10 kV及以下配電網無功動態補償應用

李建海，張 帥

(河間市電力局，河北河間062450)

0 引言

近年來，隨著農網、城網改造及農網標準化工作的開展，河間市供電公司開始應用10 kV線路動態補償、低壓無功隨線補償等新技術，不斷優化無功補償結構，改善電能質量、降低電網損耗，全市10 kV線路平均功率因數現由原來的0.89上升到0.91，10 kV線損率下降到了4.11%，為提高企業經濟效益和擴大社會效益找出一條新思路。

1 傳統無功補償方式的局限性

河間市電力局轄區內共有10 kV線路158條，共計3 022 km，公用變壓器低壓臺區1 764個，用戶配電變壓器7 182臺，擔負著河間市區和20個鄉鎮的24萬用電客戶的日常生產生活用電，年供電量8.98億kW·h。長期以來，在農網設備管理中，特別是10 kV分支排灌線路、用戶產權的線路以及低壓線路，由于歷史原因和涉及用戶投資等問題，部分設備無功補償欠缺，致使無功負荷增長不均衡，負荷的季節性特點突出，負荷曲線起伏較大，出現高峰時段部分線路超負荷、低谷時段沒人用電現象，功率因數高低不穩。同時，設備數量大，線路分布廣，也加大了傳統無功補償管理的難度。

2 無功動態補償的優化

配電網無功優化要堅持“全面規劃、合理布局、分級補償、就地平衡”的原則，逐步推廣先進的無功動態補償新技術、新設備。就降損節能效果來說，最有效手段就是實現就地補償，因此把重點應放在中低壓配電網方面，即在10 kV線路原有固定補償的基礎上，適當采用免維護動態連續調節功能的無功補償裝置，在低壓配電臺區采用電能質量同步補償裝置和低壓無功動態補償裝置，實現無功補償由靜態到動態的轉變，由原來補償基準點到補償發源點的轉變，由局部補償到全網綜合優化補償的轉變，全面提高無功補償裝置的技術裝備水平。

3 主要實施方案

3.1 10 kV線路的無功補償

根據10 kV線路長、分支多、負荷分散的特點，對10 kV線路主要采用分段、分散補償和集中補償方式，制定相應的補償容量，優化設備的補償位置，提高電壓質量。對供電半徑較長的線路，由于末端負荷的急劇增加，使無功負荷向后移動，這樣補償的重點必須向末端移動。在全部158條10 kV線路上采用“三分之二法”進行線路無功固定補償。

為了解決固定無功補償裝置補償容量欠補或過補的問題，減少維護操作強度，根據線路的電壓、無功、功率因數等參數，確定在多條功率因數較低的10 kV線路安裝無功自動跟蹤補償裝置，以單級或多級組合方式控制并聯電容器組的投切，補償無功，從而提高了線路的功率因數和電壓質量。目前，共在南洼線556路、行韓線5477路、西君線5462路等11條10 kV線路上應用了無功動態補償技術。

3.2 10 kV配電變壓器臺區的無功補償

由于河間市部分農村區域經濟的快速發展，農村公用配電變壓器的小工廠和家用負荷增長較快，按照試點先行、以點帶面的做法，在認真分析、測算低壓線路數據的基礎上，充分利用臺區原有設備，應用無功自動補償的綜合配電箱，在低壓線路上安裝了低壓線路無功補償器，在小村村、果子洼村、西莊村等25個試點臺區應用了低壓隨線補償技術。

根據農網電網無功補償“集中補償與分散補償相結合，以分散補償為主”的原則，對100 kVA以上的工副業配電變壓器都安裝了自動補償JP柜裝置，此裝置可根據負荷變化情況自動投入或退出補償，其補償容量達到配變容量的15%以上，功率因數水平提高到0.92左右。針對農業排灌配電變壓器多、季節性應用較頻繁的特點，該公司專門設計了帶隨機補償功能的預付費磁卡表箱，從低壓負荷側對無功進行補償。目前75%以上的機井計量控制箱具備了隨機補償裝置。

3.3 用戶無功補償

由于家用電器的應用使非線性負荷用戶迅速增長，給本來無功配置不足的配電電網加重了負擔，致使電網用戶側的無功需求較大且不能就地平衡，電網電壓明顯下降，有時會威脅電網的安全穩定運行。因此，對用戶的用電設備需進行就地補償，加裝隨機補償電容，即將電容器組與用電設備的供電回路并聯。改善電壓質量，提高功率因數，減少線損，提高電機的可靠性和利用率。

4 應用效果分析

4.1 10 kV配電網效益分析

由于10 kV線損的高低受計量裝置誤差、管理人員素質、無功損耗、線路絕緣水平等諸多因素影響，為排除這些因素干擾，下面以南洼線556路10 kV線路為例(以補償前后的實際運行數據為計算輸入值)分析比較無功自動補償投運前后的經濟效益。

南洼線556線路主要參數及優化補償前后對比如表1所示。

表1 南洼線556線路主要參數及優化補償前后對比

由于線損和電流的平方成正比，輸電線上的電流越大，線損就越大。在不改變電網輸送能力的前提下，提高電網的功率因數，就能夠減小輸電線上的電流，減小線損。如果功率因數從cos Φ1提升到cos Φ2，當輸電線上的電流減少為I'時，可節省的線路損耗為

如1 kW·h按照0.5元計算，運行1 a可直接節約費用為

該線路無功動態補償裝置投資8.22萬元，可以算出收回投資的年限為8.22/2.96=2.78 a。以1臺無功動態補償裝置10 a的壽命期計算，剩余的7.22 a節省的電費為2.96×7.22=21.37萬元。

4.2 低壓配電變壓器臺區效益分析

興村鄉小村村主要有家庭電動繡花、花生脫皮等小副業56戶，村西公用變壓器的容量為100 kVA，副業用電設備負荷為65 kW，臺區低壓線路為1.8 km，由于電機負載率較低，變壓器容量利用率較低，變壓器嚴重超載，所帶用戶不能同時運行。為了取得完整的數據，在安裝低壓電容器前后對低壓線路實測電流、電壓、功率因數、用電功率進行了比較。低壓隨線無功補償裝置功率因數由補償前的0.71提高到0.92，變壓器二次側電流由151 A減少到106 A，臺區年低壓線損下降了1.11個百分點。

該臺區年供電量32.21萬kW.h，每年節省費用322 100×1.11%×0.5=1 788元。臺區的低壓隨線無功補償裝置共投資6 900元，收回投資的年限為6 900/1 788=3.86 a。以低壓隨線無功補償裝置10a的壽命期計算，剩余的6.14 a節省的電費為1 788×6.14=10 978元，投資回報率仍然較高。

4.3 其它效益

a.功率因數的提高，使供電設備釋放出更多容量，提高了主變、配變供電能力，緩解了電網壓力和供需矛盾，減少了相當數額的設備增容投資。

b.減少了線路末端電壓降，提高了電能質量，節約了能源，為農村小企業的發展提供了可靠的能源保障，擴大了潛在的農村電力市場。