10kV及以下配網(wǎng)電容無功補(bǔ)償及節(jié)能分析

周星（國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司物資公司，湖南 長(zhǎng)沙410000）

10kV及以下配網(wǎng)電容無功補(bǔ)償及節(jié)能分析

周星（國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司物資公司，湖南 長(zhǎng)沙410000）

本文從配網(wǎng)電容無功補(bǔ)償?shù)姆诸悺⒁?guī)劃原則以及重要性等等方面分析了10kV及以下配網(wǎng)電容無功補(bǔ)償，同時(shí)從補(bǔ)償電容量、無功補(bǔ)償裝置兩方面分析了無功補(bǔ)償裝置在10及以下配網(wǎng)中的節(jié)能方法。

10kV及以下配網(wǎng)電容；無功補(bǔ)償；節(jié)能

引言

配電網(wǎng)無功功率補(bǔ)償是改善電壓質(zhì)量和節(jié)能降耗的有效途徑。合理選擇無功補(bǔ)償點(diǎn)和確定補(bǔ)償容量，不但可以維持電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓水平和穩(wěn)定性，而且還能夠有效的避免無功的遠(yuǎn)距離傳輸，從而降低能耗和發(fā)電成本。但是，與用電量的增加速度相比，配電網(wǎng)的建設(shè)速度相對(duì)較慢尤其是無功分布不合理、補(bǔ)償設(shè)備少以及投運(yùn)率低等現(xiàn)象一直存在，致使難以保證系統(tǒng)運(yùn)行電壓，同時(shí)電網(wǎng)能耗問題也越來越明顯。筆者根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對(duì)10kV及以下配網(wǎng)電容無功補(bǔ)償及節(jié)能進(jìn)行了初步的分析與探討。

1 10kV以及以下配電網(wǎng)存在的問題

從現(xiàn)階段來看，10kV及以下配電網(wǎng)存在問題主要包括以下六個(gè)方面：①配電系統(tǒng)負(fù)荷增長(zhǎng)速度相對(duì)較快，過負(fù)荷損壞部分機(jī)械裝備，同時(shí)也在一定程度上增加了無功需求，從而導(dǎo)致無功缺額較大；②多數(shù)運(yùn)行的補(bǔ)償設(shè)備出現(xiàn)老化現(xiàn)象，其中部分補(bǔ)償設(shè)備處于停運(yùn)狀態(tài)，絕大多數(shù)農(nóng)村用戶既沒有考核補(bǔ)償設(shè)備的功率，也沒有全方位的規(guī)劃補(bǔ)償設(shè)備，同時(shí)運(yùn)行的補(bǔ)償設(shè)備不合理，導(dǎo)致無功缺額偏大而難以滿足正常的無功需求；③線路損耗較大，電壓質(zhì)量往往在用電高峰期相對(duì)較低；④補(bǔ)償方式主要是在變電站集中補(bǔ)償大容量的電容器，由線路輸送無功補(bǔ)償線路缺額，違背了“分層分級(jí)補(bǔ)償，就地平衡”原則；⑤10kV線路較長(zhǎng)，有的甚至超過了50km，由于線路沒有安裝必要的補(bǔ)償設(shè)備，導(dǎo)致線路損耗較大，降低了電能質(zhì)量；⑥無功補(bǔ)償設(shè)備在線路中的安裝位置不當(dāng)，容易引起通信中斷。

2 配網(wǎng)電容無功補(bǔ)償規(guī)劃的原則

配電網(wǎng)電容無功補(bǔ)償規(guī)劃應(yīng)當(dāng)遵循“分級(jí)分區(qū)補(bǔ)償、就地平衡”的原則，確保無功補(bǔ)償設(shè)備的布局科學(xué)合理。

2.1 總體與局部平衡的結(jié)合

無功電源的布局不當(dāng)回會(huì)引起局部地區(qū)的無功電力難以實(shí)現(xiàn)平衡，從而導(dǎo)致部分變電站或線路的無功電力出現(xiàn)過多或過少以及無功功率規(guī)模流動(dòng)的現(xiàn)象。無功功率的長(zhǎng)距離輸送和交換，在一定程度上提高了配電網(wǎng)的損耗。因此，在進(jìn)行無功補(bǔ)償規(guī)劃時(shí)，應(yīng)當(dāng)以總體平衡為基礎(chǔ)，研究局部無功補(bǔ)償方案，以獲得優(yōu)化組合，從而實(shí)現(xiàn)達(dá)到最理想的無功補(bǔ)償目的。

2.2 以中、低壓配電網(wǎng)補(bǔ)償為主，其它補(bǔ)償方案相結(jié)合

對(duì)于變電站而言，集中補(bǔ)償主要是指補(bǔ)償主變壓器的無功損耗和降低變電站以上輸配線路的無功傳輸，從而減少電網(wǎng)損耗。低壓配電網(wǎng)的線損約占全網(wǎng)總損耗的70%，因此，應(yīng)當(dāng)以低壓配電網(wǎng)無功補(bǔ)償為主，其它補(bǔ)償方案相結(jié)合，以有效的減少配電網(wǎng)全網(wǎng)的總損耗。

2.3 電力部門補(bǔ)償與用戶補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)合

為了有效的降低配電網(wǎng)中無功功率的輸送，提高電壓質(zhì)量，補(bǔ)償用戶的功率因數(shù)，要求無功功率的就地補(bǔ)償和就地平衡，多數(shù)采取配電變壓器低壓側(cè)補(bǔ)償?shù)姆绞?，因此，電力部門和用戶必須共同進(jìn)行補(bǔ)償。

2.4 以配網(wǎng)降損為主，降損與調(diào)壓的結(jié)合

配電網(wǎng)無功規(guī)劃的主要目的是：就地平衡無功電力，有效降低網(wǎng)損，提高用戶側(cè)的電壓質(zhì)量，在配電網(wǎng)安全向用戶供電的基礎(chǔ)之上，積極探求理想的無功補(bǔ)償經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

3 配網(wǎng)電容無功補(bǔ)償?shù)姆诸?/h2>

3.1 按電容器是否投切進(jìn)行分類

在配電網(wǎng)中，用于無功補(bǔ)償?shù)牟⒙?lián)電容器組可以分為不可投切電容器組和可投切電容器組兩大類。

3.1.1 采用不投切電容器的固定補(bǔ)償方式

此類補(bǔ)償方式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資小等特點(diǎn)，是我國(guó)配電網(wǎng)早期發(fā)展過程中最主要補(bǔ)償方式。但是，這種補(bǔ)償方式具有很多問題，如果根據(jù)最大負(fù)荷來補(bǔ)償，那么非常容易導(dǎo)致在負(fù)荷低峰期即后半夜電壓較高時(shí)電容器不能自行切除，從而產(chǎn)生無功過剩的現(xiàn)象；如果根據(jù)最小負(fù)荷來補(bǔ)償，那么在多數(shù)時(shí)間內(nèi)就難以滿足系統(tǒng)必要的無功需求。同時(shí)，由于電容器可能會(huì)與鄰近變壓器發(fā)生諧振而損壞變壓器，電網(wǎng)運(yùn)行的安全系數(shù)就會(huì)降低。另外，這種補(bǔ)償方式并不能有效的縮小電壓的波動(dòng)范圍，而只能提高用戶側(cè)的電壓水平，并未真正解決無功不足的問題。這種補(bǔ)償常常比較適合于負(fù)荷隨時(shí)間變化不大的條件下，難以滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)快速發(fā)展的客觀需求。

3.1.2 使用可投切電容器組分組投切的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償

嵌入式自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展顯著的改善了電容器投切裝置的控制器，可以根據(jù)電壓、無功、時(shí)間、功率因素和無功等進(jìn)行分組、分相、分時(shí)投切電容器組來滿足必需的無功需求，有效的解決了固定補(bǔ)償所存在的問題。對(duì)于季節(jié)性負(fù)荷和日波動(dòng)較大負(fù)荷而言，電容器自動(dòng)投切裝置都可以為系統(tǒng)提供有效的無功補(bǔ)償容量。但是，在投資方面，與固定補(bǔ)償?shù)碾娙萜餮b置經(jīng)濟(jì)性相比，電容器自動(dòng)投切裝置成本相對(duì)較高，經(jīng)濟(jì)性不容樂觀。

3.2 按電容器安裝位置的分類方式

現(xiàn)階段，此種分類方式主要的包括四類，電容器的安裝如圖1。

圖1 配電網(wǎng)無功補(bǔ)償方式

3.2.1 變電站集中固定補(bǔ)償

變電站集中固定補(bǔ)償（方式1）是指在變電站或10kV母線側(cè)安裝無功補(bǔ)償設(shè)備來實(shí)現(xiàn)集中補(bǔ)償，通過向系統(tǒng)輸入大量的無功來降低網(wǎng)損和改善電能質(zhì)量。此種補(bǔ)償方式主要優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)為：①在變電站內(nèi)運(yùn)行環(huán)境較好，安裝維護(hù)方便；②容易控制，受外界影響較小，使用壽命長(zhǎng)；③由于主變壓器容量大，降損效果顯著，安全性和經(jīng)濟(jì)性都較好。不足之處主要表現(xiàn)為：①無法補(bǔ)償線路的無功缺額；②由于需要配置保護(hù)和控制投切電容器的相關(guān)設(shè)備，成本相對(duì)較高；③降損作用較低，無法解決下一級(jí)電網(wǎng)的網(wǎng)損。

3.2.2 0.4kV側(cè)集中補(bǔ)償

現(xiàn)階段，此種補(bǔ)償方式是配電網(wǎng)采用的主要補(bǔ)償方式，是指通過在配電變壓器380V側(cè)集中補(bǔ)償?shù)姆椒ǎǚ绞?），滿足配電變壓器及輸電線路必需的無功需求，就地提供負(fù)荷的無功缺額，避免無功的大量流動(dòng)，在一定程度上補(bǔ)償配電變壓器和10kV線路的無功需求，改善電壓質(zhì)量。這種補(bǔ)償方式可以采用靜態(tài)補(bǔ)償和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，其中靜態(tài)補(bǔ)償較為常用。

3.2.3 10kV線路桿上無功補(bǔ)償

10kV線路桿上無功補(bǔ)償方式（方式3）是指在配電變壓器高壓側(cè)節(jié)點(diǎn)和10kV線路加裝由電容器組構(gòu)成的線路補(bǔ)償裝置，其中最為普遍的是將并聯(lián)電容器組安裝在電桿上形成單桿補(bǔ)償或者雙桿補(bǔ)償。這種補(bǔ)償方式的主要優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)為：①成本較低；②作用于補(bǔ)償線路上的無功缺額，達(dá)到就地補(bǔ)償?shù)哪繕?biāo)，降低10kV線路能損；③提高配電網(wǎng)功率因素，降低線路損耗升高電壓。不足之處是：①不能補(bǔ)償變壓器缺少的無功；②受環(huán)境因素影響大；③需結(jié)合其他補(bǔ)償方式。

3.2.4 0.4kV末端分散補(bǔ)償

0.4 kV末端分散補(bǔ)償（方式4）是指在0.4kV末端直接采用并聯(lián)電容器組來實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償，這種補(bǔ)償方式的主要對(duì)象為大型企業(yè)和用電較為集中的客戶。這種方式的主要優(yōu)點(diǎn)包括：①控制方便；②成本較低；③安裝方便。不足之處是：如果按照最大無功缺額來進(jìn)行無功補(bǔ)償，那么當(dāng)線路處于負(fù)荷低谷狀態(tài)時(shí)補(bǔ)償設(shè)備極易出現(xiàn)無功偏大和使用效率較低等現(xiàn)象。

4 無功補(bǔ)償?shù)闹匾?/h2>

作為保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定的重要因素之一，無功補(bǔ)償不但對(duì)于提升電網(wǎng)運(yùn)行功率和降低電器設(shè)備容量等具有十分重要的作用，而且還能夠在很大程度上減少線路損耗率，提高供電過程中線路運(yùn)輸有功功率的比率，這對(duì)于提高電網(wǎng)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益具有重要的推動(dòng)作用。

4.1 降低線損

作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱行業(yè)，供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益直接受到線損率的影響。就農(nóng)村基層供電企業(yè)而言，降低電線損耗是電力企業(yè)非常重視的問題。配電網(wǎng)無功能補(bǔ)償能夠有效的提高線路的運(yùn)輸功率，從而提高企業(yè)電能的利用率和減少用電成本。

4.2 改善電壓質(zhì)量

電能使用和居民生活直接受供電質(zhì)量的影響。在供電過程中，線路的首尾電壓存在一定的壓降，其升降與電流是同步進(jìn)行的。因此，利用無功能補(bǔ)償使電流量降低，可以有效的改善供電質(zhì)量和提高電能利用率。

5 無功補(bǔ)償裝置在10及以下配網(wǎng)中的節(jié)能方法

5.1 確定補(bǔ)償容量

在對(duì)線路進(jìn)行無功補(bǔ)償時(shí)，容量設(shè)置需要盡可能的降低線損。一般情況下，無功補(bǔ)償?shù)难b置容量以占平均無功負(fù)荷的2/3為宜。在無功補(bǔ)償裝置的安裝過程中，應(yīng)當(dāng)首先計(jì)算和分析線路的實(shí)際符合數(shù)，以確定無功補(bǔ)償裝置的容量范圍。

5.2 確定安裝位置

在無功補(bǔ)償裝置的安裝過程中，應(yīng)當(dāng)遵循“就地平衡”的原則，盡可能減少線路的無功電流。同時(shí)，每條線路以安裝1臺(tái)無功補(bǔ)償裝置為宜。另外，應(yīng)當(dāng)科學(xué)規(guī)劃無功補(bǔ)償裝置的安裝位置和補(bǔ)償點(diǎn)容量，對(duì)于線路損壞要進(jìn)行及時(shí)的修補(bǔ)，確保電能的持續(xù)利用，以滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)電能的需求。

6 結(jié)語(yǔ)

本文分析了10kV以及以下配電網(wǎng)存在的問題，配網(wǎng)電容無功補(bǔ)償?shù)姆诸?、?guī)劃原則以及重要性，同時(shí)簡(jiǎn)要介紹了無功補(bǔ)償裝置在10及以下配網(wǎng)中的節(jié)能方法。從目前來看，我國(guó)配電網(wǎng)無功補(bǔ)償仍有很多不足之處需要加以改善和提高，這對(duì)于電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)降耗節(jié)能的目標(biāo)具有極為重要的作用。

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TM714.3

A

2095-2066（2016）22-0088-02

2016-7-14

周 星（1982-），男，工程師，本科，主要從事電力物資管理、配網(wǎng)等工作。