無功動態補償裝置在10kV配電線路中的運用

摘要:無功動態補償裝置應滿足農網10kV配電線路補償電容，適應無功負荷的變化而達到比較理想的補償效果，從而降低線路損耗，增加經濟效益。

關鍵詞:無功動態補償容量效益分析

一、我縣10kV配電網現狀

近年由于負荷的持續增長，無功需量也在逐年增加，農網無功補償容量嚴重不足，能夠根據無功需求進行自動補償的無功容量更是甚少。我縣10kV線路裝設集中補償電容總容量為40487千乏，占配變總報裝容量的5.3%，可投運率100%;10kV配變低壓側裝有電容補償容量55771千乏，占配變總容量的7.3%，可投運率98%;低壓用戶側就地隨器補償電容較少。

由于近年來我縣經濟的持續發展，三相異步電動機或潛水泵大量投入配網運行，用電負荷以及無功需量迅速增長，農網電壓調控能力和電壓質量水平難以滿足當地農村經濟發展的需要，供用電矛盾很突出。

二、無功補償的概念

我們知道電力系統中大多數用電設備均是根據電磁感應原理來工作的，如變壓器、電動機等，它們都是依靠建立交變磁場來進行能量的轉換或傳遞。所以這些設備除了吸收有功電流(功率)外，還要吸收一定的無功電流(功率)，用以建立交變磁場進行能量轉換和傳遞。一般而言，用電設備的無功電流是感性的，我們稱之為感性無功功率，定為無功負荷。而為用電設備提供無功功率的除了發電廠發電機、調相機外，再就是我們常見的并聯電容器，我們稱之為容性無功功率，定為無功電源。而感性無功功率和容性無功功率在相位上正好相反，如果它們并聯一起接在電網上，則這種無功的交換可以在容性功率和感性功率之間進行，不用通過發電機和調相機發出的無功來實現交換，這就是我們通常概念中的無功補償。

在理想情況下各級系統設備所需的無功要求就地發出、就地消耗，這樣就不會在輸、配電線路上形成無功功率的遠距離傳輸。無功功率的遠距離傳輸一是會占用電力系統資源造成輸、變、配電設備供電能力的下降;二是會造成線路末端電壓的大幅下降;三是會在線路上增加有功功率和電能的損耗。因此我們在進行無功補償規劃設計時遵循的基本原則是:分電壓等級分區域補償，就地平衡。并滿足“總體平衡與局部平衡相結合;供電部門補償與用戶補償相結合;集中補償與分散補償相結合，以分散補償為主;降損與調壓相結合，以降損為主”的要求。

三、10kV線路無功補償實例

我們現以1條10kV農排線路為例，分別從線路現狀、線路分析、設備選型，節能分析等方面來說明一下補償效果:該條10kV線路平均負荷為1270千瓦，最高負荷2600千瓦，最低負荷300千瓦，該線路的自然功率因數cosφ1為0.75，線路上裝設的固定電容器補償容量為180千乏。

柏變511線路是我公司柏各莊35kV變電站出線的一條10kV配電線路，柏各莊供電所管轄。該線路全長33.93公里，線路供電半徑9.4公里，主干線路導線為LGJ-70，其余為LGJ-50、LGJ-35，其中以LGJ-35居多。主要以柏各莊范圍內農業排灌、大米加工、蔬菜冷儲用電和居民生活用電為主，夏秋季負荷較重，且晝夜及農灌期間負荷變化大，雖經更換導線增加導線截面，安裝分散式固定無功補償，線損率有了一些降低，但線損的絕對值仍很大，2006年底該條線路的線損率為10.56%。

為了進一步降低線損，提高供電質量，公司采用了DWK-12戶外高壓無功自動補償裝置。

DWK-12戶外高壓無功自動補償裝置用在10kv線路上，是無功分散補償的一種，由于采用了編碼自動投切的方式，可以根據負荷的變化自動投切電容器，將線路的無功潮流降到較小的程度，經過分析計算，將其安裝在適當位置，可使線路損耗明顯降低，用較少的投資，收到可觀的經濟效益。安裝該裝置后，線路末端電壓有所提高。是一般固定無功補償不可替代的產品。

1、主要特點:

⑴根據線路無功變化自動檢測、分析計算、控制電容器的投切，當系統停電后再次送電設備自動檢測并進入控制狀態;

⑵采用電壓無功綜合控制，比功率因數控制更科學更準確(有些線路無功很小但功率因數卻很低，如果采用功率因數控制就會投電容器造成過補，也可能出現末端電壓“翹辮子”或電網諧振等危害)。

⑶ 率先在國內實現了分級、多級編碼投切，使得高壓線路的無功補償更為精確;

⑷可通過無線通訊模塊、GPRS和CDMA等通訊方式實現近程控制或遙測遙調(便于運行管理和數據采集)。

2、結構和工作原理

裝置結構及原理框圖如下圖。主要由電容器、控制器、真空接觸器、電壓互感器和電流互感器、濾波裝置、戶外跌落式熔斷器六部分組成。控制器根據電壓互感器和電流互感器的實時數據進行處理和判斷，控制電容器的投切。真空接觸器接收和執行來自控制器的指令，完成電容器的投切動作。戶外跌落式熔斷器對裝置進行短路保護，一旦裝置有短路故障，跌落式熔斷器立刻跳開，防止對裝置和線路造成損害。

為了切實了解DWK-12戶外高壓無功自動補償裝置的功能和使用方法，我們同西安森寶電氣工程有限公司的技術人員進行了技術交流，并針對柏變511線路的實際負荷情況制定技術方案，同時現場實際勘察，針對此線路較長，分支負荷較大，負載的自然功率因數較低的情況，確定采用兩點集中補償，補償位置1為主干線40#桿，位置2為榮各莊分支30#桿前端。

2007年6月8日，在西安森寶電氣工程有限公司技術人員的指導下，柏變511線路DWK-12進行了安裝調試，調試后即投入運行。

設備投運后，從變電站到線路出口的功率因數明顯提高，由 0.75提高到 0.95、線路末端電壓升高了300V、線路無功下降了600kvar(該數據為投運時現場讀得)，經過半年的試運行，設備運行正常，確實達到了減少線損，提高供電質量的設計目的。

四、無功補償量計算

為了準確計算出DWK-12的節能效果，對柏變511線的線路損耗進行了統計計算，計算結果如下:

1、線路概況:柏變511線路總長約為33.93km，線路很長;負荷性質為農業灌溉，春、夏、秋三季灌溉用電較多，由此可知，此條線路負荷季節性較強，在灌溉季節無功缺額會最多。此條線路目前有3臺固定電容器，容量共180kvar。其中6月-10月:白天功率因數0.92，夜里過補-0.75;其他月份固定補償手動切除三組，功率因數在0.90以下。

2、線路基本參數

⑴.柏變511線配變安裝容量11600KVA

⑵.平均負荷率32%

⑶.自然功率因數0.75

⑷.導線型號均為LGJ-120 桿距80m

⑸.線路出口電壓10.4KV

⑹.設備安裝后段配變容量8160KVA

3、在40號桿安裝DWK-12，補后功率因數0.95，補償容量550(靜補100+動補150+動補300)千乏，由于采用兩級動補，補償容量共分100、250、400、550四級，位置2補償容量為200(動補50+動補150)kvar。基本實現了缺多少無功補多少無功，較好的解決了線路負荷變化對無功的需求。

4、節能效益分析

我們知道線損和電流的平方成正比。輸電線上的電流越大，線路損失就越大，如果我們在不改變電網輸送能力的前提下，提高電網的功率因數，就能夠有效的減小輸電線上的無功電流，也就能有效減小線損。如果安裝點功率因數從cosφ1提升到cosφ2 ，安裝點補償后的電壓U2將稍大于補償前電壓U1，為分析問題方便，可認為U2≈U1=U，則當線路上的電流減少為I`。

在方案設計和配置時，應充分考慮負荷的變化和分布，一方面首先要做好用戶低壓側就地集中補償，在此基礎上再采用多點、多級的高壓無功補償裝置，即按線路的無功負荷分布，設置2個或3個以上的高壓補償點，補償裝置采用單級容量較小、步長最短，2級以上的高壓無功補償裝置為好。或者通過采用調整電容器受電電壓的方式來調整補償容量(Q=2πfCU2) 。

五、總結

總之，電壓質量管理工作的技術管理是一項長期、系統、細致、專業性較強的工作，需要各部門的密切配合和用戶的支持配合。通過對該套電容動補裝置的試用，我們在裝置的選用、配置、安裝、調試以及維護方面總結了一些經驗，要求廠家進行了改進，并將逐步推廣使用，這對于提高10KV配電線路功率因數，降低線路損耗將發揮重要作用。

參考文獻:

[1趙全樂. 線損管理手冊 中國電力， 2007.

[2]王孔良. 用電管理. 中國電力， 2007