论文部分内容阅读
【摘 要】我国配电网的规模巨大，因此配电网的无功补偿对降损节能，改善电压质量意义重大。本文通过10kV配电用户负荷特性等实际情况分析，提出10kV配电线路应根据不同(分支)线路的功率因数特征进行无功补偿，确定补偿容量和补偿点选取方法以及补偿自动控制和保护的技术原则，对10kV配电线路并联电容补偿实施结果的经济效益进行了对比分析。
【关键词】配电线路；无功补偿；降损；控制
0.前言
配电网是电力系统中发生电力产销关系的最终环节。由于配电网面广线长，通常都是线损大户，而随着配电网负荷日益增长，无功需求相应增加,损耗也随之增加，而配电网无功合理的补偿可以很好地降低电能的损耗，几十年来国内外对此进行了大量研究。
为了改善受电端电压质量和降低电网电能损耗，除了采取缩小配电网的供电路径、增大导线线径、使用低损耗配变等措施以外，在配电线路上和配电变压器低压侧装设并联电容器装置，可取得节能与调压的良好效果。
本文着重10kV配电线路的并联电容补偿问题，结合一些地区配电网的实际情况，依据国家现行的有关技术标准，就补偿电容量配置、安装地点选自动空寂策略等问题进行研讨。
1.配电线路无功补偿的设计原则及注意事项
1.1要做好配电线路无功补偿工程设计和运行管理
应首先准确解读相关技术标准与规定。根据配电线路无功补偿相关技术标准，可以归纳出以下设计规则：
（1）遵照无功电力分层分区就地平衡原则，在10kV或6kV配电线路上宜配置高压并联电容器装置，或者在配电变压器低压侧配置低压并联电容器装置。
（2）并联电容器装置的容量不宜过大，一般约为线路配电变压器总容量的30%～40%。
（3）配电线路上装设的并联电容器，在线路最小负荷时不应向变电所倒送无功，如配置容量过大，则必需装设自动投切装置。
1.2无功补偿应注意事项
（1）线路分散补偿电容器组容量在150kvar及以下时，可采用跌落式熔断器作控制和保护，其熔断器的额定电流按电容器组额定电流的1.43～1.55倍选取；150kvar以上时应采用柱上断路器或负荷开关自动控制。
（2）为防止线路非全相运行时，有可能发生铁磁谐振引起过电压和过电流，损坏电容器和变压器，线路分散补偿电容器组不应与配电变压器同台架设并使用同一组跌落式熔断器。
（3）补偿电容器组中性点不应直接接地，避免电容器某相贯穿性击穿引起线路相间短路。
（4）在无功补偿的电容器回路上，宜装设适当参数的串联电抗器或阻尼式限流器，避免电容器容抗与系统感抗相匹配构成谐振，起到抑制高次谐波电流的作用。
（5）无功补偿装置应装设氧化锌避雷器过电压保护装置。
（6）无功补偿装置应采用自动投切装置，防止过补偿和电压升高损坏電容器及其他设备。
（7）配电变压器随器补偿采用杆架式安装，其补偿装置箱底部离地面不小于1.2m。
2.10 kV 配电线路并联电容补偿的配设
2.1配电线路并联电容补偿容量配置选择
遵照无功电力分层分区就地平衡原则，各级电网管理部门结合本地的具体情况，提出功率因数考核指标要求。嘉兴地区电网功率因数考核指标为：低谷时段不高于0.97 及不低于0.94， 高峰时段不低于0.96，且年度高峰时段合格率不低于95%，低谷时段合格率不低于85%。为此，嘉善配电网要求35～110kV系统功率因数不低于0.95，10kV系统功率因数不低于0.90。
在变电所主变10kV侧接入并联电容器组，可使10kV系统的功率因数达到0.9 以上，并通过电压无功综合控制（调节变压器分接和投切并联电容器组）实现峰、谷功率因数考核指标合格率和供电电压偏差合格率双达标。由于集中电容补偿效益比配电线路分散补偿差， 因此，分期分批在配电线路装设柱上式并联电容器组，以提高线路负荷的功率因数，降网节能和改善供电电压质量，提升配电系统整体的电压无功调控能力。
2.2电容器组安装位置的确定
对于电容器组容量优化配置和安装地点优化选择，许多专家学者曾进行深入研究，分别对配电线路负荷不同分布方式提出最优的容量配置和安装地点。诸如：
（1）当无功负荷均匀分布时，最佳补偿容量为无功负荷的2/3，安装地点为距变电所全长2/3处。
（2）当无功负荷为递增分布时，其最佳补偿容量为无功负荷的80%，安装地点为距变电所全长7/9 处。
（3）当无功负荷为递减分布时，其最佳补偿容量为无功负荷的62.3%，安装地点为距变电所全长4/9 处。
（4）当无功负荷为等腰三角形分布时，其最佳安装地点距变电所全长5/9 处。
然而配电线路的负荷分布大多是随机无规则的，且多分支，接线繁杂，其整体难以套用规范模式进行求解。但在分支路上有类似上述各种分布模式，故可把负荷分布复杂的配电线路看成各种分布类型的组合体，提出电容器组安装地点的基本要求：电容器组宜安装在配电线主干线的1/2 以上处接且近负荷密集区；当有多组电容器时，宜分散安装在负荷密集的分支线路上。
3.补偿电容器的保护控制
10kV配电线路补偿分固定补偿和自动补偿两种。线路补偿装置是否正常运行，取决于补偿装置元部件的质量、补偿容量的选择、安装地点的选择和自动控制装置的控制原理是否适用等。而控制原理合理与否直接决定补偿的效果及补偿装置的利用率。
3.1控制原理
3.1.1时段控制
一般情况下，将1 天分为4 个时段，即2 个投时段，2 个切时段。投切动作仅与时段有关，与线路的实时电参数无关（保护动作除外）。控制策略简单、可靠，主要适用于负荷比较平稳、一般时间分段的线路。
3.1.2电压控制
设置电压上下限来控制装置投切，通常应附加1 个切后再投的电压返回值参与控制。电压上下限的设定可不拘泥于国家标准规定的电压范围，要根据安装地点，不同线路选取。
3.1.3时间电压控制
该控制原理是前2 种控制原理的综合，主要适用于投入时段负荷经常波动的场合。
3.1.4功率因数控制
设置功率因数上下限及无功返回值对电容器组进行控制，适用线路负荷重的场合，不适宜用在线路经常低载的场合。其主要缺点是线路轻载时功率因数最低，补偿装置也不宜投入电容器。
3.1.5电压无功控制
设置电压上下限、无功上下限及电压返回值，对电容器组进行控制。该方案结构较复杂，程序量比较大。主要适用于负荷变化比较频繁，波动较大的场合。
3.2自动控制装置保护
自动控制装置通常设在开关控制箱内。结合户外补偿装置的运行特点及环境的特殊性，自动控制装置应具有基本的保护，以保证补偿装置安全运行。一般设置电容器放电时间保护、过电压保护、欠压保护、过电流保护、过流速断保护、缺相保护和开关拒动保护。
4.结语
综上所述，应根据农村用电特点，除在变电站的10kV母线进行集中自动补偿外，积极在遥控和自动投切装置，以实现无功的最优化配置和补偿。
【参考文献】
［１］于永源.电力系统分析[M].北京：中国电力出版社，2004.
［２］陆安定.功率因数与无功补偿[M].上海：上海科学普及出版社，2004.
［３］程浩忠.电力系统无功与电压稳定性[M].北京：中国电力出版社，2004.
［４］靳龙章.电网无功补偿实用技术[M].北京：中国电力出版社，1997.
［５］王兆安.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京：机械工业出版社，1999.
【关键词】配电线路；无功补偿；降损；控制
0.前言
配电网是电力系统中发生电力产销关系的最终环节。由于配电网面广线长，通常都是线损大户，而随着配电网负荷日益增长，无功需求相应增加,损耗也随之增加，而配电网无功合理的补偿可以很好地降低电能的损耗，几十年来国内外对此进行了大量研究。
为了改善受电端电压质量和降低电网电能损耗，除了采取缩小配电网的供电路径、增大导线线径、使用低损耗配变等措施以外，在配电线路上和配电变压器低压侧装设并联电容器装置，可取得节能与调压的良好效果。
本文着重10kV配电线路的并联电容补偿问题，结合一些地区配电网的实际情况，依据国家现行的有关技术标准，就补偿电容量配置、安装地点选自动空寂策略等问题进行研讨。
1.配电线路无功补偿的设计原则及注意事项
1.1要做好配电线路无功补偿工程设计和运行管理
应首先准确解读相关技术标准与规定。根据配电线路无功补偿相关技术标准，可以归纳出以下设计规则：
（1）遵照无功电力分层分区就地平衡原则，在10kV或6kV配电线路上宜配置高压并联电容器装置，或者在配电变压器低压侧配置低压并联电容器装置。
（2）并联电容器装置的容量不宜过大，一般约为线路配电变压器总容量的30%～40%。
（3）配电线路上装设的并联电容器，在线路最小负荷时不应向变电所倒送无功，如配置容量过大，则必需装设自动投切装置。
1.2无功补偿应注意事项
（1）线路分散补偿电容器组容量在150kvar及以下时，可采用跌落式熔断器作控制和保护，其熔断器的额定电流按电容器组额定电流的1.43～1.55倍选取；150kvar以上时应采用柱上断路器或负荷开关自动控制。
（2）为防止线路非全相运行时，有可能发生铁磁谐振引起过电压和过电流，损坏电容器和变压器，线路分散补偿电容器组不应与配电变压器同台架设并使用同一组跌落式熔断器。
（3）补偿电容器组中性点不应直接接地，避免电容器某相贯穿性击穿引起线路相间短路。
（4）在无功补偿的电容器回路上，宜装设适当参数的串联电抗器或阻尼式限流器，避免电容器容抗与系统感抗相匹配构成谐振，起到抑制高次谐波电流的作用。
（5）无功补偿装置应装设氧化锌避雷器过电压保护装置。
（6）无功补偿装置应采用自动投切装置，防止过补偿和电压升高损坏電容器及其他设备。
（7）配电变压器随器补偿采用杆架式安装，其补偿装置箱底部离地面不小于1.2m。
2.10 kV 配电线路并联电容补偿的配设
2.1配电线路并联电容补偿容量配置选择
遵照无功电力分层分区就地平衡原则，各级电网管理部门结合本地的具体情况，提出功率因数考核指标要求。嘉兴地区电网功率因数考核指标为：低谷时段不高于0.97 及不低于0.94， 高峰时段不低于0.96，且年度高峰时段合格率不低于95%，低谷时段合格率不低于85%。为此，嘉善配电网要求35～110kV系统功率因数不低于0.95，10kV系统功率因数不低于0.90。
在变电所主变10kV侧接入并联电容器组，可使10kV系统的功率因数达到0.9 以上，并通过电压无功综合控制（调节变压器分接和投切并联电容器组）实现峰、谷功率因数考核指标合格率和供电电压偏差合格率双达标。由于集中电容补偿效益比配电线路分散补偿差， 因此，分期分批在配电线路装设柱上式并联电容器组，以提高线路负荷的功率因数，降网节能和改善供电电压质量，提升配电系统整体的电压无功调控能力。
2.2电容器组安装位置的确定
对于电容器组容量优化配置和安装地点优化选择，许多专家学者曾进行深入研究，分别对配电线路负荷不同分布方式提出最优的容量配置和安装地点。诸如：
（1）当无功负荷均匀分布时，最佳补偿容量为无功负荷的2/3，安装地点为距变电所全长2/3处。
（2）当无功负荷为递增分布时，其最佳补偿容量为无功负荷的80%，安装地点为距变电所全长7/9 处。
（3）当无功负荷为递减分布时，其最佳补偿容量为无功负荷的62.3%，安装地点为距变电所全长4/9 处。
（4）当无功负荷为等腰三角形分布时，其最佳安装地点距变电所全长5/9 处。
然而配电线路的负荷分布大多是随机无规则的，且多分支，接线繁杂，其整体难以套用规范模式进行求解。但在分支路上有类似上述各种分布模式，故可把负荷分布复杂的配电线路看成各种分布类型的组合体，提出电容器组安装地点的基本要求：电容器组宜安装在配电线主干线的1/2 以上处接且近负荷密集区；当有多组电容器时，宜分散安装在负荷密集的分支线路上。
3.补偿电容器的保护控制
10kV配电线路补偿分固定补偿和自动补偿两种。线路补偿装置是否正常运行，取决于补偿装置元部件的质量、补偿容量的选择、安装地点的选择和自动控制装置的控制原理是否适用等。而控制原理合理与否直接决定补偿的效果及补偿装置的利用率。
3.1控制原理
3.1.1时段控制
一般情况下，将1 天分为4 个时段，即2 个投时段，2 个切时段。投切动作仅与时段有关，与线路的实时电参数无关（保护动作除外）。控制策略简单、可靠，主要适用于负荷比较平稳、一般时间分段的线路。
3.1.2电压控制
设置电压上下限来控制装置投切，通常应附加1 个切后再投的电压返回值参与控制。电压上下限的设定可不拘泥于国家标准规定的电压范围，要根据安装地点，不同线路选取。
3.1.3时间电压控制
该控制原理是前2 种控制原理的综合，主要适用于投入时段负荷经常波动的场合。
3.1.4功率因数控制
设置功率因数上下限及无功返回值对电容器组进行控制，适用线路负荷重的场合，不适宜用在线路经常低载的场合。其主要缺点是线路轻载时功率因数最低，补偿装置也不宜投入电容器。
3.1.5电压无功控制
设置电压上下限、无功上下限及电压返回值，对电容器组进行控制。该方案结构较复杂，程序量比较大。主要适用于负荷变化比较频繁，波动较大的场合。
3.2自动控制装置保护
自动控制装置通常设在开关控制箱内。结合户外补偿装置的运行特点及环境的特殊性，自动控制装置应具有基本的保护，以保证补偿装置安全运行。一般设置电容器放电时间保护、过电压保护、欠压保护、过电流保护、过流速断保护、缺相保护和开关拒动保护。
4.结语
综上所述，应根据农村用电特点，除在变电站的10kV母线进行集中自动补偿外，积极在遥控和自动投切装置，以实现无功的最优化配置和补偿。
【参考文献】
［１］于永源.电力系统分析[M].北京：中国电力出版社，2004.
［２］陆安定.功率因数与无功补偿[M].上海：上海科学普及出版社，2004.
［３］程浩忠.电力系统无功与电压稳定性[M].北京：中国电力出版社，2004.
［４］靳龙章.电网无功补偿实用技术[M].北京：中国电力出版社，1997.
［５］王兆安.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京：机械工业出版社，1999.