配電網(wǎng)串補(bǔ)設(shè)備的應(yīng)用以及優(yōu)化改進(jìn)

周 鑫李勝男覃日升王立春王 興

（1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，昆明 650217；2.夢網(wǎng)榮信科技集團(tuán)股份有限公司，遼寧 鞍山 114051）

配電網(wǎng)串補(bǔ)設(shè)備的應(yīng)用以及優(yōu)化改進(jìn)

周 鑫1李勝男1覃日升1王立春2王 興2

（1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，昆明 650217；2.夢網(wǎng)榮信科技集團(tuán)股份有限公司，遼寧 鞍山 114051）

本文介紹了農(nóng)網(wǎng)長距離輸電造成的電壓不合格問題，提出了采用分檔式串聯(lián)電容器組進(jìn)行補(bǔ)償。分檔式串聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備不僅滿足了當(dāng)下補(bǔ)償容量需求，而且預(yù)留了未來經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的補(bǔ)償容量。分檔式串聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備還兼顧了系統(tǒng)諧振抑制功能，從運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析取得了較滿意的結(jié)果。

串補(bǔ)；農(nóng)網(wǎng)；電壓質(zhì)量；線損；分檔式；

電壓質(zhì)量是電能質(zhì)量的一個重要指標(biāo)，欠壓或者過壓都會影響用戶設(shè)備的正常工作或者導(dǎo)致誤動作，造成經(jīng)濟(jì)損失。無論國內(nèi)外，隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)快速展，電壓質(zhì)量問題成為了電力系統(tǒng)亟待解決的問題。

本文介紹了配電網(wǎng)串聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)的原理，并提出采用分檔投入電容器組技術(shù)來解決線路末端電壓過低等問題，分檔投切技術(shù)不但解決當(dāng)下的電線路末端電壓低問題，還為未來預(yù)留了補(bǔ)償容量，延遲了設(shè)備的使用年限，從而增加了設(shè)備投資收益。2015年分檔串補(bǔ)設(shè)備在云南農(nóng)網(wǎng)大橋站牛達(dá)線進(jìn)行了投運(yùn)，通過設(shè)備在現(xiàn)場運(yùn)行后的數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析，驗證了方案的可行性和優(yōu)良效果。

1 農(nóng)網(wǎng)電能質(zhì)量問題

我國配電網(wǎng)正處于不斷優(yōu)化和發(fā)展時期，偏遠(yuǎn)山區(qū)由于經(jīng)濟(jì)落后，電網(wǎng)建設(shè)成本高等原因，供電質(zhì)量嚴(yán)重不合格，主要體現(xiàn)在電壓波動大，電壓偏低等問題。山區(qū)農(nóng)村 10kV電網(wǎng)送電線路普遍距離長，由于架設(shè)線路比較困難，因此輸電線路一般為單線路，并且承擔(dān)較大的負(fù)荷，導(dǎo)致中末端電網(wǎng)電壓偏低等情況出現(xiàn)，給當(dāng)?shù)鼐用裆钣秒妿聿槐?，制約當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展。

通過新建輸電線路來提高線路輸送能力，在山區(qū)實現(xiàn)難度比較大，建設(shè)成本也比較高，短期內(nèi)很難收回成本。因此期望找到一種價格較低，電壓支撐能力較優(yōu)，同時維護(hù)量盡可能小的農(nóng)用送電線路電壓綜合治理解決方案。

串聯(lián)補(bǔ)償解決配網(wǎng)電壓問題時，不僅可以調(diào)節(jié)線路末端的電壓，同時可以提高線路的功率因數(shù)并減小電壓的波動，降低線路損耗，在國際上已有90余年的歷史。在我國高壓輸電工程中，串補(bǔ)技術(shù)應(yīng)用已比較廣泛，而在山區(qū)農(nóng)村配電網(wǎng)中的應(yīng)用還較少。由于農(nóng)網(wǎng)未引起電網(wǎng)公司的足夠重視，再加上山區(qū)交通不便，經(jīng)濟(jì)落后，制約了串補(bǔ)設(shè)備在我國山區(qū)農(nóng)網(wǎng)中的應(yīng)用。隨著國家西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施，低壓串補(bǔ)設(shè)備在農(nóng)網(wǎng)的應(yīng)用具有廣闊的前景。概述串補(bǔ)的主要功能有：

1）補(bǔ)償電壓和線路電流成正比，根據(jù)電流大小，實時調(diào)節(jié)電壓的變化，提高受電末端的電壓。

2）串補(bǔ)可提高線路輸送能力，為線路后端的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了電力支撐。

3）當(dāng)裝置下游大型沖擊負(fù)荷運(yùn)行時，能實時補(bǔ)償無功功率。

4）降低了有功損耗和無功損耗，能得到不小的經(jīng)濟(jì)效益。

2 串聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)調(diào)節(jié)電壓原理

串聯(lián)補(bǔ)償電容器在系統(tǒng)中的連接如圖1所示。

圖1 線路中串聯(lián)電容器示意圖

由圖1可知，在未進(jìn)行串聯(lián)電容補(bǔ)償前，線路的輸送功率是：

串聯(lián)電容器補(bǔ)償后，這條線路的輸送功率變?yōu)?/p>

由串聯(lián)電容器補(bǔ)償前和補(bǔ)償后的公式對比可知，串聯(lián)電容器減小了線路阻抗，相當(dāng)于減小了兩系統(tǒng)之間的電氣距離，從而大大的提高了線路的傳輸容量。

串聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)在輸電網(wǎng)中應(yīng)用的工程較多，相關(guān)技術(shù)和設(shè)備也比較成熟。在中低壓配電網(wǎng)中應(yīng)用還相對較少，中低壓電網(wǎng)位于電網(wǎng)的末端，以輻射狀線路向廣大客戶供電，沿線有多個配電變壓器支路，大部分負(fù)荷特性是感性。如圖2所示，配電網(wǎng)中在不串聯(lián)電容器時，給出了感性負(fù)荷的向量圖。

圖2 配電網(wǎng)不加串聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備時的向量圖

線路的首末端線電壓值為

由式（3）可知，在感性負(fù)載下末端電壓低于首端電壓。

配電線路串聯(lián)入電容器組XC時，如圖3所示，線路首末端電壓差為

圖3 配電網(wǎng)加串聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備時的向量圖

由式（4）可知，串聯(lián)的電容器在感性負(fù)荷情況下，都能產(chǎn)生一個和線路電抗電壓相反的電壓，降低線路的壓降，其值為

綜上可知，串聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)提高了補(bǔ)償點的電壓，改善了配電線路沿線的電壓分布。在一定的輸送功率下，因提高了線路電壓水平，所以降低配電網(wǎng)線路的電流值，從而也降低了線路損耗。

3 串聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備的實現(xiàn)

目前電網(wǎng)運(yùn)行基本都是圖4類型的普通串聯(lián)補(bǔ)償裝置，根據(jù)上文分析，此種普通串聯(lián)補(bǔ)償裝置具有很大的局限性，因此進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。設(shè)備圖如圖5所示。

圖4 普通串聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備的主接線圖

圖5 改進(jìn)后的串聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備的主接線圖

3.1 電容器組的分檔投入

如圖5所示，對第2段電容器進(jìn)行了改進(jìn)，增加一個斷路器，可控制第2段電容器的投切。設(shè)備剛啟動時，串補(bǔ)設(shè)備運(yùn)行在1段模式。當(dāng)線路電流連續(xù)大于切換電流定值30min時，串補(bǔ)設(shè)備運(yùn)行模式切換到2段運(yùn)行模式，增大補(bǔ)償度，提高補(bǔ)償點電壓。切換的邏輯圖如圖6所示。

圖6 分檔補(bǔ)償控制邏輯圖

3.2 旁路斷路器的保護(hù)

旁路斷路器在串補(bǔ)設(shè)備中是十分重要的器件，用于臨時旁路保護(hù)，保護(hù)火花間隙設(shè)備的運(yùn)行安全。如果電容器過壓故障持續(xù)存在，間隙會長時間點燃導(dǎo)致?lián)p壞或者大大降低使用壽命，因此斷路器能可靠的合閘動作對于保護(hù)設(shè)備是非常的關(guān)鍵。

因此設(shè)計時將MBS開關(guān)設(shè)計成負(fù)荷開關(guān)，可以帶負(fù)荷合閘，MBS作為旁路斷路器的后備保護(hù)。MBS動作后，串補(bǔ)設(shè)備永久閉鎖。需要人工到現(xiàn)場檢查斷路器排除故障后才能再次投運(yùn)設(shè)備。

當(dāng)控制電源出現(xiàn)問題時，MBS和旁路斷路器都將無法動作，此時如果發(fā)生故障，勢必要造成設(shè)備的損壞。旁路斷路器進(jìn)行了合閘優(yōu)先設(shè)計，當(dāng)控制電源出現(xiàn)欠壓問題后，旁路斷路器能快速合閘，退出設(shè)備。

3.3 諧振時串補(bǔ)分檔退出

投入串補(bǔ)設(shè)備后，在配電網(wǎng)中運(yùn)行中可能會遇到兩種諧振問題：鐵磁諧振和感應(yīng)電動機(jī)自激。為此，串補(bǔ)設(shè)備增加了諧振保護(hù)功能。

諧振保護(hù)功能是，當(dāng)檢測到諧振電流時：

1）如果串補(bǔ)設(shè)備處于1段運(yùn)行模式，此時線路發(fā)生諧振問題，串補(bǔ)設(shè)備就自動切換到2段運(yùn)行模式，改變線路的電氣參數(shù)，試圖打破諧振的條件，500ms后如果諧振電流未大幅減小，則退出串補(bǔ)（即旁路斷路器合閘）。

2）如果串補(bǔ)設(shè)備處于2段運(yùn)行模式，此時線路發(fā)生諧振問題，串補(bǔ)設(shè)備就自動切換到1段運(yùn)行模式，改變線路的電氣參數(shù)，試圖打破諧振的條件，500ms后如果諧振電流未大幅減小，則退出串補(bǔ)（即旁路斷路器合閘）。

3）串補(bǔ)設(shè)備改變運(yùn)行模式后，如果諧振電流逐漸減小消失，則30min后按照圖4邏輯圖進(jìn)行模式切換。

3.4 串補(bǔ)裝置的遠(yuǎn)程遙控功能

牛達(dá)線位于比較偏遠(yuǎn)的山區(qū)，去現(xiàn)場路程比較遙遠(yuǎn)，設(shè)備維護(hù)成本比較大。因此該串補(bǔ)設(shè)備具備無線網(wǎng)絡(luò)通信功能，可遠(yuǎn)程控制設(shè)備投切、并監(jiān)控現(xiàn)場數(shù)據(jù)，降低了平時維護(hù)成本。其通信網(wǎng)絡(luò)示意圖如圖7所示。

圖7 串補(bǔ)設(shè)備組網(wǎng)示意圖

可以在后臺集中管理和監(jiān)控多臺串補(bǔ)裝置，方便電網(wǎng)公司遠(yuǎn)程遙控和設(shè)備檢測以及故障分析。

3.5 小結(jié)

改進(jìn)型的串補(bǔ)裝置，不僅增加了串補(bǔ)設(shè)備的分檔補(bǔ)償能力，還增加了線路諧振保護(hù)功能。這項分檔補(bǔ)償技術(shù)增強(qiáng)了串補(bǔ)設(shè)備的電壓調(diào)節(jié)能力，提高了設(shè)備穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)效益。

4 改進(jìn)后的串補(bǔ)應(yīng)用數(shù)據(jù)分析

在云南省大橋變電站牛達(dá)干線上安裝一套分檔串補(bǔ)設(shè)備（兩段式），總?cè)菘故?0Ω，每段15Ω。設(shè)備運(yùn)行后，對線路節(jié)點電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計，線路額定電壓是10kV，見表1。

表1 大橋站運(yùn)行在1.05 p.u.時壓降

表2 大橋站運(yùn)行在1.0 p.u.時壓降

由表1和表2可知，在100%峰值負(fù)荷時，表2中電壓提升率是表1中電壓提升率的2倍，可知串補(bǔ)設(shè)備在電壓過低時自動投入了兩段電容器，線路電壓提高率有了明顯提高。線路安裝分檔式低壓串聯(lián)補(bǔ)償裝置后，線路負(fù)荷從 70%負(fù)荷變化到 130%時，通過調(diào)整大橋站的運(yùn)行電壓，基本上可以保證整條牛達(dá)線電壓都控制在合格范圍內(nèi)，0.93～1.05p.u.之間，電壓合格率大幅提升，串補(bǔ)裝置的補(bǔ)償效果非常明顯。

5 結(jié)論

本文以10kV大橋站牛達(dá)線配電網(wǎng)串聯(lián)補(bǔ)償裝置為案例，驗證了串補(bǔ)設(shè)備在提高電壓方面的優(yōu)良特性以及串補(bǔ)裝置分檔投退的補(bǔ)償優(yōu)點。串補(bǔ)設(shè)備投入后，改善了配電網(wǎng)線路沿線的電壓分布，提高了線路的輸送能力，同時可以抑制因串聯(lián)電容器而過補(bǔ)償造成系統(tǒng)諧振問題，串補(bǔ)裝置的經(jīng)濟(jì)效益非常明顯。

推進(jìn)配電網(wǎng)分檔串聯(lián)補(bǔ)償項目的建設(shè)，建立統(tǒng)一后臺管理和監(jiān)控，優(yōu)化配電網(wǎng)電壓分布，可以徹底的解決我國山區(qū)農(nóng)村長距離配電網(wǎng)的電壓質(zhì)量問題。

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雙饋風(fēng)力發(fā)電變流器和全功率風(fēng)力發(fā)電變流器

近日，國家知識產(chǎn)權(quán)局公布專利“雙饋風(fēng)力發(fā)電變流器和全功率風(fēng)力發(fā)電變流器”，申請人為深圳市長昊機(jī)電有限公司。

本實用新型適用于電子技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種雙饋風(fēng)力發(fā)電變流器和全功率風(fēng)力發(fā)電變流器，雙饋風(fēng)力發(fā)電變流器，包括第一機(jī)側(cè)變換器、第一網(wǎng)側(cè)變換器、主接觸器、并網(wǎng)接觸器和第一主斷路器。

第一機(jī)側(cè)變換器分別連接雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組和第一網(wǎng)側(cè)變換器，第一網(wǎng)側(cè)變換器的另一側(cè)通過主接觸器連接所述第一主斷路器，第一主斷路器的另一側(cè)與電網(wǎng)連接，并網(wǎng)接觸器分別連接雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子繞組和第一主斷路器；第一主斷路器為真空斷路器。

本實用新型提供的器件，可提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的安全。

Application and Optimization of Series Compensation Equipment in Distribution Network

Zhou Xin1Li Shengnan1Qin Risheng1Wang Lichun2Wang Xing2
(1.Yunnan Electric Power Research Institute,Kunming 650217；2.Rongxin Power Electronic,Ltd,Anshan,Liaoning 114051)

Brief introduction of power voltage long distance transmission caused by the unqualified problem,put forward the file type of series compensation capacitor group.Step type series compensation equipment not only meets the current demand and compensation capacity reserved compensation capacity for the future development of our economy,step type series compensation device also takes into account the system resonance suppression function,the satisfactory results are obtained from the analysis of the operation data.

FSC；rural power grid；voltage quality；line loss；energy conservation

周鑫（1984-）男，河北唐山人，碩士，中級工程師，研究方向為電能質(zhì)量。