配電網(wǎng)無功補(bǔ)償設(shè)備原則及現(xiàn)存問題

摘要：在現(xiàn)階段電網(wǎng)改造建設(shè)中，無功補(bǔ)償在其中所發(fā)揮的作用至關(guān)重要。由于它能夠使系統(tǒng)無功平衡，降低網(wǎng)絡(luò)損耗，從而有效改善及提高供電的質(zhì)量，現(xiàn)已被普遍應(yīng)用在各種電壓等級(jí)的電網(wǎng)中。文章對(duì)配電網(wǎng)無功補(bǔ)償設(shè)備原則與現(xiàn)存問題展開了相關(guān)的探討，希望為有關(guān)研究提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；無功補(bǔ)償設(shè)備；電容器；電網(wǎng)改造；網(wǎng)絡(luò)損耗 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM761 文章編號(hào)：1009-2374（2015）36-0139-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.36.069

1 概述

在目前各種等級(jí)的電網(wǎng)中，無功補(bǔ)償已經(jīng)獲得普遍應(yīng)用，若能科學(xué)合理地分配使用，可有助于提高電力企業(yè)的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益。本文提出了配電網(wǎng)無功補(bǔ)償設(shè)備的配置原則進(jìn)行規(guī)劃，然后合理布局，并且如實(shí)提出配電網(wǎng)無功補(bǔ)償工作中存在的一些技術(shù)問題。

2 配電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)囊饬x

電力質(zhì)量的優(yōu)劣關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，與國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展與社會(huì)穩(wěn)定密切相關(guān)，在國(guó)家能源戰(zhàn)略方面扮演著非常重要的角色。雖然自改革開放以來，國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)建設(shè)已取得一定的成績(jī)，但在電力系統(tǒng)安全運(yùn)行方面存在的問題日趨嚴(yán)重，安全事故近年來頻繁出現(xiàn)，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失非常大。怎樣將電壓合理地進(jìn)行調(diào)整，使電網(wǎng)的安全運(yùn)行水平得到有效提高，是電力工作者的一項(xiàng)頭等大事。提倡發(fā)展電力安全保護(hù)體系，為電力安全預(yù)警預(yù)案提供強(qiáng)有力的保障，可以保證國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)社會(huì)安全穩(wěn)定地發(fā)展。

3 配電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)默F(xiàn)狀分析

3.1 純電容器補(bǔ)償形式

因?yàn)殡娙萜髟摬考憩F(xiàn)相當(dāng)脆弱，在現(xiàn)階段電網(wǎng)中具有大量諧濾的存在，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行無功功率補(bǔ)償時(shí)選取純電容器形式，通常諧波電流會(huì)被放大許多，所以將會(huì)損壞用電設(shè)備、補(bǔ)償電容器等相關(guān)元件。

3.2 接觸器作為投切開關(guān)

若是選取接觸器當(dāng)作投切電容器的開關(guān)時(shí)，具有相對(duì)比較慢的響應(yīng)速度，在用電設(shè)備無功變化較快的同時(shí)具有沖擊性負(fù)載的系統(tǒng)中，跟蹤補(bǔ)償將無法有效進(jìn)行實(shí)施。在電容器投入的時(shí)候勢(shì)必會(huì)有相對(duì)較大涌流的出現(xiàn)。在電容器切除的時(shí)候，將會(huì)有較高過電壓的產(chǎn)生，而電容器若要再次投入的話，之前需充分地進(jìn)行放電。

3.3 等容循環(huán)投切的控制措施

在選取等容循環(huán)投切的控制措施時(shí)，其具有較粗的分組，并且補(bǔ)償精度也相對(duì)不足，因而導(dǎo)致用電系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間處在欠補(bǔ)償狀態(tài)中，其平均功率因數(shù)也較低。

3.4 普通型控制器

此種控制器具有薄弱的抗干擾能力，在工作中經(jīng)常發(fā)生誤動(dòng)作或者出現(xiàn)死機(jī)，在有諧波的系統(tǒng)中不太適合使用。該控制器的功能方面相對(duì)簡(jiǎn)單些，對(duì)于先進(jìn)的補(bǔ)償系統(tǒng)的控制要求它將起不到多大的作用。

3.5 以三相共補(bǔ)的補(bǔ)償形式為主

在負(fù)載系統(tǒng)出現(xiàn)三相不平衡時(shí)，分相補(bǔ)償將難以有效地進(jìn)行實(shí)施；在補(bǔ)償設(shè)備發(fā)生不尋常情況時(shí)，難以有效地實(shí)施保護(hù)；制作柜體結(jié)構(gòu)成套裝置通常選取分離元器件，并且柜體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)也相當(dāng)復(fù)雜，具有很大的組裝工藝難度。

3.6 元器件質(zhì)量水平整體偏低

因元器件分別來自各個(gè)生產(chǎn)廠家，質(zhì)量水平當(dāng)然也就有所不同，各種元器件之間的參數(shù)匹配性難免會(huì)出現(xiàn)誤差情況，從而導(dǎo)致補(bǔ)償設(shè)備運(yùn)行可靠性偏低，具有較高的故障率。

4 無功補(bǔ)償設(shè)備的合理配置原則

4.1 總體及局部平衡相互結(jié)合

要使城鎮(zhèn)電力網(wǎng)的無功電力趨于平衡狀態(tài)，應(yīng)當(dāng)首先讓整個(gè)縣級(jí)電網(wǎng)的無功電力平衡得到滿足，其次要滿足分站、分線的無功電力平衡。若是選擇無功電源的布局不合理，部分區(qū)域的無功電力將難以就地平衡，勢(shì)必導(dǎo)致部分變電站或線路的無功電力增多，電壓出現(xiàn)過高，過多的無功電力需要向外輸出或是導(dǎo)致部分變電站或線路的無功電力出現(xiàn)不足情況。電壓出現(xiàn)過低，勢(shì)必要向上提取無功電力。如此還是會(huì)引起異同分區(qū)間的無功電力的長(zhǎng)輸送與交換，從而增加電網(wǎng)的電能損耗。所以，在進(jìn)行規(guī)劃的過程中，應(yīng)當(dāng)在總體平衡的原則下，對(duì)各個(gè)不同局部的補(bǔ)償方案進(jìn)行研究，然后選擇最優(yōu)化的組合，方可實(shí)現(xiàn)上佳的補(bǔ)償效果。

4.2 供電部門及用戶補(bǔ)償互相結(jié)合

據(jù)相關(guān)資料顯示，用戶消耗的無功功率在城鎮(zhèn)電網(wǎng)中約占到五成，而在工業(yè)性網(wǎng)絡(luò)中約占將近六成。所以，在網(wǎng)絡(luò)中為了減少無功功率的輸送，就要盡量實(shí)行無功就地補(bǔ)償與就地平衡，并且一定要由供電部門與用電用戶協(xié)同進(jìn)行補(bǔ)償。

以往有些地區(qū)，通常只有用戶單一進(jìn)行補(bǔ)償。而對(duì)供電網(wǎng)絡(luò)本身的補(bǔ)償有所忽視，有些盡管補(bǔ)償設(shè)備已經(jīng)裝設(shè)好，但因?yàn)榕略黾勇闊┗驊峙鲁霈F(xiàn)事故，而遲遲未能投入運(yùn)行，導(dǎo)致補(bǔ)償設(shè)備的利用率相當(dāng)?shù)拖拢瑳]有得到想要的效果。還有部分地區(qū)則有另外一種傾向的出現(xiàn)，只對(duì)供電部門的無功電力建設(shè)有所注重，卻忽視發(fā)揮用電客戶的效用。這樣將會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)的無功電力平衡產(chǎn)生嚴(yán)重失調(diào)。因此需要按照總的無功電力需求，并且發(fā)揮供電部門與用電客戶兩者的積極性，一起協(xié)同建設(shè)與管理好無功電力。

4.3 分散及集中補(bǔ)償相互結(jié)合

無功補(bǔ)償需要做到總體及局部均平衡，不但需要對(duì)供電部門進(jìn)行補(bǔ)償，而且也要進(jìn)行用電用戶的補(bǔ)償，這勢(shì)必需要采取分散及集中兩種不同的補(bǔ)償方式。在國(guó)內(nèi)目前農(nóng)村電力配網(wǎng)中，分散補(bǔ)償主要是指在配電網(wǎng)絡(luò)中分散的負(fù)荷區(qū)分散進(jìn)行的無功補(bǔ)償，而集中補(bǔ)償指的是裝置較大容量的電容于變電站里集中進(jìn)行補(bǔ)償。

根據(jù)有關(guān)理論分析顯示，變電站中的集中補(bǔ)償主要是對(duì)主變壓器的無功損耗進(jìn)行補(bǔ)償，另外可使輸電線路傳輸?shù)臒o功電力得到減少，從而能夠有效降低供電網(wǎng)絡(luò)的無功損耗。由于用電客戶所使用的無功損耗還需要經(jīng)由變電站以下的配電線路向負(fù)荷端進(jìn)行輸送，因此為了讓線損得到有效降低，就一定要進(jìn)行分散補(bǔ)償。

在城鎮(zhèn)電力網(wǎng)中，因?yàn)榕潆娋W(wǎng)的線損占到全網(wǎng)總損失的七成左右，所以應(yīng)采用分散補(bǔ)償為宜。唯有如此方可讓配電網(wǎng)的無功線損有效地得到降低，進(jìn)而有助于降低城鎮(zhèn)電力網(wǎng)的總線損。

4.4 降損和調(diào)壓相互結(jié)合

采取電容器并聯(lián)進(jìn)行無功補(bǔ)償，其宗旨主要是為了實(shí)現(xiàn)無功電力就地平衡，讓網(wǎng)絡(luò)中的無功損耗得以養(yǎng)活，從而有利于降低線損。同時(shí)也能夠選取電容器組的分組投切，對(duì)電壓進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，但是僅為電容器并聯(lián)補(bǔ)償?shù)妮o助效果而已。在通常的情況下，政權(quán)以降損作為主導(dǎo)，調(diào)壓作為輔助。

對(duì)于部分關(guān)鍵性或電壓水平時(shí)常低下的變電站而言，有時(shí)候需要裝置較大容量的電容器組，以便于對(duì)網(wǎng)絡(luò)的無功潮流加以控制與有效改善電壓水平。但其終極目標(biāo)都是為了實(shí)現(xiàn)無功電力平衡，從而能夠保證電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行。在這里需要明白一點(diǎn)，采取電容器并聯(lián)提高電壓水平具有一定的局限性，通常只有3%～5%。若是這個(gè)限度被超越，勢(shì)必會(huì)使容量選取過大。

5 配電網(wǎng)無功補(bǔ)償現(xiàn)存的問題

隨著無功補(bǔ)償技術(shù)的不斷更新，在現(xiàn)階段配電系統(tǒng)中低壓側(cè)無功補(bǔ)償技術(shù)也開始普及。無論是從靜態(tài)補(bǔ)償?shù)絼?dòng)態(tài)補(bǔ)償，還是從有觸點(diǎn)補(bǔ)償?shù)綗o觸點(diǎn)補(bǔ)償，都已爭(zhēng)取獲得了相當(dāng)豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。但是由于在實(shí)踐過程中也暴露出諸多不足之處，因此要對(duì)此引起足夠的重視。

5.1 諧波治理問題

電容器本身具有一種抗諧波的功能，在電網(wǎng)的諧波污染中起著非常好的濾除效果。但是諧波含量若是超出臨界值時(shí)將會(huì)縮短電容器的使用期限，嚴(yán)重的話會(huì)導(dǎo)致電容器損壞過早，此外，諧波會(huì)干擾影響到動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償柜的控制環(huán)節(jié)，最終將會(huì)引起控制失靈，所以在需無功補(bǔ)償又有較大諧波干擾的地點(diǎn)，需要充分考慮增設(shè)濾波裝置。該問題一直以來未能得到普遍的重視，導(dǎo)致部分補(bǔ)償設(shè)備無緣無故地受到損壞，所以在進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)時(shí)一定要對(duì)諧波治理加以考慮。

5.2 無功補(bǔ)償容量的選擇問題

電力系統(tǒng)不允許過補(bǔ)償導(dǎo)致的無功倒送，因?yàn)闀?huì)造成增加損耗線路與變壓器，無形之中讓線路負(fù)擔(dān)有所加重。在負(fù)荷處于低谷時(shí)，若選取固定電容器補(bǔ)償方式，很有可能會(huì)引起無功倒送。在三相負(fù)荷沒有對(duì)稱的情況下選擇接觸器控制的補(bǔ)償柜，也有可能引起無功倒送。而對(duì)于晶閘管控制的補(bǔ)償柜而言，三相的補(bǔ)償量雖然能夠加以分調(diào)，但絕大多數(shù)廠商為了節(jié)省成本，僅只選取一相作為采樣與無功分析。因此在對(duì)補(bǔ)償方式進(jìn)行選擇時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)這一點(diǎn)有所充分考慮。

5.3 補(bǔ)償方式問題

大多數(shù)部門目前無功補(bǔ)償?shù)淖谥家廊环旁谟脩粢粋?cè)，也即是只對(duì)補(bǔ)償用戶的功率因數(shù)有所注意，而真正目的不在于讓電力網(wǎng)的損耗有所降低。若從電力系統(tǒng)角度對(duì)問題進(jìn)行考慮，如增設(shè)補(bǔ)償箱1臺(tái)可以提高某電力負(fù)荷的功率因數(shù)。雖然有利于實(shí)現(xiàn)降損的效果，但一定要對(duì)無功潮流進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而能夠確定各點(diǎn)的最佳補(bǔ)償量與補(bǔ)償方式，方可讓有限的投資成本充分發(fā)揮最大的收益。實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)顯示：為了使10kV配電線路的損耗得到有效降低，最佳選擇是在配電變壓器的低壓側(cè)安裝補(bǔ)償裝置，即分散就地補(bǔ)償方法。

5.4 電壓調(diào)節(jié)的補(bǔ)償設(shè)備引起的問題

部分無功補(bǔ)償設(shè)備確定無功投切量時(shí)主要依據(jù)電壓，如此便于讓用電客戶的電能質(zhì)量獲得保證，但是對(duì)于電力系統(tǒng)而言并非理想之舉。盡管線路電壓的波動(dòng)原因皆由無功量變化所致，但是由系統(tǒng)情況來決定線路的電壓水平。線路電壓基準(zhǔn)若是出現(xiàn)偏高或者偏低時(shí)，無功的投切量可能與實(shí)際需求產(chǎn)生無功過補(bǔ)或欠補(bǔ)。

總而言之，提高配電網(wǎng)的電壓水平有賴于無功補(bǔ)償發(fā)揮的作用，它既能夠提高電能的質(zhì)量，又可以使配電網(wǎng)更趨于穩(wěn)定與安全，不但可以提高電力設(shè)備的功率輸出，也使得生產(chǎn)水平獲得一定程度的提高。此外，對(duì)配電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行合理的無功補(bǔ)償，能夠讓功率因數(shù)有所提高，從而能夠確保無功功率保持平衡，也盡可能地讓配電網(wǎng)的電能損耗得到降低。在節(jié)能降耗方面補(bǔ)償功率也是一種上佳的途徑，所以應(yīng)當(dāng)重視對(duì)無功補(bǔ)償?shù)难芯颗c探索。

作者簡(jiǎn)介：杜子敏（1975-），男，廣東中山人，廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司中山供電局規(guī)劃建設(shè)分部主管，黃圃配網(wǎng)業(yè)主項(xiàng)目部主要負(fù)責(zé)人，研究方向：中低壓配電網(wǎng)規(guī)劃與建設(shè)。

（責(zé)任編輯：蔣建華）