無功動態(tài)補(bǔ)償裝置在10kV配電線路中的運(yùn)用

摘要:無功動態(tài)補(bǔ)償裝置應(yīng)滿足農(nóng)網(wǎng)10kV配電線路補(bǔ)償電容，適應(yīng)無功負(fù)荷的變化而達(dá)到比較理想的補(bǔ)償效果，從而降低線路損耗，增加經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞:無功動態(tài)補(bǔ)償容量效益分析

一、我縣10kV配電網(wǎng)現(xiàn)狀

近年由于負(fù)荷的持續(xù)增長，無功需量也在逐年增加，農(nóng)網(wǎng)無功補(bǔ)償容量嚴(yán)重不足，能夠根據(jù)無功需求進(jìn)行自動補(bǔ)償?shù)臒o功容量更是甚少。我縣10kV線路裝設(shè)集中補(bǔ)償電容總?cè)萘繛?0487千乏，占配變總報裝容量的5.3%，可投運(yùn)率100%;10kV配變低壓側(cè)裝有電容補(bǔ)償容量55771千乏，占配變總?cè)萘康?.3%，可投運(yùn)率98%;低壓用戶側(cè)就地隨器補(bǔ)償電容較少。

由于近年來我縣經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，三相異步電動機(jī)或潛水泵大量投入配網(wǎng)運(yùn)行，用電負(fù)荷以及無功需量迅速增長，農(nóng)網(wǎng)電壓調(diào)控能力和電壓質(zhì)量水平難以滿足當(dāng)?shù)剞r(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，供用電矛盾很突出。

二、無功補(bǔ)償?shù)母拍?/p>

我們知道電力系統(tǒng)中大多數(shù)用電設(shè)備均是根據(jù)電磁感應(yīng)原理來工作的，如變壓器、電動機(jī)等，它們都是依靠建立交變磁場來進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換或傳遞。所以這些設(shè)備除了吸收有功電流(功率)外，還要吸收一定的無功電流(功率)，用以建立交變磁場進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換和傳遞。一般而言，用電設(shè)備的無功電流是感性的，我們稱之為感性無功功率，定為無功負(fù)荷。而為用電設(shè)備提供無功功率的除了發(fā)電廠發(fā)電機(jī)、調(diào)相機(jī)外，再就是我們常見的并聯(lián)電容器，我們稱之為容性無功功率，定為無功電源。而感性無功功率和容性無功功率在相位上正好相反，如果它們并聯(lián)一起接在電網(wǎng)上，則這種無功的交換可以在容性功率和感性功率之間進(jìn)行，不用通過發(fā)電機(jī)和調(diào)相機(jī)發(fā)出的無功來實現(xiàn)交換，這就是我們通常概念中的無功補(bǔ)償。

在理想情況下各級系統(tǒng)設(shè)備所需的無功要求就地發(fā)出、就地消耗，這樣就不會在輸、配電線路上形成無功功率的遠(yuǎn)距離傳輸。無功功率的遠(yuǎn)距離傳輸一是會占用電力系統(tǒng)資源造成輸、變、配電設(shè)備供電能力的下降;二是會造成線路末端電壓的大幅下降;三是會在線路上增加有功功率和電能的損耗。因此我們在進(jìn)行無功補(bǔ)償規(guī)劃設(shè)計時遵循的基本原則是:分電壓等級分區(qū)域補(bǔ)償，就地平衡。并滿足“總體平衡與局部平衡相結(jié)合;供電部門補(bǔ)償與用戶補(bǔ)償相結(jié)合;集中補(bǔ)償與分散補(bǔ)償相結(jié)合，以分散補(bǔ)償為主;降損與調(diào)壓相結(jié)合，以降損為主”的要求。

三、10kV線路無功補(bǔ)償實例

我們現(xiàn)以1條10kV農(nóng)排線路為例，分別從線路現(xiàn)狀、線路分析、設(shè)備選型，節(jié)能分析等方面來說明一下補(bǔ)償效果:該條10kV線路平均負(fù)荷為1270千瓦，最高負(fù)荷2600千瓦，最低負(fù)荷300千瓦，該線路的自然功率因數(shù)cosφ1為0.75，線路上裝設(shè)的固定電容器補(bǔ)償容量為180千乏。

柏變511線路是我公司柏各莊35kV變電站出線的一條10kV配電線路，柏各莊供電所管轄。該線路全長33.93公里，線路供電半徑9.4公里，主干線路導(dǎo)線為LGJ-70，其余為LGJ-50、LGJ-35，其中以LGJ-35居多。主要以柏各莊范圍內(nèi)農(nóng)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(fù)荷較重，且晝夜及農(nóng)灌期間負(fù)荷變化大，雖經(jīng)更換導(dǎo)線增加導(dǎo)線截面，安裝分散式固定無功補(bǔ)償，線損率有了一些降低，但線損的絕對值仍很大，2006年底該條線路的線損率為10.56%。

為了進(jìn)一步降低線損，提高供電質(zhì)量，公司采用了DWK-12戶外高壓無功自動補(bǔ)償裝置。

DWK-12戶外高壓無功自動補(bǔ)償裝置用在10kv線路上，是無功分散補(bǔ)償?shù)囊环N，由于采用了編碼自動投切的方式，可以根據(jù)負(fù)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(jīng)過分析計算，將其安裝在適當(dāng)位置，可使線路損耗明顯降低，用較少的投資，收到可觀的經(jīng)濟(jì)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(bǔ)償不可替代的產(chǎn)品。

1、主要特點(diǎn):

⑴根據(jù)線路無功變化自動檢測、分析計算、控制電容器的投切，當(dāng)系統(tǒng)停電后再次送電設(shè)備自動檢測并進(jìn)入控制狀態(tài);

⑵采用電壓無功綜合控制，比功率因數(shù)控制更科學(xué)更準(zhǔn)確(有些線路無功很小但功率因數(shù)卻很低，如果采用功率因數(shù)控制就會投電容器造成過補(bǔ)，也可能出現(xiàn)末端電壓“翹辮子”或電網(wǎng)諧振等危害)。

⑶ 率先在國內(nèi)實現(xiàn)了分級、多級編碼投切，使得高壓線路的無功補(bǔ)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(diào)(便于運(yùn)行管理和數(shù)據(jù)采集)。

2、結(jié)構(gòu)和工作原理

裝置結(jié)構(gòu)及原理框圖如下圖。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?jù)電壓互感器和電流互感器的實時數(shù)據(jù)進(jìn)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(jìn)行短路保護(hù)，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DWK-12戶外高壓無功自動補(bǔ)償裝置的功能和使用方法，我們同西安森寶電氣工程有限公司的技術(shù)人員進(jìn)行了技術(shù)交流，并針對柏變511線路的實際負(fù)荷情況制定技術(shù)方案，同時現(xiàn)場實際勘察，針對此線路較長，分支負(fù)荷較大，負(fù)載的自然功率因數(shù)較低的情況，確定采用兩點(diǎn)集中補(bǔ)償，補(bǔ)償位置1為主干線40#桿，位置2為榮各莊分支30#桿前端。

2007年6月8日，在西安森寶電氣工程有限公司技術(shù)人員的指導(dǎo)下，柏變511線路DWK-12進(jìn)行了安裝調(diào)試，調(diào)試后即投入運(yùn)行。

設(shè)備投運(yùn)后，從變電站到線路出口的功率因數(shù)明顯提高，由 0.75提高到 0.95、線路末端電壓升高了300V、線路無功下降了600kvar(該數(shù)據(jù)為投運(yùn)時現(xiàn)場讀得)，經(jīng)過半年的試運(yùn)行，設(shè)備運(yùn)行正常，確實達(dá)到了減少線損，提高供電質(zhì)量的設(shè)計目的。

四、無功補(bǔ)償量計算

為了準(zhǔn)確計算出DWK-12的節(jié)能效果，對柏變511線的線路損耗進(jìn)行了統(tǒng)計計算，計算結(jié)果如下:

1、線路概況:柏變511線路總長約為33.93km，線路很長;負(fù)荷性質(zhì)為農(nóng)業(yè)灌溉，春、夏、秋三季灌溉用電較多，由此可知，此條線路負(fù)荷季節(jié)性較強(qiáng)，在灌溉季節(jié)無功缺額會最多。此條線路目前有3臺固定電容器，容量共180kvar。其中6月-10月:白天功率因數(shù)0.92，夜里過補(bǔ)-0.75;其他月份固定補(bǔ)償手動切除三組，功率因數(shù)在0.90以下。

2、線路基本參數(shù)

⑴.柏變511線配變安裝容量11600KVA

⑵.平均負(fù)荷率32%

⑶.自然功率因數(shù)0.75

⑷.導(dǎo)線型號均為LGJ-120 桿距80m

⑸.線路出口電壓10.4KV

⑹.設(shè)備安裝后段配變?nèi)萘?160KVA

3、在40號桿安裝DWK-12，補(bǔ)后功率因數(shù)0.95，補(bǔ)償容量550(靜補(bǔ)100+動補(bǔ)150+動補(bǔ)300)千乏，由于采用兩級動補(bǔ)，補(bǔ)償容量共分100、250、400、550四級，位置2補(bǔ)償容量為200(動補(bǔ)50+動補(bǔ)150)kvar?；緦崿F(xiàn)了缺多少無功補(bǔ)多少無功，較好的解決了線路負(fù)荷變化對無功的需求。

4、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(wǎng)輸送能力的前提下，提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，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(diǎn)功率因數(shù)從cosφ1提升到cosφ2 ，安裝點(diǎn)補(bǔ)償后的電壓U2將稍大于補(bǔ)償前電壓U1，為分析問題方便，可認(rèn)為U2≈U1=U，則當(dāng)線路上的電流減少為I`。

在方案設(shè)計和配置時，應(yīng)充分考慮負(fù)荷的變化和分布，一方面首先要做好用戶低壓側(cè)就地集中補(bǔ)償，在此基礎(chǔ)上再采用多點(diǎn)、多級的高壓無功補(bǔ)償裝置，即按線路的無功負(fù)荷分布，設(shè)置2個或3個以上的高壓補(bǔ)償點(diǎn)，補(bǔ)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(bǔ)償裝置為好?；蛘咄ㄟ^采用調(diào)整電容器受電電壓的方式來調(diào)整補(bǔ)償容量(Q=2πfCU2) 。

五、總結(jié)

總之，電壓質(zhì)量管理工作的技術(shù)管理是一項長期、系統(tǒng)、細(xì)致、專業(yè)性較強(qiáng)的工作，需要各部門的密切配合和用戶的支持配合。通過對該套電容動補(bǔ)裝置的試用，我們在裝置的選用、配置、安裝、調(diào)試以及維護(hù)方面總結(jié)了一些經(jīng)驗，要求廠家進(jìn)行了改進(jìn)，并將逐步推廣使用，這對于提高10KV配電線路功率因數(shù)，降低線路損耗將發(fā)揮重要作用。

參考文獻(xiàn):

[1趙全樂. 線損管理手冊 中國電力， 2007.

[2]王孔良. 用電管理. 中國電力， 2007