘察，針對此線路較長，分支負荷較大，負載的自然功率因數較低的情況，確定采用兩點集中補償。
2011年6月，該線路戶外高壓無功自動補償裝置進行了安裝調試，調試后即投入運行。 設備投運后，從變電站到線路出口的功率因數明顯提高，由 0.75提高到 0.95、線路末端電壓升高了200v、線路無功下降了600kvar(該數據為投運時現(xiàn)場讀得)，經過半年的試運行，設備運行正常，確實達到了減少線損，提高供電質量的設計目的。
5.節(jié)能效益分析
我們知道線損和電流的平方成正比。輸電線上的電流越大，線路損失就越大，如果我們在不改變電網輸送能力的前提下，提高電網的功率因數，就能夠有效的減小輸電線上的無功電流，也就能有效減小線損。如果安裝點功率因數從cosφ1提升到cosφ2 ，安裝點補償后的電壓u2將稍大于補償前電壓u1，為分析問題方便，可認為u2≈u1=u，則當線路上的電流減少為i`。
在10kv線路系統(tǒng)當中，各類非線性電力設備消耗無功功率是比較大，尤其是運行當中的變壓器，對無功容量的消耗是比較大的，用戶終端的感應電動機也是無功電能消耗的主要單元，如果10kv線路系統(tǒng)的無功消耗過多，無功補償設備不合理及不準確的時候，對整個線路系統(tǒng)的功率因數均有影響，不能維持線路的高質量輸送水平，使得電能消耗較多。在10kv線路電網當中，無功補償所帶來的經濟效益是比較高的，并且應該盡量將無功補償點選在線路終端位置，降低符合無功功率的損耗，并增強功率因數，有效降低線路損耗，這樣可取得較為明顯的經濟效果。
在方案設計和配置時，應充分考慮負荷的變化和分布，一方面首先要做好用戶低壓側就地集中補償，在此基礎上再采用多點、多級的高壓無功補償裝置，即按線路的無功負荷分布，設置2個或3個以上的高壓補償點，補償裝置采用單級容量較小、步長最短，2級以上的高壓無功補償裝置為好?；蛘咄ㄟ^采用調整電容器受電電壓的方式來調整補償容量(q=2πfcu2)
通過無功補償裝置的安裝可行性分析，無功裝置的安裝是非常必要的，不僅能有效提高線路的補償容量，降低線路能量的消耗，還能用較少的資金投入獲得較大經濟效益，增強了10kv線路運行的可靠安全性。在分析其他線路的時候，也可通過這類計算公式來分析線路的無功補償情況，并對無功補償裝置的可行性進行分析研究，確定需要補償的無功裝置型號，選擇恰當的補償型號，獲得最大的投資效益，增強電力企業(yè)綜合競爭能力。
6. 管理與維護
無功補償裝置安裝后，需要使用筆記本電腦進行現(xiàn)場在線動態(tài)管理，調出歷史資料，查看裝置是否按照設置方式和參數進行自動投切。還要從變電站觀察補償裝置投、切時線路上功率因數和電流是否發(fā)生了變化，達到預期的效果。如不理想，應該分析原因，調整設置參數，甚至調整定補和自補容量。是為了做好無功管理工作的保障，必須編寫詳細，責任明確，達到閉環(huán)管理。要從補償裝置計劃提出開始，到對設備的技術要求、選型定貨、驗收試驗、安裝施工、運行管理、維護檢修、拆遷移位等每個環(huán)節(jié)都要落實到相關部門，責任到人。
(1)無功補償裝置的運行情況可以從調度自動化月報表中或變電站運行月報表中反映出來。
(2)無功補償裝置是重要電氣設備之一，應該結合線路運行每月檢查一次。
(3)使用紅外線測溫儀測量電容器外殼溫度(特別是在夏季)，并做好測量記錄。
(4)補償裝置主機套管、電容器套管、絕緣子、跌落式熔斷器、避雷器及支架等，應結合每年春防、秋防停電時進行清掃檢查。