10kV及以下供配電系統(tǒng)的負荷計算和無功功率補償

文/周魯

作為供配電系統(tǒng)的重要組成部分之一，10kV供配電系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用范圍較廣，對10kV供配電系統(tǒng)負荷進行精確計算，以及對無功補償技術(shù)進行有效應(yīng)用，可有效提升供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性與持續(xù)性，使其在社會生產(chǎn)生活中發(fā)揮最優(yōu)效用。本文就此展開了論述。

1 電力負荷的分級

根據(jù)實際應(yīng)用環(huán)境及需求的不同，電力負荷通常具有不同的級別，對應(yīng)不同的社會生產(chǎn)生活實際。一般而言，通?？梢詫㈦娏ω摵煞譃槿缦聨讉€層級。

首先是一級負荷，即供配電系統(tǒng)的最高負荷。一級負荷對社會生產(chǎn)生活的影響極為直接而深遠，表現(xiàn)為一旦負荷中段，將在政治、經(jīng)濟、交通、通信等方面造成嚴重負面影響，影響社會正常運行，甚至造成社會安全事故，因此對其連續(xù)性及可靠性有著較高要求，在供配電系統(tǒng)的應(yīng)用中，需要采取針對性措施防止其供應(yīng)中段。其次是二級負荷，二級負荷的穩(wěn)定性要求僅次于一級負荷。當(dāng)二級負荷出現(xiàn)故障問題，供應(yīng)不連續(xù)時，會對社會經(jīng)濟運行產(chǎn)生較大程度上的影響，對于部分人員密集場所會出現(xiàn)混亂失控現(xiàn)象，同時會對政治、經(jīng)濟、交通等帶來較大不便。其次是三級負荷，即除一級負荷與二級負荷之外的最低最層級的負荷，對社會經(jīng)濟生活的影響相對較小，但其在供配電系統(tǒng)中所發(fā)揮的重要作用不容忽視。

對供配電系統(tǒng)的電力負荷進行適當(dāng)分級，有利于依據(jù)不同分級制定不同的供配電系統(tǒng)設(shè)計與運行策略，提高電氣設(shè)備保護的針對性，為社會生產(chǎn)生活的持續(xù)穩(wěn)定運行提供基礎(chǔ)性的能源供應(yīng)保障。

2 負荷計算的目的和意義

負荷計算是進行供配電系統(tǒng)設(shè)計的重要環(huán)節(jié)之一，理想的負荷計算可為優(yōu)化供配電系統(tǒng)設(shè)計效果，提高供配電系統(tǒng)的安全性與經(jīng)濟性具有關(guān)鍵意義。

具體而言，進行供配電負荷計算的目的主要包括：合理掌握變配電所內(nèi)變壓器的負荷電流等基本數(shù)據(jù)，并以此為基礎(chǔ)擇定變壓器，配備合適功率及數(shù)量的變壓器；合理掌握負荷電流大小，為供配電系統(tǒng)合理選擇供配電系統(tǒng)的各個主要組成部分，以及科學(xué)確定電力線路截面奠定基礎(chǔ)，防止電流過大對供配電設(shè)備造成強烈沖擊；合理掌握供配電系統(tǒng)可能承受的最高負荷，使供配電系統(tǒng)始終保持持續(xù)穩(wěn)定運行狀態(tài)，始終滿足用電實際需求，適應(yīng)用電需求的高低波動，并為電氣設(shè)計提供必要的技術(shù)保障。

在供配電系統(tǒng)實踐中，負荷計算結(jié)果是否科學(xué)有效，直接關(guān)系到供配電系統(tǒng)各個組成部分的選定，直接關(guān)系到供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。若負荷計算結(jié)果超高，則所配備的供配電系統(tǒng)構(gòu)件要求相應(yīng)提高，造成不必要的資源消耗與浪費；若負荷計算結(jié)果超低，則使供配電系統(tǒng)長期處于超負荷狀態(tài)，不利于安全穩(wěn)定，難以對持續(xù)穩(wěn)定供電形成保障。

當(dāng)前，在供配電系統(tǒng)設(shè)計中，采取較多的負荷計算方法為二項式系數(shù)法，該方法相對簡便易行，計算結(jié)果具有顯著優(yōu)勢，可為供配電系統(tǒng)設(shè)計提供最為可靠的計算結(jié)果數(shù)據(jù)。需要系數(shù)法的主要計算方法為：

有功功率：P30=Kx*P1(kw)；

無功功率：Q30= P30*tgψ（kVar）；

式中Kx 為需要系數(shù)； cosΦ為功率因數(shù)；tgΦ為功率因數(shù)的正切值。在負荷計算過程中，要根據(jù)供配電系統(tǒng)的客觀實際需求，選擇合適的需要系數(shù)以及功率因素，確保計算公式運用正確，計算方法得當(dāng)，計算結(jié)果具有參考價值和引導(dǎo)作用。

3 10kV配電網(wǎng)無功補償技術(shù)的應(yīng)用方式

3.1 變電站集中補償

采取變電站集中補償方式，可以有效降低供配電系統(tǒng)的線路損耗，使無功功率始終處于相對平衡的狀態(tài)，通常所用到的設(shè)備包括電容器、同步調(diào)相機和靜止補償器等。變電站集中補償通過調(diào)節(jié)優(yōu)化供配電系統(tǒng)的功率參數(shù)，實現(xiàn)集中補償?shù)哪康模哂邪惭b管理方便，設(shè)備檢修管理簡便等優(yōu)勢特點，因而被無功補償實踐所廣泛采用。

3.2 低壓分散無功補償

低壓分散無功補償技術(shù)通過在變壓器電壓相對較低的部分增設(shè)補償裝備，對電容器進行分散無功補償，有效防止了因補償容量不當(dāng)而造成的供配電線路失衡等問題。通過采用低壓分散無功補償技術(shù)，可有效提高供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性及供電效能，具有較為顯著的節(jié)能效果，有效提升了經(jīng)濟效益。但該種補償技術(shù)通常對人工操作水平要求較高，需要嚴格按技術(shù)要求進行，避免因人為操作不當(dāng)而引起的補償失衡。

3.3 無功功率就地補償

無功功率就地補償是通過電力感應(yīng)載荷與電容器的并聯(lián)，使其同步運行，對電容器進行持續(xù)供電。在實際運行中，無功功率就地補償技術(shù)可相對獨立地存在，不需配合其他補償技術(shù)的應(yīng)用。通過無功功率就地補償，可有效減少供配電線路的自身損耗，同樣具有較好的節(jié)能效果。

4 10kV供配電系統(tǒng)設(shè)計的對策

4.1 確保配電所設(shè)計的合理性

隨著經(jīng)濟社會的持續(xù)快速發(fā)展，社會各行業(yè)對供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠習(xí)慣產(chǎn)生了更為強烈的需求，因此要采取合理措施與方法提高配電所設(shè)計的合理性，使其充分發(fā)揮應(yīng)有效用。要以供配電系統(tǒng)設(shè)備的實際為基礎(chǔ)，選擇合理的高低壓供電方式，在確保配電所基本美觀性的基礎(chǔ)上，優(yōu)化各設(shè)備之間的協(xié)調(diào)與配合。為有效避免能源浪費，提高配電所運行的經(jīng)濟效益，要根據(jù)實際實際需求設(shè)計額定容量，并根據(jù)其實際運行情況及時進行擴容優(yōu)化調(diào)整。

4.2 選擇合理的接線方式，確保用電安全性

對于10kV供配電系統(tǒng)而言，合理的接線方式，對于保證供配電系統(tǒng)運行的安全性具有極為重要的作用。因此要根據(jù)供配電實際需求，選擇最優(yōu)化的接線方式。通常而言，主要的接線方式有放射式、樹干式、圓環(huán)式等，不同的接線方式適用于不同的運行環(huán)境，具有不同的投資需求，因此要統(tǒng)籌考慮，綜合分析。在接線實踐中，更多的方案選擇圓環(huán)式接線方式，其可通過中轉(zhuǎn)負荷點的設(shè)置，構(gòu)建相對封閉的多邊形供配電網(wǎng)絡(luò)，結(jié)構(gòu)簡單，便于操作。

4.3 優(yōu)化各配電所單臺變壓器的數(shù)量

《10kV及以下變電所設(shè)計規(guī)范》指出，配電所變壓器的數(shù)量要考慮供配電負荷要求及經(jīng)濟性等多方面要素而綜合確定。對于電力負荷分級中的一級負荷與二級負荷而言，通常需要設(shè)置數(shù)量相對較多的變壓器數(shù)量，而對于季節(jié)性用電需求波動相對明顯的情況，則可根據(jù)實際優(yōu)化變電器數(shù)量。要及時對供配電系統(tǒng)變壓器進行優(yōu)化調(diào)整，發(fā)現(xiàn)其不符合實際之處，采取具有針對性的措施與方法進行改善。

4.4 完善用電協(xié)議，優(yōu)化設(shè)計

在進行供配電系統(tǒng)設(shè)計前，要進行深入細化的現(xiàn)場考察與分析，掌握客觀實際情況，并簽訂供配電系統(tǒng)設(shè)計協(xié)議，避免設(shè)計方案脫離實際，難以滿足持續(xù)變化的供配電需求，同時防止后續(xù)出現(xiàn)過多設(shè)計變更，影響供配電系統(tǒng)的實際運行效果。

4.5 箱式變電站的選用

箱式變電站是作為土建變電站的替代品而出現(xiàn)的。傳統(tǒng)的土建變電站需要空間較多，但外形多變美觀。在現(xiàn)代供配電系統(tǒng)設(shè)計中，更多地選擇更加智能高效的箱式變電站。箱式變電站所需占地面積小，具有高效性、經(jīng)濟性、安全性、穩(wěn)定性等諸多優(yōu)勢特點。在箱式變電站選用過程中，要根據(jù)供配電系統(tǒng)客觀實際，全面核算其容量大小，確保其容量大小與供配電系統(tǒng)的實際需求相吻合，若設(shè)計容量過大，則會造成容量浪費，降低資源利用率；若設(shè)計容量過小，則難以在用電高峰期滿足用電需求，造成長時間超負荷運轉(zhuǎn)，因此要避免過大或過小而造成的其效用的發(fā)揮效果，降低使用壽命。

5 結(jié)語

綜上所述，受工藝技術(shù)、內(nèi)外部環(huán)境條件的影響，10kV供配電系統(tǒng)在實際應(yīng)用中依舊存在著多方面的問題，制約著其整體應(yīng)用效果的持續(xù)優(yōu)化，因此有關(guān)人員應(yīng)該從10kV供配電系統(tǒng)應(yīng)用的客觀實際需求出發(fā)，充分尊重其負荷及無功補償?shù)幕疽?guī)律，制定最為優(yōu)化可行的措施與方法，優(yōu)化10kV供配電系統(tǒng)在實際應(yīng)用中的整體效果。