探析新型無功補償裝置在10kV配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

劉云賀

(國網(wǎng)河北省電力有限公司柏鄉(xiāng)縣供電分公司，河北 邢臺 055450）

引言：電力系統(tǒng)中，配電網(wǎng)絡(luò)是保障電力運行的重要結(jié)構(gòu)。保證其運行質(zhì)量符合峰值需求，才能更好地推動經(jīng)濟高效發(fā)展。在實際應(yīng)用過程中，配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)構(gòu)成過于單一，導(dǎo)致建設(shè)偏向有功裝置，使得無功裝置無法滿足配電系統(tǒng)運行需求。缺少相關(guān)功率，導(dǎo)致系統(tǒng)運行過程中對線路損耗影響相當(dāng)嚴重。配電網(wǎng)長期處于缺乏無功功率的情況下運行，盡管10kV變電所能夠基于無功功率給予補償，但是對于母線電壓、線損等無法進行控制，使得配電可靠性降低。對此，采用新的裝置完善配電網(wǎng)的無功功率，實現(xiàn)有效補償。

一、無功補償裝置在10kV配電系統(tǒng)中的作用

調(diào)壓變壓器、同步調(diào)相機都屬于無功補償裝置，前者實際使用會消耗一定無功功率，無法作為相關(guān)電源使用。后者則能夠根據(jù)配電系統(tǒng)需要的實際功率做出補償。并且該裝置具有便于安裝、低能耗的優(yōu)勢，能夠有效預(yù)防無功功率出現(xiàn)到送現(xiàn)象。在10kV配電系統(tǒng)中，主要裝置分為無功與有功兩種類型[1]。實際工作中有功功率更多是負責(zé)電網(wǎng)運行，并將其消耗掉。在電感元件中電流不同的做工導(dǎo)致溫度呈現(xiàn)出差異，在工作中應(yīng)用相關(guān)技術(shù)更有效地推動供電質(zhì)量提示。

二、無功補償裝置在10kV配電系統(tǒng)中的進化史

（一）固定式

早期使用的無功補償裝置，形式多是固定形式。目的是為了防止電流經(jīng)過輸送時出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，影響電網(wǎng)系統(tǒng)。固定式電容器占據(jù)電路整體30%，數(shù)值相對較小。并且多是在100kV以下使用，工作性質(zhì)相對單一，無法從事高運行工作，對于電流高峰運行階段，固定式電容器根本無法發(fā)揮作用。固定式補償裝置安置于電線桿上，外表長期裸露在外，安全性無法得到保障。即便電路斷網(wǎng)，掛網(wǎng)依舊無法推出，再度開啟電力輸送有極大危險，當(dāng)前已經(jīng)不再使用。

（二）人工式

10kV配電線路在電力系統(tǒng)發(fā)展歷程中，不斷地運行和改善。發(fā)現(xiàn)電流在白天夜晚的變化差異較大，為了在電流數(shù)值較高的階段進行無功補償，引進容量較大的電容器組，并投入人工輔助開展運行。但是依舊無法避免意外事件發(fā)生，例如在電量需求量較大的生產(chǎn)廠家，會由于不間斷的趕工加班，導(dǎo)致工廠突發(fā)性停電，導(dǎo)致產(chǎn)量生產(chǎn)受到影響。為了保證安全范圍內(nèi)能夠有足夠的電力，多數(shù)情況下會占用無功功率用于解決電力問題，但是從整體來看，補償效果并不明顯。還會在補償時提高工作難度，留下安全隱患。

（三）簡易型

簡易型無功補償，是吸取了人工式無功補償?shù)慕?jīng)驗衍生的方法。能夠通過分體式構(gòu)件，融合對應(yīng)的控制單元，用以替代人工進行操作，實現(xiàn)自動化投切。

（四）一體化

箱式一體化無功自動補償裝置，完善了簡易型分體式裝置，解決以往分體式裝置的特點。首先，從外觀來看，箱式一體化補償裝置發(fā)生巨大改變，內(nèi)部設(shè)備布局更加合理。但是設(shè)備布局在箱內(nèi)，需要單桿架設(shè)對其固定。同時增設(shè)一定的副架，保證內(nèi)部有效固定。并配備相關(guān)的避雷、保險等裝置，做好接地工作。箱式一體化無功補償裝置，不但有效對時間進行控制，傳導(dǎo)設(shè)備也十分先進，在不斷研究的背景下，能夠創(chuàng)新電壓數(shù)值形式，更好地實現(xiàn)電子集成發(fā)展[2]。

三、10kV 配電系統(tǒng)中的新型無功補償裝置的設(shè)計

現(xiàn)階段的10kV配電系統(tǒng)無功補償裝置多是采取靜態(tài)補償?shù)姆绞?，根?jù)補償方式能夠提高功率。但是由于設(shè)備處理能力較差，導(dǎo)致補償裝置設(shè)計過于簡單，難以滿足無功補償需求，使用的電容器在用電高峰時段出現(xiàn)無功補償能力不足的現(xiàn)狀。針對于無功功率補償裝置設(shè)計，本文提出新型無功補償裝置設(shè)計，滿足10kV配電系統(tǒng)負荷波動時對于無功功率的需求。根據(jù)10kV配電系統(tǒng)特點，基于DSP對10kV線路做無功補償，滿足系統(tǒng)的動態(tài)補償需求。

（一）位置確定

在對10kV配電系統(tǒng)設(shè)計補償裝置時，需要將裝置置于線路負荷2/3的位置。這樣能夠改善電壓輸出情況，降低線路運行期間的損耗問題。并且根據(jù)電路輸送的實際情況，設(shè)計補償容量。通常情況安裝的電容器數(shù)量較多，目的是降低電容量的損失。但是投入的維修和安裝成本相對較高，長遠角度來看不利于企業(yè)發(fā)展。在實際工作中，對于超負荷的線路，使用兩個設(shè)施保證效果，降低成本投入量。安裝確定好具體位置，滿足線路的需求。還能夠采取單點補償?shù)姆绞?，將其安置在電線桿上，禁止使用分組投切的方式，能夠用簡單的方式保護線路，使補償效果最大化。

（二）容量確定

在設(shè)計無功裝置補償?shù)倪^程中，需要確定容量是否能滿足線路的要求。承載過大過小都會影響無功補償?shù)挠行?。?dāng)數(shù)值處于合理的區(qū)間內(nèi)，才能防止過電壓等事故發(fā)生，并對設(shè)備的散熱效果優(yōu)化，提高電容器的工作安全性，降低線路損毀程度，起到推動發(fā)展的效果。

（三）補償點確定

無功補償裝置能夠?qū)ω摵呻娐愤M行優(yōu)化，緩解能源損耗的問題，保證供電的穩(wěn)定性。根據(jù)安放的補償裝置做出合理演算，使電壓得到改善。通常用功損耗根據(jù)補償電容安裝，來減少線路對其使用次數(shù)，根據(jù)使用需求補償無功、有功功率。同理有功電使用也會降低損失，使線路損失降至最低。根據(jù)計算的相關(guān)點，對不同節(jié)點容量補償情況進行了解，同時對相關(guān)點數(shù)值進行排列，計算出實際需要的備選地點[3]。多數(shù)補償點都設(shè)置于節(jié)點處，通過計算能夠獲得最佳補償方式，找到適合的位置。

四、新型無功補償裝置在 10kV 配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

10kV配電系統(tǒng)中無功功率分為兩種形式，無功功率在系統(tǒng)中用來實現(xiàn)線路功率變化，有功功率則是系統(tǒng)實際消耗的功率。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)缺少無功功率時，系統(tǒng)將會出現(xiàn)電壓下降的情況。為了保證配電系統(tǒng)無功功率得到補償，配置補償裝置必不可少。結(jié)合10kV系統(tǒng)分析新型無功補償裝置的應(yīng)用價值，分析應(yīng)用效果。

（一）DSP 的新型裝置

在10kV配電系統(tǒng)中，無功補償裝置可以分為容性與感性，分別代表電壓相位靠前以及電流超出電壓。有功功率在系統(tǒng)中的作用是將傳輸?shù)墓β始右赞D(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)變其數(shù)值，一旦出現(xiàn)無功功率不足的情況，將會造成電壓值開始下降，低于正常值。因此，在系統(tǒng)運行過程中，無功補償是必不可少的一部分。

1.新型無功補償裝置原理

新型無功補償裝置是根據(jù)當(dāng)前各種類型的設(shè)備優(yōu)化，對設(shè)備優(yōu)點總結(jié)設(shè)計的裝置。其構(gòu)成包含了電容器組、避雷器等多種設(shè)備，與傳統(tǒng)補償裝置的區(qū)別在于。新型無功補償裝置采用雙電容組，采取星型布線的方式，確保配電系統(tǒng)交流時能夠進行投退。使用DSP為控制芯片，對線路電壓傳輸質(zhì)量進行穩(wěn)定，保障線路電壓質(zhì)量完善。新型無功補償裝置多是安裝在屋外的集裝箱內(nèi)，能夠以簡潔的安裝方式來簡化安裝過程。

2.硬件結(jié)構(gòu)

10kV配電系統(tǒng)的無功裝置通過TV、TA對線路的信息進行有效采集，將采集信息傳輸，經(jīng)過隔離變送模塊轉(zhuǎn)化為小電流，送入隔離室進行轉(zhuǎn)化。此時輸入芯片轉(zhuǎn)換通道，完成采集任務(wù)。DSP借助電容器發(fā)出投退指令，發(fā)射信號給光耦隔離，實現(xiàn)驅(qū)動元件的操作。

其核心部件采用的是CMOS技術(shù)，在DSP芯片中能夠發(fā)揮出強大的數(shù)據(jù)處理能力。并且能同時擁有16個外行串接口，用以連接各項設(shè)備，結(jié)合自身的計算能力來滿足實時分析數(shù)據(jù)的需求；無線通信則是通過GPRS作為傳播媒介，有著傳播速度快的特點，能夠基于無線通信的基礎(chǔ)上實現(xiàn)遠程操控。使用GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊登錄平臺，能夠獲取到IP地址，分別注冊到域名服務(wù)器中，再進行交換，通過傳輸?shù)姆绞浇柚鶬P協(xié)議創(chuàng)建傳輸模式，無需額外布線。

3.電容器組的投退控制

傳統(tǒng)的無功補償裝置，設(shè)置的電容器組的投退控制方式，通常根據(jù)電壓、按功率等因素來進行控制。其中按功率控制，是在線路有功功率出現(xiàn)變化的時候，功率因素?zé)o法滿足無功的變化，線路負荷波動開始變化并增大。此時切投會產(chǎn)生相當(dāng)大的電壓反應(yīng)，造成電壓振蕩；按電壓控制，線路變化無法將功率變化反映出來，在臨界區(qū)會產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象；而無功控制會導(dǎo)致功率處于臨界值，造成電容器組頻繁出現(xiàn)投退現(xiàn)象，造成電容器損毀現(xiàn)象。因此，基于DSP的新型無功補償裝置，能夠采用雙電容組，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)單一控制局面。更好地滿足電壓振蕩需求，尋找新的投退控制方法[4]。

傳統(tǒng)的控制技術(shù)會在上下限區(qū)域出現(xiàn)投退現(xiàn)象，對其優(yōu)化后依舊無法有效控制。本次的新型無功補償裝置對其優(yōu)化，采用電壓與無功結(jié)合的方式，經(jīng)過優(yōu)化改造后的控制技術(shù)，能夠有效滿足投退的需求。預(yù)設(shè)好投退的影響定值，根據(jù)預(yù)設(shè)電容器定值，根據(jù)上下限區(qū)域的電容器，對投分別投入的電容器無功上限進行劃分，并考慮好投退后電壓振蕩問題。做好區(qū)域內(nèi)合理的規(guī)劃，保證電容器能夠有效實現(xiàn)投退操作，線路負荷波動在投退后不會出現(xiàn)較大的波動。

4.控制軟件系統(tǒng)

針對于無功功率控制采用的是集成模塊，無功功率在設(shè)定的范圍內(nèi)，電容器不投切。一旦超出設(shè)定范圍，按照設(shè)計的原則進行投切。保證各電容器使用時長保持一致，提高電容器的使用壽命。控制邏輯圖根據(jù)框架開始執(zhí)行命令，判斷正確繼續(xù)下一組操作，判斷否則繼續(xù)下一個環(huán)節(jié)，繼續(xù)對實際情況加以判斷，通過判斷電容器是否投入。

（二）新型無功補償裝置應(yīng)用效果

根據(jù)新型無功補償裝置在10kV配電線路安裝使用后，能夠發(fā)現(xiàn)運行期間能夠保證良好的運行態(tài)勢。并且線路電壓、電流等信息采集靈敏，信號傳播流暢。電容器在投退過程中，也能快速做出反應(yīng)。根據(jù)新型無功補償裝置與傳統(tǒng)裝置相比較，通過對比裝置投入后采集的日功率因素變化，根據(jù)變化的實際情況，分析的結(jié)果是：未投入新型無功無償裝置前，10kV配電線路由于功率因素較低，在運行過程中，功率因素在0.84-0.95之間，功率導(dǎo)致線路的損耗影響較大。而應(yīng)用新型無功補償裝置后，線路能夠保持功率因素在0.95，與未投入無功功率補償裝置相比較，功率因素呈現(xiàn)提高的情況。減小了系統(tǒng)無功輸出的功率，增加了電力系統(tǒng)的輸電能力[5]。

根據(jù)未投入無功補償裝置與投入補償裝置的線路電壓運行水平相比較，能夠發(fā)現(xiàn)投入后的配電系統(tǒng)線路電壓能夠保持在10.1-10.7kV之間，提高了系統(tǒng)電壓的運行效率，基于末端的線路電壓也能達到這一標準，有效保障了電路系統(tǒng)的供電系統(tǒng)。新型無功補償裝置在投入后，與以往裝置相比較，有效降低了線路功率損耗率，比例高達2.12%。能夠保證電量處于中等水平，根據(jù)10kV配電系統(tǒng)的年度電量占比，按照每度電的費用進行計算。在采用新型無功功率裝置后的電網(wǎng)運行效率，為電力企業(yè)提高的效益累積能夠按照每度電費用*2.12%=實際效益，減少每年度至少百萬元的成本。

結(jié)論：綜上所述，通過對新型無補償裝置進行探究，并與以往的裝置與新裝置畕畕的無功功率差異。通過對比展現(xiàn)新型裝置的功能，更好地發(fā)揮裝置在配電系統(tǒng)中的節(jié)能效果。有效提高系統(tǒng)功率，在安裝過程中克服以往變壓器的短板問題，解決電網(wǎng)末端電能質(zhì)量低的問題。提高電網(wǎng)運行線路質(zhì)量，推動國內(nèi)電力技術(shù)更上一層樓。