配網(wǎng)長線路加裝串補改善電壓質(zhì)量問題探究

李華軍

摘要：隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，農(nóng)村的用電量和用電需求迅速增加，在促進農(nóng)村電力實業(yè)迅速發(fā)展的同時，也對供電的穩(wěn)定性和可靠性提出了更高的要求。文章首先對配網(wǎng)長距離配電線路中存在的低電壓問題進行了分析，然后闡述了加裝固定串聯(lián)電容器在10kV線路中對電壓改善的作用，通過加裝串補的仿真計算加以驗證，證實了該方法的有效性。

關(guān)鍵詞：配電線網(wǎng)；長線路；串補；電壓質(zhì)量；低電壓；串聯(lián)電容器 文獻標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM714 文章編號：1009-2374（2016）32-0032-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.32.015

目前，農(nóng)村經(jīng)濟的迅速發(fā)展，導(dǎo)致農(nóng)村的用電需求和用電量迅速上升，對供電電壓的穩(wěn)定性要求也越來越高。但是從當(dāng)前農(nóng)村電網(wǎng)的實際情況來看，還存在著很多問題，其中比較突出的就是，10kV配網(wǎng)線路的運輸距離比較長，導(dǎo)致電壓下降，因而無法滿足農(nóng)村用電的電壓需求。電壓過低造成很多農(nóng)用機械無法運轉(zhuǎn)甚至啟動，成為制約農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展的重要限制因素。與此同時，該問題的存在也降低了農(nóng)電網(wǎng)電壓的合格率，無法高質(zhì)量地完成上級部門提出的農(nóng)電網(wǎng)考核任務(wù)。為了解決問題，我們制定了很多方案，并進行了對比分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采用固定串聯(lián)補償方案具有較高的可行性，具有較好的經(jīng)濟適用性，可以用最少的經(jīng)濟投入，最大限度地改善10kV配網(wǎng)長線路的電壓質(zhì)量，而且不需要進行人工干預(yù)，減少人力資源的投入。本文以當(dāng)?shù)啬称瑓^(qū)的10kV配網(wǎng)長線路為例，對加裝串補改善電壓質(zhì)量的問題展開具體分析。

1 農(nóng)網(wǎng)電壓質(zhì)量的影響因素分析

就目前的情況來看，農(nóng)村配電網(wǎng)主要是以10kV為主，且電網(wǎng)規(guī)模較大，電力負荷情況相對復(fù)雜。同時由于農(nóng)村配電網(wǎng)的線路較長，導(dǎo)致其電壓質(zhì)量并不穩(wěn)定，容易受到多種因素的影響。下文就對影響農(nóng)網(wǎng)電壓質(zhì)量的主要因素進行簡單分析：

第一，農(nóng)村電網(wǎng)的架設(shè)比較薄弱，而且分布格局缺乏科學(xué)性和合理性，再加上供電的半徑距離較大，供電設(shè)備老化現(xiàn)象嚴(yán)重，進一步加劇了配電線路的電壓損耗，如果其承擔(dān)的負荷較重，就容易導(dǎo)致線路末端電壓降低，無法滿足農(nóng)村的用電需求。

第二，由于農(nóng)村的配電變壓器較多，且其地域分布十分廣泛，這些都使得農(nóng)村電網(wǎng)的負荷存在巨大的峰谷剪刀差，而且農(nóng)村電網(wǎng)的季節(jié)性十分明顯，上述情況都對農(nóng)網(wǎng)送電效率和電能質(zhì)量起到了負面影響。

第三，在農(nóng)網(wǎng)的部分線路中，會使用一些大容量電動機，但由于對電動機的接入缺乏良好的技術(shù)管理，在電動機啟停的過程中就會對農(nóng)網(wǎng)線路的電壓造成影響。

除了上述三點因素外，農(nóng)村電網(wǎng)建設(shè)的資金缺乏也是重要的原因，資金的缺乏拖延了電網(wǎng)的改造速度。另外，農(nóng)網(wǎng)管理體制的不完善等因素也阻礙了農(nóng)網(wǎng)電壓質(zhì)量差等問題的改善。

2 電壓串補基本原理分析

在配電線路中，可串聯(lián)增加一個容性設(shè)備（如電容器）。其中電容器的容抗會與線路中的電抗進行抵消作用，這樣電力輸送端和接收端間的電氣距離就會相應(yīng)縮短。所謂串聯(lián)補償度，通俗來講，就是串聯(lián)容的抗值和線路電抗值之間的比值，即Xc/SL，該比值應(yīng)該<1/2。目前，國內(nèi)串聯(lián)補償度的數(shù)值在30%～45%之間（圖1）。

式中：U為線路末端電壓；P為線路末端有功；R為線路等效電阻；Q為線路末端無功；X為線路等效電抗。

通常情況下，P、R、Q、X的數(shù)值均>0，所以△U的結(jié)果也>0，末端電壓<首端電壓。但是在線路中加裝串聯(lián)電容器之后，X的數(shù)值會下降，甚至?xí)?lt;0，所以△U的結(jié)果也可能轉(zhuǎn)變?yōu)?。根據(jù)這一原理，只要升高負荷側(cè)的電壓，就能使電壓保持在合理范圍，促進電壓治理工作的開展。串聯(lián)電容器中無功總量的計算公式如下：

在線路正常運行的過程中，如果產(chǎn)生的負荷較大，I（線路電流）的數(shù)值也會比較大，根據(jù)上述公式，電容器的無功總量就會增加；反之，如果負荷較小，I的數(shù)值越低，電容器的無功總量就會降低，直至降為0。由此推導(dǎo)，串聯(lián)補償?shù)臒o功總量是隨著負荷的變化而變化的，而且二者成反比例關(guān)系。也正因為如此，要改善農(nóng)網(wǎng)長線路中的電壓，可以采用串聯(lián)補償方式，具有顯著優(yōu)勢。

3 模擬仿真

3.1 建立仿真模型

本次仿真模型的建立主要采用Matpower潮流計算工具包（Matlab），具體步驟為：（1）結(jié)合客戶提供的線路圖紙，對每一個節(jié)點進行編號和命名；（2）根據(jù)線路圖紙，通過查表的方式，分別計算出每一條線路中的R值、X值和C值；（3）收集近1.5年中該線路的最大有功功率、無功功率和視在功率以及上述數(shù)值的平均值，明確線路的最大負載率及其平均值；（4）將每一個節(jié)點變壓器的參數(shù)作為參考值，參考上一步得出的最大負載率和平均負載率，計算出每一個節(jié)點的最大功率和平均功率；（5）將并補的參數(shù)及串補的參數(shù)都轉(zhuǎn)化成線路參數(shù)；（6）將上述數(shù)據(jù)按工具包要求格式進行輸入工作，然后進行仿真。

3.2 仿真的重難點

3.2.1 選擇合適的串補部位。串補部位的選擇不能盲目，需要對多種因素進行綜合考慮，注意以下問題：（1）應(yīng)和線路的末端保持距離，切忌過分靠近。這是因為，如果它們的間距較短，一旦發(fā)生重載等情況，位于線路中段的變電站電壓數(shù)值就會大幅度下降，即使加裝串補，也無法對之前的線路進行補償，還會影響到后段線路的補償效果；（2）應(yīng)和線路的首端保持一定的距離。在加裝串補電容器進行補償，會大幅升高兩相鄰變電站的電壓，使之接近線路開始端的電壓值，但是電壓仍會在一定時間后不斷下降。假設(shè)在線路的首端進行串補，那么線路末端的電壓就無法得到提升；（3）建議串補部位盡量加裝于主干線上，因為一般分支配電線的整體距離較短，電流比較小，產(chǎn)生的負荷也比較強。所以如果只能加裝1套串補裝置，應(yīng)該盡量安裝在距離比較長，而且電流比較大的主干線上。

3.2.2 選擇合理的串補容量。配電線路的自身電抗值以及串補度是串補容量的決定性影響因素。在本次研究中，我們設(shè)計了2段串補，其中1段的串補度約為1/2，2段串補度的綜合約為1。如果線路的負載較輕，可以只投入1段。