強化無功補償管理提升電網(wǎng)電壓質(zhì)量

■ 國網(wǎng)山東省電力公司成武縣供電公司 胡叢飛 孫芳普

隨著產(chǎn)業(yè)結構和能源消費方式的改變，配電網(wǎng)供電能力與用電需求差距愈發(fā)突出。同時，大量精密制造、自動化設備等敏感負荷的廣泛使用，對配電網(wǎng)供電電壓質(zhì)量提出了更高要求。

電壓質(zhì)量管理現(xiàn)狀及痛點

新型電力系統(tǒng)構建對電能質(zhì)量管理要求更嚴。分布式光伏和儲能設施大規(guī)模接入，配電網(wǎng)逐步向源網(wǎng)荷儲多要素共存的有源網(wǎng)絡演變，但目前配網(wǎng)對電能質(zhì)量污染源用戶接入管控不足，電能質(zhì)量監(jiān)測、治理手段缺失，電壓偏差、諧波、功率因數(shù)等指標受到一定影響。

10 千伏配網(wǎng)電壓質(zhì)量是衡量供電質(zhì)量是否符合標準的一項重要技術指標。例如供電服務坐席人員在供服系統(tǒng)監(jiān)測到某臺區(qū)所接帶用戶低電壓，第一時間派發(fā)低電壓工單至臺區(qū)經(jīng)理，臺區(qū)經(jīng)理攜帶工器具現(xiàn)場核查，使用萬用表對用戶側電壓進行測量，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場確實存在低電壓問題后應開展以下檢查：首先查用戶表計、JP 柜出線開關等關鍵節(jié)點接線端子是否存在氧化、接觸不良等問題，經(jīng)檢查無問題；檢查配變擋位，經(jīng)檢查配變擋位已在最高檔；檢查JP 柜內(nèi)臺區(qū)無功補償裝置，發(fā)現(xiàn)無功補償裝置存在鼓脹現(xiàn)象、無法正常使用，造成臺區(qū)無功缺額較大，用戶側電壓較低。這可以看出無功和電壓管理對用戶側電能質(zhì)量影響較大。

無功補償優(yōu)化管理措施

成果介紹

通過全面排查配變電容器設備運行情況，劃分“網(wǎng)格化”無功管理布局，以臺區(qū)融合終端作為“邊”設備，部署電能質(zhì)量在線監(jiān)測App，與電能表協(xié)同應用，實時監(jiān)測客戶運行狀態(tài)、電能質(zhì)量和上網(wǎng)電量等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)全量運行數(shù)據(jù)盡收眼底、盡在掌握，在供服系統(tǒng)部署區(qū)域（即劃分的網(wǎng)格單元）無功協(xié)同聯(lián)動控制策略，精準研判區(qū)域內(nèi)無功缺額情況，統(tǒng)籌長遠目標與近期需求，下發(fā)運檢工單籌備長期優(yōu)化方案，依托智能融合終端自動投切區(qū)域內(nèi)閑置電容器組確保短期內(nèi)無功就地平衡，實現(xiàn)首創(chuàng)區(qū)域無功協(xié)同聯(lián)動控制，有效解決配變電容器利用率低、無功異常大、集中補償難度大的問題。

功能展示

App 配變電容器智能監(jiān)測。配變低壓側實現(xiàn)智能融合終端全覆蓋，基于智能電容器標準物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議，在配電物聯(lián)網(wǎng)應用平臺開發(fā)無功補償設備控制App，通過物理連接和主站調(diào)試，將智能電容器投切狀態(tài)、補償容量和功率因數(shù)等數(shù)據(jù)接入融合終端，通過融合終端將數(shù)據(jù)上傳供服系統(tǒng)電壓質(zhì)量全景監(jiān)測平臺，實現(xiàn)配變電容器的運行情況全監(jiān)測。

平臺劃分區(qū)域無功協(xié)同聯(lián)動。在實現(xiàn)線路所接帶配變智能電容器監(jiān)測全覆蓋的基礎上，以負荷分布、供電半徑為原則進行網(wǎng)格劃分，在供服系統(tǒng)云主站部署無功缺額計算和電容器投切策略，通過融合終端的遠程控制，實現(xiàn)電容器的精準投切，達到網(wǎng)格內(nèi)無功協(xié)同聯(lián)動的目的。

劃分聯(lián)動分組。根據(jù)線路所接帶配變的實際運行情況，按照如下原則劃分網(wǎng)格化聯(lián)動分組：供電半徑超過10 千米或所接帶配變大于30 臺的線路，分組數(shù)宜大于3 組；供電半徑小于10 千米或所接帶配變小于30 臺的線路，分組數(shù)宜小于或等于3 組；在區(qū)域內(nèi)供電半徑2 千米內(nèi)有配變集中分布的，宜集中作為1 個聯(lián)動分組；若線路接帶配變分布較為分散，根據(jù)實踐經(jīng)驗建議在一定供電半徑內(nèi)合理劃分聯(lián)動分組（分組供電半徑一般不大于2 千米）。

云主站部署計算無功缺額。根據(jù)《電力系統(tǒng)無功補償配置技術導則》（Q/GDW 10212—2019）無功補償容量計算方法，配變無功補償容量應按照變壓器實際參數(shù)，結合負荷側預測無功缺額，在云主站部署計算無功缺額策略，分別計算各聯(lián)動分組內(nèi)功率因數(shù)不達標配變的最大無功缺額。

工單驅(qū)動無功優(yōu)化管理。根據(jù)云主站計算得到的存在無功缺額的配變信息，研判可能存在的無功管理問題，下發(fā)運檢類工單至臺區(qū)經(jīng)理，制定長期優(yōu)化方案，查漏補缺，完善區(qū)域內(nèi)無功就地平衡問題，如表1 所示。

表1 配變無功缺額長期優(yōu)化方案

電容器分組投切。針對目前網(wǎng)格內(nèi)出現(xiàn)的配變無功缺額，按照從電源側至負荷側的方向，選擇網(wǎng)格組內(nèi)距離無功補償不足的配變最近的閑置電容器組進行投切。分組投切策略通過云主站布置，判斷所須投入電容器的組數(shù)，利用智能融合終端的遠程控制功能對所須投入電容分組進行自動投切，從而滿足當前網(wǎng)格內(nèi)中壓側無功缺額的補償。分組投切策略應滿足以下原則：當投切電容器最小分組容量滿足網(wǎng)格內(nèi)配變無功缺額時，可進行遠程投切；當投切電容器最小分組小于網(wǎng)格內(nèi)配變無功缺額時，須就近選擇其他電容器組，一并投切；當投切電容器未分組或分組容量大于網(wǎng)格內(nèi)配變無功缺額時，須就近選擇其他電容器組以供投切。

取得成效及社會效益

以10 千伏甲線路為例，線路總長11.5 千米，所接帶配變共計32 臺，均已安裝智能融合終端，配變電容器為智能電容器。按照聯(lián)動分組劃分原則，綜合考慮線路負荷大小和供電半徑，從地理位置區(qū)域負荷分布選擇，共計劃分為5 個無功聯(lián)動分組，分組供電半徑最大1.95 千米、最小1.21 千米，如圖1 所示。

圖1 10千伏線路地理接線圖

以聯(lián)動分組1 為例，乙配變額定容量400 千伏?安，功率因數(shù)小于0.9，且該配變電容器已全部投入仍無法滿足當前無功須求，系統(tǒng)觸發(fā)區(qū)域無功聯(lián)動調(diào)整策略，通過距離乙配變供電距離最小的3 個配變自動投切電容器分組容量，使乙配變該點的中壓側無功缺額得到補充，從而減少無功遠距離傳輸帶來的線路損耗，有效解決部分配變電容器利用率低的問題。在聯(lián)動分組1 中，各配變通過無功聯(lián)動優(yōu)化調(diào)整前后的數(shù)據(jù)對比如表2、表3、表4 所示。

表2 優(yōu)化前配變信息數(shù)據(jù)表

表3 優(yōu)化后配變信息數(shù)據(jù)表

表4 各配變無功聯(lián)動優(yōu)化調(diào)整前后數(shù)據(jù)對比表

通過數(shù)據(jù)對比，該聯(lián)動分組某一時刻無功總缺額397.76 千伏?安，平均功率因數(shù)0.91，投入電容器組數(shù)為19 組。通過無功聯(lián)動優(yōu)化調(diào)整后，該聯(lián)動分組原始數(shù)據(jù)無功總缺額317.67 千伏?安，平均功率因數(shù)0.94，新增投入電容器4組，新增補償容量80 千伏?安。

根據(jù)DL/T 686—2018《電力網(wǎng)電能損耗計算導則》，電容器的介質(zhì)損耗角正切值為0.000 5，無功經(jīng)濟當量取0.08，無功聯(lián)動分組內(nèi)新增補償容量80 千伏?安后，節(jié)電量為：

式中：QC為無功補償裝置的額定容量，千伏?安；KQ為無功經(jīng)濟當量，千瓦/千伏?安； tanδ為電容器的介質(zhì)損耗角正切值；T為電容器運行時長，月均投入運行10 天，日運行6 小時，T =6×10=60；計算得到，該聯(lián)動分組月節(jié)省電量667.8 千瓦?時。

甲線路共分5 個聯(lián)動分組，累計新增投入無功補償裝置460 千伏?安，該線路月可節(jié)省電量2 194 千瓦?時，按照當?shù)禺斈曩忞妰r0.394 9 元/千瓦?時計算，折算月經(jīng)濟效益866.5 元。

得益于電網(wǎng)傳輸無功功率的大幅度下降，電網(wǎng)輸送有功功率能力提升、輸電線路負載率下降，臺區(qū)經(jīng)理對臺區(qū)運行狀況的及時處理，促使設備安全運行水平顯著提高。以成武縣大田集鎮(zhèn)為例，2023年1—5月全面施行無功補償優(yōu)化管理后，通過紅外測溫儀、局放檢測儀等設備檢測，大田集鎮(zhèn)變電站、線路及臺區(qū)共發(fā)現(xiàn)發(fā)熱缺陷10處，同比減少31 處，減少了設備運維的人工和機械成本，同時提高了供電可靠性；大田集鎮(zhèn)臺區(qū)出口低電壓“清零”，同比減少15 個；短時低電壓用戶40 戶，同比減少752 戶；因長時間低電壓產(chǎn)生的工單“清零”，同比減少19件，取得十分顯著的社會效益。

工作展望

下一步，將探索試點建立“站、線、變、戶”四級電能質(zhì)量監(jiān)測體系，從中、低壓兩個方面差異化制定監(jiān)測技術路線，完成臺區(qū)融合終端、光伏保護開關、一二次融合開關、智能變電站安裝調(diào)試，開發(fā)電能質(zhì)量監(jiān)測微應用，依托資源業(yè)務中臺開展多元數(shù)據(jù)融合，深化數(shù)字挖掘手段，建立指標分析體系，實現(xiàn)多級數(shù)據(jù)采集和驗證，實現(xiàn)“站—線—變—戶”四級電能質(zhì)量問題的定位和溯源。