無功補償裝置在10kV配電網(wǎng)的應(yīng)用

周勝峰

電力系統(tǒng)中的無功功率是一個實時動態(tài)系統(tǒng)，供用平衡。我局的10kV配電線路所帶的負荷季節(jié)性很強，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)排灌期感性負載大。經(jīng)常出現(xiàn)無功不足，功率因數(shù)下降，導(dǎo)致電網(wǎng)電網(wǎng)輸送的無功電流加大，線損增加、系統(tǒng)電壓降低、負載設(shè)備出力下降，一尺來維持能量轉(zhuǎn)換的守衡。為使電網(wǎng)中的無功電流最小，最好的辦法是在電網(wǎng)中無功負荷存在的各個環(huán)節(jié)配置無功電源。從而減少電網(wǎng)中的無功電流，減少網(wǎng)損，提高設(shè)備效率。無功功率的平衡應(yīng)按照“全面規(guī)劃、合理布局、分級補償”的原則進行，采用集中與分散相結(jié)合，以分散補償為主，調(diào)壓與降損相結(jié)合，以降損為主。為此，我局在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用電設(shè)備的投運前要求用戶加裝無功補償裝置，同事我局也根據(jù)負荷的變化進行無功裝置的投切，取得了較好的效果。

1 我縣農(nóng)網(wǎng)無功平衡現(xiàn)狀分析

慶安縣電網(wǎng)子1998以來進行了系列改造、農(nóng)網(wǎng)升級工程、技改項目等電力建設(shè)。土地整理、水利工程建設(shè)、農(nóng)民自建提水線路等。通過使用JP柜或無功補償箱和自動補償柜等方式，基本解決了0.4kV層面的變壓器隨器補償，通過安裝10kV線路無功補償電容器，基本解決了10kV層面的線路補償。這兩個層面的武功不補償設(shè)備的設(shè)置，是按照“分級、就地”的原則，單點補償容量小，一般在實際千乏到幾百千乏之間。我局在農(nóng)網(wǎng)中無功潮流最集中地環(huán)節(jié)是60kV變電站。我局共有60kV變電站12座，主變?nèi)萘?42100kVA/17臺。平均單臺容量在6300kVA以上，大負荷時，全部主變負荷率達到100%以上，可見我局負荷的特殊性，故主變本身就是個容量很大的感性負載，小號的無功公率相應(yīng)較大。另外。10kV層面的配電線路分散補償不能完全平衡掉線路上的無功需求，每個60kV變電站都有幾條出線，0.4kV的感性負載的增加，這些無功需求疊加在一起集中到變電站10kV母線側(cè)，數(shù)值可達幾千千乏。無功功率的增加，大大的增加了線路的損耗，電壓降曾大，導(dǎo)致用電設(shè)備出力不足，嚴重的導(dǎo)致設(shè)備燒毀。

2 60kV變電站的集中無功補償裝置分析

我局對60kV變電10kV母線側(cè)的集中無功補償都是按照20～30%的集中補償裝置，然而，這些集中補償裝置均是固定容量不分組或簡單分為兩組，這也是問題所在。這幾千千乏的集中補償設(shè)備，均是手動投切的，要么不投切，要么投上一組就是一半或是全部無功容量。根據(jù)我局的季節(jié)性負荷的特點，我們在平安變電所安裝了一套“有級調(diào)壓式動態(tài)無功補償系統(tǒng)”器工作原理是采用特種自耦調(diào)壓變壓器與又在分接開關(guān)配合，實現(xiàn)若干檔自動調(diào)壓，從而調(diào)節(jié)輸出的無功功率。此裝置在我局的應(yīng)用過程中，效果相對固定模式的補償電容器組，補償?shù)男Ч茫ㄗh采納此種形式。但是這種模式不是真正的動態(tài)跟蹤補償模式。

在當前廣泛采用的補償模式下，補償設(shè)備在實際運行中經(jīng)常工作在下面幾種狀態(tài)：比如城東變單組裝置2000kVar，在某一個時間段需要補充1000KVarde無功?？晒┻x擇的方案只有兩種，其一，不投入補償設(shè)備，欠補運行，導(dǎo)致無功負荷需穿越主變到60kV線路，并向上到上級變電站。導(dǎo)致主變輸出能力減小、運行效率低、損耗增加，線路線損增加、上級變電站無功負荷增加；其二，投入補償設(shè)備，則過補運行，致使無功過剩，向上一級返送，使主變二次電壓升高、系統(tǒng)設(shè)備絕緣壽命降低，主變輸出能力降低，運行效率降低，主變、線路損耗降低。

由此可見，上述補償模式是最適合大型工廠、企業(yè)變電集中補償?shù)姆绞健４笮凸S、企業(yè)的負荷特點是穩(wěn)定、變化率小，所以很適合采用此種方式。然而我局60kV變電站的負荷性質(zhì)，恰恰相反，具有不穩(wěn)定、變化率大的特點。上述不分組或簡單分組型式補償裝置，存在不能跟隨無功潮流變化而變化補償容量的問題。即便是前述“有級調(diào)壓式動態(tài)無功補償系統(tǒng)”調(diào)節(jié)范圍僅為補償電容器容量的36～100%

進年來，隨著大功率電力可控硅技術(shù)的發(fā)展和完善，電力科技領(lǐng)域出現(xiàn)了一種真正意義上的動態(tài)跟蹤補償裝置——變電站動態(tài)無功自動補償裝置，使解決隨負荷變化進行合理動態(tài)無功補償成為現(xiàn)實。

3 變電站動態(tài)無功自動補償裝置

此裝置采用一種全新的技術(shù)理念，根據(jù)結(jié)構(gòu)原理的不同，動態(tài)跟蹤補償（SVC）技術(shù)又分為：自飽和電抗型、晶閘管相控電抗器型、晶閘管投切電容器型、高阻抗變壓器型和勵磁控制的電抗器型等。它突破了用斷路器、真空接觸器等開關(guān)分組投切電容器的傳統(tǒng)方式。壓控調(diào)容智能無功補償裝置，利用電容器在無功補償中的容性無功和器端電壓的平方成正比的原理，通過調(diào)節(jié)電容器的電壓來改變電容器發(fā)出的無功出力，從而達到精細補償無功的目的。由于不采用機械投切方式，故不會產(chǎn)生因投切引起的充、放點涌流及過電壓等問題。從而減少了對電網(wǎng)和電容器的沖擊，延長了電容器的使用壽命。

其特點是：①實時跟蹤、動態(tài)補償，是功率因數(shù)達到95%以上；采用了電力可控硅，利用串聯(lián)技術(shù)投切電容器組，實現(xiàn)零投切，無沖擊、無涌流、無操作過電壓，大大提高了設(shè)備的使用壽命。②改善電壓質(zhì)量，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，抑制電壓閃變；降低線損，高效節(jié)能，提高電器設(shè)備運行效率，增加變壓器的出力及效率。③控制器實現(xiàn)智能化、數(shù)字化，顯示清晰、操作簡單并且具有良好的通信接口。④保護齊全。具有多重保護性，可與綜合自動化實現(xiàn)聯(lián)合保護。此裝置有多重容量的產(chǎn)品可供選擇?？蓱?yīng)用新建變電站，并可通過增加調(diào)壓、控制系統(tǒng)的方式，對現(xiàn)有的設(shè)備進行升級改造。將原有集成TBB不補償裝置升級成自動補償裝置。和好的解決變電站存在的補償不細、投切產(chǎn)生的過電壓和涌流等問題。

4 改造存在的問題和解決的辦法

推廣應(yīng)用此項新技術(shù)裝置，目前主要存在以下問題：一是資金不足。目前此類裝置價格較高，一般電容器補償裝置每千乏約一百多元或更少。而變電站動態(tài)無功補償裝置市場價約為每千乏二百多元左右。如10000KVAx2的變電站補償率按20%計算需要補4000kVar，包括后臺控制在內(nèi)全部新建約需要資金80萬元左右。二是保護控制。一種情況是采用廠家獨立控制屏單獨控制，能夠?qū)崿F(xiàn)本站范圍內(nèi)科學(xué)合理運行。但它一般均未納入本站綜合自動控制。另一種情況是與變電站的綜合自動化裝置融洽結(jié)合，這要求現(xiàn)有的綜自裝置要與之結(jié)合，需要綜自裝置做一定的后續(xù)軟件銜接。

5 改造方案和效益分析

對現(xiàn)有的變電站補償設(shè)備進行改造升級，不用更換原電容器組，之需要增加相應(yīng)調(diào)壓設(shè)備和控制屏，每個站需要的資金就大幅減少了。主要采用在原有電容器的基礎(chǔ)上，增加相應(yīng)的調(diào)壓控制裝置，有如下兩種方案：一是采用可控硅調(diào)壓型的動態(tài)無功自動補償裝置，可真正實現(xiàn)動態(tài)0～100%調(diào)節(jié)范圍的補償。此方案投資相對多一點但是可靠。目前匹配3000kVar約需要資金50萬元左右。二是采用帶有載分接開關(guān)的自耦調(diào)壓變壓器控制裝置，實現(xiàn)動態(tài)分若干檔調(diào)壓的補償裝置，匹配3000kVar約需要資金25萬元左右。以一座10000KVAx2變電站改造安裝此裝置為例，若10kV側(cè)功率因數(shù)由0.92提高到0.96，主變按平均0.65負荷系數(shù)計算：2×10000×（0.96-0.92）×365×24×0.65=4555200kWh。每年可多供電量4555200kWh，按0.10元/kWh利潤計算，年可增收約為45.55萬元，主變本身因功率因數(shù)提高也可以減少損耗，還可以保證電壓質(zhì)量。我局12座變電站，若均改造為動態(tài)無功補償模式，每年經(jīng)濟效益可達幾百萬元，效益十分可觀。

農(nóng)網(wǎng)無功平衡工作，需要認真務(wù)實地搞好調(diào)查研究，堅持從實踐中來到實踐中去。以農(nóng)村電網(wǎng)更科學(xué)、更安全、更經(jīng)濟委目標，降低電網(wǎng)損耗，提高電壓質(zhì)量、提高經(jīng)濟效益。做好無功平衡工作就等于減少了能源的損耗，提高了企業(yè)效益、增加了社會效益。