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[摘 要] 本文针对10 kV 线路功率因数，根据运行维护实际，考虑采用10 kV 线路动态优化补偿方案，结合实例分析10 kV 线路动态优化补偿方案。
[关键词] 10kV 电压 线路 动态补偿
1.电压无功优化控制方案
通过采集线路电压、电流、有功功率、无功功率，以节点电压合格为约束条件，进行综合优化处理后，形成无功补偿设备投切集中控制指令，依靠自动调节功能，实现电网无功电压优化运行。
在控制上采用电压无功控制方式，根据电压无功优化的判据，判别电压、无功功率是否满足电容投切要求，并执行相应的控制命令，同时密切监视系统故障和电容器故障，一旦测量到的值大于整定值，即发出控制指令，快速切除电容器组，并闭锁相应的操作。
1.1 优化控制判据
无功投切依据电压、无功功率等综合因素，投切电容器组时电压和无功功率满足以下条件:
UL≤ U ≤ UH
QL≤ Q ≤ QH
其中，UL为电压投入门限，UH为电压切除门限，QL为无功功率投入门限，QH为无功功率切除门限。利用电压和无功限值，将控制区域分成9块，结合系统运行工况，采用微机控制、自动调节电压和无功，达到电压无功优化。
1.2 电容器组投切方式
考虑综合成本，采用三相投切方式。电容器为等容量三相电容，在电压过零时投入，在电流过零时切除，有效抑制操作过电压和合闸涌流。
1.3 电容器组接线方式
目前用于无功补偿的高压并联电容器组一般采用单星形和双星形的接线方式。因为三角形接线时，电容器要承受系统的线电压，必须提高电容器的额定电压，而且任意一相电容器击穿短路时，将造成相线路的两相短路，短路电流很大，有可能引起电容器爆炸，这对高压电容器特别危险，因此考虑高压电容器组不采用三角形接线，接成中性点不接地星形。同时由于线路分散补偿时，补偿容量较小，故采用单星形接线方式。
2.方案应用实例
2.1 基本情况
某10 kV线主要为一些养殖厂和村民提供用电保障，整条线路没有大的用电设备，线路全长16．762 km，配有配电变压器26台，最大单台容量为 100 kVA，最小单台容量为 30kVA，总的视在容量为 2 025 kVA，共有分支线路 10条，导线的主要型号为 LGJ － 70 和 LGJ － 50。从2009 年 1 ～ 6 月份统计数据看，线路运行的最大有功功率为 1353 kW，经常运行的有功功率为 179kW，最小运行有功功率为 130kW。线路月平均输送有功电量( 供电量) 12.9万 kWh 左右，无功电量10.2 万 kvar，线路平均功率因数为 0.75。
2.2 情况分析
线路最大运行有功功率发生在6月份，该月的平均功率因数为 0.76，最小运行有功功率发生在 1月份，该月的平均功率因数为 0.77。因此，最大运行无功功率: 1 158 kvar，平均运行无功功率: 158kvar，最小运行无功功率: 108 kvar。
以 LGJ －70 导线为例。LGJ － 70 导线参数为:电阻 R =0．45 Ω/km，感抗 X = 0．382 Ω/km( 线间几何均距按 2．0 m 计算) 。整条线路的阻抗为: R +jX = ( 0.45 × 17.02 + j0.382 ) × 17.02 = ( 7.66 +j6.5) Ω。整条线路的配电变压器容量为 2 205kVA，变压器在运行过程中要消耗一定的无功功率，主要为配变的励磁( 空载) 电流所产生的损耗，一般配变的励磁电流为额定电流的 4% ～ 5%，因此，整条线路的无功损耗最轻，可为: 2205 × 0.05 =101.25 kvar。
2.3 补偿方案的对比和确定
从上面的数据可以看出，在经常运行方式下(平均运行方式)，线路消耗的无功功率为158 kvar，其中，变压器损耗所占的比例为 101/158≈64%，变压器的无功损耗占很大的比重，采取以下两种方式进行补偿。
2.3.1 经济的补偿方式
采用一组电容器补偿的方式: 在线路上安装并联电容器，补偿线路的变压器无功损耗，补偿容量为100 kvar，依据线路运行电压的大小来自动投切电容器组。补偿后，各种运行方式下的功率因数为: 最大负荷时为 0.79，平均负荷时为 0.95，最小负荷时为0.998，线路末端电压的提高值为 62 V。
由此测算出该线路无功补偿后有功功率损耗下降率为 38%( 经常负荷运行情况下) 。即: 如果该线路线损指标按 30%核算，无功补偿相当于线损指标将下降 11 个百分点，除去其它原因，实际下降也应在 10 个百分点左右。
在这种补偿方式下，无需投入太多的资金，即可达到很好的补偿效果，线路的功率因数在大多数情况下都能满足同业对标要求；而且还可以将线路电压提高 65 V，提高了电压质量。但是，这种补偿方式是由一组电容器来补偿无功，在负荷功率大时，其补偿的无功功率也有限，功率因数提高的范围有限，不能满足预期值，如果增大补偿容量，则在线路轻负荷时，容易出现过补偿。
2.3.2 优化补偿方式
分组投切电容器组，以达到补偿线路无功的需求，具体的做法是: 选择一组电容器来补偿线路的配电变压器无功损耗，另一组电容器来补偿负荷的无功损耗，以达到比较理想的补偿效果。取一组补偿容量为 100 kvar，另一组补偿容量为 200 kvar，依据无功功率因数判据，按照最优级的情况，自动投切两组电容器，两组电容器可以交替投切，以满足不同情况下的无功需求。(1) 当线路在平均负荷和最小负荷时，电容器自动投切控制器依据判据，会投切容量为 100 kvar 电容器组( 投入 200kvar 则会出现过补偿) 补偿后的功率因数分别为0.95和 0.998。( 2) 当线路无功负荷增加时，又分两种情况: ①当线路的无功负荷大于 200 kvar(为了防止投切振荡，可增大设定值) ，小于300 kvar 时，自动投入 200 kvar 的电容器组。②当线路的无功负荷大于 300 kvar(为了防止投切振荡，可增大设定值) 时，自动投入将两组电容器组都投入。这样，即使是在最大负荷情况下运行，系统的功率因数也能达到0．85，基本上满足了功率因数的要求值。
2.4 补偿位置的确定
由于线路各节点的电压和输出的功率难以实时测定，所以考虑把并联电容器安置在负荷较集中的地方，或无功消耗严重的负荷周围。依据该线负荷的配置情况，选择将无功补偿装置安装在滩头养殖 3 号配变位置处。
2.5 电气主接线
2.5.1 经济补偿方式的电气主接线
在这种补偿方式下，电容器依据线路的运行电压大小来投切，整套装置接线简单，其电气主接线图如图 1。
图中: C—电力电容器; FU—熔断器; FA—避雷器;
TA—电流互感器; TV—电压互感器; QS—真空开关
图 1 经济补偿方式下电气主接线图
由于电容器的容量较小，所以不需要专门配置放电线圈，采用内置放电线圈的电容器即可。
2.5.2 优化补偿方式的电气主接线
在这种补偿方式下，采用的是自动投切的补偿方式，需要采集线路的无功功率、功率因数和电压值，所以需要配置电压互感器和电流互感器，接线较复杂，其电气主接线图如图 2。
图中: C1———电力电容器； C2—电力电容器；FU—熔断器； FA—避雷器； TA—電流互感器；
TV—电压互感器；QS—真空开关
从表中可以看出，只有 6 月份的月平均负荷大于整条线路的平均负荷，1 ～5 的平均月负荷都小于线路的平均负荷。采用经济补偿方式后，前5个月的功率因数都可以提高到 0.95 左右，只有在6月份时，功率因数只提高到 0.8 左右。而采用优化的补偿方式，前5个月也基本上是投入100 kvar 的容量，另外一组基本上不会投入，直到 6 月份的时候，两组电容器才会交替或者同时投入。
其效益为: (1) 补偿前线路损耗为 11 881 W，补偿后线路损耗为 7 379 W，则一年少损失电量39 437 kWh，一年节约的电费为 21 690 元。
(2) 提高线路末端电压，在线路上补偿 100 kvar的电容器后，线路升高的电压为 65 V，提高了电压质量。
3.结语
综上所述，现场采用优化补偿方式，外购控制器、电容器及开关并安装。设计并安装该动态优化补偿装置是完全正确的选择，但需要在装置安装位置的确定及高压开关和电容器组的选择方面进行进一步的研究和优化。
参考文献：
[1]余梦泽，陈柏超，曹志煌等.110kV并联可控电抗器及其应用[J].电力系统自动化，2008，32(3).
[2]余梦泽，陈柏超，田翠华，邱昊.采用磁控电抗器的静止型高压动态无功补偿装置.高电压技术，2009年第7期.
[3] 董新洲，施慎行，王宾，等. 新型配电线路自动化模式[J]. 电力系统及其自动化学报，2007，19（3）：1-7.
[关键词] 10kV 电压 线路 动态补偿
1.电压无功优化控制方案
通过采集线路电压、电流、有功功率、无功功率，以节点电压合格为约束条件，进行综合优化处理后，形成无功补偿设备投切集中控制指令，依靠自动调节功能，实现电网无功电压优化运行。
在控制上采用电压无功控制方式，根据电压无功优化的判据，判别电压、无功功率是否满足电容投切要求，并执行相应的控制命令，同时密切监视系统故障和电容器故障，一旦测量到的值大于整定值，即发出控制指令，快速切除电容器组，并闭锁相应的操作。
1.1 优化控制判据
无功投切依据电压、无功功率等综合因素，投切电容器组时电压和无功功率满足以下条件:
UL≤ U ≤ UH
QL≤ Q ≤ QH
其中，UL为电压投入门限，UH为电压切除门限，QL为无功功率投入门限，QH为无功功率切除门限。利用电压和无功限值，将控制区域分成9块，结合系统运行工况，采用微机控制、自动调节电压和无功，达到电压无功优化。
1.2 电容器组投切方式
考虑综合成本，采用三相投切方式。电容器为等容量三相电容，在电压过零时投入，在电流过零时切除，有效抑制操作过电压和合闸涌流。
1.3 电容器组接线方式
目前用于无功补偿的高压并联电容器组一般采用单星形和双星形的接线方式。因为三角形接线时，电容器要承受系统的线电压，必须提高电容器的额定电压，而且任意一相电容器击穿短路时，将造成相线路的两相短路，短路电流很大，有可能引起电容器爆炸，这对高压电容器特别危险，因此考虑高压电容器组不采用三角形接线，接成中性点不接地星形。同时由于线路分散补偿时，补偿容量较小，故采用单星形接线方式。
2.方案应用实例
2.1 基本情况
某10 kV线主要为一些养殖厂和村民提供用电保障，整条线路没有大的用电设备，线路全长16．762 km，配有配电变压器26台，最大单台容量为 100 kVA，最小单台容量为 30kVA，总的视在容量为 2 025 kVA，共有分支线路 10条，导线的主要型号为 LGJ － 70 和 LGJ － 50。从2009 年 1 ～ 6 月份统计数据看，线路运行的最大有功功率为 1353 kW，经常运行的有功功率为 179kW，最小运行有功功率为 130kW。线路月平均输送有功电量( 供电量) 12.9万 kWh 左右，无功电量10.2 万 kvar，线路平均功率因数为 0.75。
2.2 情况分析
线路最大运行有功功率发生在6月份，该月的平均功率因数为 0.76，最小运行有功功率发生在 1月份，该月的平均功率因数为 0.77。因此，最大运行无功功率: 1 158 kvar，平均运行无功功率: 158kvar，最小运行无功功率: 108 kvar。
以 LGJ －70 导线为例。LGJ － 70 导线参数为:电阻 R =0．45 Ω/km，感抗 X = 0．382 Ω/km( 线间几何均距按 2．0 m 计算) 。整条线路的阻抗为: R +jX = ( 0.45 × 17.02 + j0.382 ) × 17.02 = ( 7.66 +j6.5) Ω。整条线路的配电变压器容量为 2 205kVA，变压器在运行过程中要消耗一定的无功功率，主要为配变的励磁( 空载) 电流所产生的损耗，一般配变的励磁电流为额定电流的 4% ～ 5%，因此，整条线路的无功损耗最轻，可为: 2205 × 0.05 =101.25 kvar。
2.3 补偿方案的对比和确定
从上面的数据可以看出，在经常运行方式下(平均运行方式)，线路消耗的无功功率为158 kvar，其中，变压器损耗所占的比例为 101/158≈64%，变压器的无功损耗占很大的比重，采取以下两种方式进行补偿。
2.3.1 经济的补偿方式
采用一组电容器补偿的方式: 在线路上安装并联电容器，补偿线路的变压器无功损耗，补偿容量为100 kvar，依据线路运行电压的大小来自动投切电容器组。补偿后，各种运行方式下的功率因数为: 最大负荷时为 0.79，平均负荷时为 0.95，最小负荷时为0.998，线路末端电压的提高值为 62 V。
由此测算出该线路无功补偿后有功功率损耗下降率为 38%( 经常负荷运行情况下) 。即: 如果该线路线损指标按 30%核算，无功补偿相当于线损指标将下降 11 个百分点，除去其它原因，实际下降也应在 10 个百分点左右。
在这种补偿方式下，无需投入太多的资金，即可达到很好的补偿效果，线路的功率因数在大多数情况下都能满足同业对标要求；而且还可以将线路电压提高 65 V，提高了电压质量。但是，这种补偿方式是由一组电容器来补偿无功，在负荷功率大时，其补偿的无功功率也有限，功率因数提高的范围有限，不能满足预期值，如果增大补偿容量，则在线路轻负荷时，容易出现过补偿。
2.3.2 优化补偿方式
分组投切电容器组，以达到补偿线路无功的需求，具体的做法是: 选择一组电容器来补偿线路的配电变压器无功损耗，另一组电容器来补偿负荷的无功损耗，以达到比较理想的补偿效果。取一组补偿容量为 100 kvar，另一组补偿容量为 200 kvar，依据无功功率因数判据，按照最优级的情况，自动投切两组电容器，两组电容器可以交替投切，以满足不同情况下的无功需求。(1) 当线路在平均负荷和最小负荷时，电容器自动投切控制器依据判据，会投切容量为 100 kvar 电容器组( 投入 200kvar 则会出现过补偿) 补偿后的功率因数分别为0.95和 0.998。( 2) 当线路无功负荷增加时，又分两种情况: ①当线路的无功负荷大于 200 kvar(为了防止投切振荡，可增大设定值) ，小于300 kvar 时，自动投入 200 kvar 的电容器组。②当线路的无功负荷大于 300 kvar(为了防止投切振荡，可增大设定值) 时，自动投入将两组电容器组都投入。这样，即使是在最大负荷情况下运行，系统的功率因数也能达到0．85，基本上满足了功率因数的要求值。
2.4 补偿位置的确定
由于线路各节点的电压和输出的功率难以实时测定，所以考虑把并联电容器安置在负荷较集中的地方，或无功消耗严重的负荷周围。依据该线负荷的配置情况，选择将无功补偿装置安装在滩头养殖 3 号配变位置处。
2.5 电气主接线
2.5.1 经济补偿方式的电气主接线
在这种补偿方式下，电容器依据线路的运行电压大小来投切，整套装置接线简单，其电气主接线图如图 1。
图中: C—电力电容器; FU—熔断器; FA—避雷器;
TA—电流互感器; TV—电压互感器; QS—真空开关
图 1 经济补偿方式下电气主接线图
由于电容器的容量较小，所以不需要专门配置放电线圈，采用内置放电线圈的电容器即可。
2.5.2 优化补偿方式的电气主接线
在这种补偿方式下，采用的是自动投切的补偿方式，需要采集线路的无功功率、功率因数和电压值，所以需要配置电压互感器和电流互感器，接线较复杂，其电气主接线图如图 2。
图中: C1———电力电容器； C2—电力电容器；FU—熔断器； FA—避雷器； TA—電流互感器；
TV—电压互感器；QS—真空开关
从表中可以看出，只有 6 月份的月平均负荷大于整条线路的平均负荷，1 ～5 的平均月负荷都小于线路的平均负荷。采用经济补偿方式后，前5个月的功率因数都可以提高到 0.95 左右，只有在6月份时，功率因数只提高到 0.8 左右。而采用优化的补偿方式，前5个月也基本上是投入100 kvar 的容量，另外一组基本上不会投入，直到 6 月份的时候，两组电容器才会交替或者同时投入。
其效益为: (1) 补偿前线路损耗为 11 881 W，补偿后线路损耗为 7 379 W，则一年少损失电量39 437 kWh，一年节约的电费为 21 690 元。
(2) 提高线路末端电压，在线路上补偿 100 kvar的电容器后，线路升高的电压为 65 V，提高了电压质量。
3.结语
综上所述，现场采用优化补偿方式，外购控制器、电容器及开关并安装。设计并安装该动态优化补偿装置是完全正确的选择，但需要在装置安装位置的确定及高压开关和电容器组的选择方面进行进一步的研究和优化。
参考文献：
[1]余梦泽，陈柏超，曹志煌等.110kV并联可控电抗器及其应用[J].电力系统自动化，2008，32(3).
[2]余梦泽，陈柏超，田翠华，邱昊.采用磁控电抗器的静止型高压动态无功补偿装置.高电压技术，2009年第7期.
[3] 董新洲，施慎行，王宾，等. 新型配电线路自动化模式[J]. 电力系统及其自动化学报，2007，19（3）：1-7.