無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)在6KV配電網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

摘要本文對(duì)配電網(wǎng)固定式無(wú)功補(bǔ)償現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查，對(duì)造成配電系統(tǒng)電能質(zhì)量不穩(wěn)定，配電網(wǎng)絡(luò)損耗大的固定補(bǔ)償方式進(jìn)行了分析，提出在6KV配電系統(tǒng)應(yīng)用無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，改善了配電網(wǎng)絡(luò)的電能質(zhì)量，同時(shí)產(chǎn)生顯著地經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞現(xiàn)狀分析無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償效果評(píng)價(jià)。

一、配電網(wǎng)現(xiàn)狀

2009年，筆者所在的單位共管轄有1座變電站及8座6kV配電站。各配電站無(wú)功補(bǔ)償方式均為固定電容器組進(jìn)行補(bǔ)償，電容器在功率因數(shù)變化時(shí)需人工頻繁調(diào)節(jié)以達(dá)到系統(tǒng)要求，工作量大；電容器合閘時(shí)產(chǎn)生很大的合閘涌流，有時(shí)甚至激發(fā)諧振過(guò)電壓，致使供配電系統(tǒng)電壓質(zhì)量低，供配電系統(tǒng)穩(wěn)定性差。

隨著冶化生產(chǎn)持續(xù)擴(kuò)能以及工人村用電負(fù)荷的持續(xù)增加，供配電系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的電壓質(zhì)量及穩(wěn)定性要求日益提高，供配電系統(tǒng)靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償方式已逐漸不能適應(yīng)電網(wǎng)需求，在高峰負(fù)荷期間，功率因數(shù)只能達(dá)到0.88左右，系統(tǒng)供配電損耗大幅增加；在負(fù)荷低谷期間，功率因數(shù)超過(guò)1.0造成系統(tǒng)過(guò)補(bǔ)，嚴(yán)重影響供配電系統(tǒng)安全運(yùn)行，此時(shí)需值班人員對(duì)電容器組頻繁進(jìn)行人工調(diào)節(jié)，耗時(shí)長(zhǎng)，工作量大。而且此種運(yùn)行方式下，配電站全年平均功率因數(shù)始終在0.91左右，年平均供配電損耗率約1.2%，年平均供配電損失率約600萬(wàn)kWh，配電損耗資金約354萬(wàn)元。另外，根據(jù)供電部門(mén)的規(guī)定，對(duì)于功率因數(shù)完成較好的用電單位可以在固定電費(fèi)上進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)惠獎(jiǎng)勵(lì)。依據(jù)以上情況，應(yīng)用動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)對(duì)6KV配電站改造，著力減少電網(wǎng)供配電損耗，改善電壓質(zhì)量，提升供配電系統(tǒng)穩(wěn)定性。

二、無(wú)功自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用

（一）DWZT型電壓無(wú)功自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置原理簡(jiǎn)介

DWZT型電壓無(wú)功自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置采用新的無(wú)功補(bǔ)償理念，根據(jù)Q=2πfCU2通過(guò)電壓調(diào)節(jié)器改變電容器端部輸出電壓，從而達(dá)到改變無(wú)功輸出容量、調(diào)節(jié)系統(tǒng)功率因數(shù)、改善系統(tǒng)無(wú)功功率的目的。該裝置在調(diào)節(jié)過(guò)程中無(wú)過(guò)電壓、無(wú)電容器充放電、無(wú)涌流等不良現(xiàn)象，它可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，保證電容器運(yùn)行在電容器額定電壓以下，延長(zhǎng)了電容器的使用壽命。整套電容器組固定接入，不采用傳統(tǒng)的分組投切，其輸出容量可從（100～25）%分9級(jí)輸出，調(diào)節(jié)更細(xì)致，從而避免傳統(tǒng)分組出現(xiàn)的過(guò)補(bǔ)或欠補(bǔ)情況。DWZT電壓無(wú)功自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置已廣泛應(yīng)用于35～220kV變電站，可以在6～66kV母線上進(jìn)行無(wú)功調(diào)節(jié)，在保證電壓合格的基礎(chǔ)上，保證功率因數(shù)合格，有效降低線損。當(dāng)串接電抗器后具有抑制諧波放大的功能。

（二）應(yīng)用實(shí)例

以筆者所在的一配電站為例，配電站母線分為4段，總補(bǔ)償容量為6400Kvar（考慮串聯(lián)電抗器的消耗，每段補(bǔ)償容量增加了100Kvar），無(wú)功補(bǔ)償運(yùn)行方式：四段母線無(wú)功補(bǔ)償分段運(yùn)行，每段補(bǔ)償容量1600Kvar。

由于現(xiàn)場(chǎng)負(fù)荷變化表較大，為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電容器組的無(wú)功輸出，可采用DWZT6.3～1600型無(wú)功調(diào)節(jié)裝置。該裝置可實(shí)現(xiàn)電容器組無(wú)功容量在400～1600kvar之間變化，分9檔輸出，最小級(jí)差為150kvar；裝置可在1分鐘內(nèi)可實(shí)現(xiàn)1—9檔的連續(xù)動(dòng)作，每檔動(dòng)作時(shí)間小于5秒，這樣即可滿足補(bǔ)償要求，每級(jí)極差又小，調(diào)節(jié)更細(xì)致，滿足現(xiàn)場(chǎng)功率因數(shù)及電壓的要求。

裝置控制策略以功率因數(shù)為判據(jù)，自動(dòng)適應(yīng)配電站各種運(yùn)行方式，進(jìn)行綜合控制，達(dá)到功率因數(shù)最高，母線電壓合格。在總?cè)萘糠秶鷥?nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率適時(shí)、快速調(diào)節(jié)，電容器組部分串有電抗率為6%的空芯串聯(lián)電抗器，可有效抑制5次及以上的諧波，整套裝置不產(chǎn)生諧波；調(diào)節(jié)過(guò)程無(wú)需人工倒閘操作；運(yùn)行過(guò)程中或自身發(fā)生故障時(shí)裝置不會(huì)對(duì)系統(tǒng)電能質(zhì)量、相關(guān)電力設(shè)備及周?chē)h(huán)境造成不利影響。

方案一次原理圖：（圖1）

DWZT電壓無(wú)功自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置特點(diǎn)

（1）裝置能根據(jù)系統(tǒng)電壓無(wú)功參數(shù)，按照九位圖及模糊控制原理保證母線電壓在合格范圍內(nèi)，保證功率因數(shù)在設(shè)置范

圍內(nèi)，保證功率因數(shù)最佳，線損最小。（2）裝置電容器固定接入，不采用投切電容方式調(diào)節(jié)無(wú)功，而是根據(jù)Q=2πfCU2改變電容器端電壓來(lái)調(diào)節(jié)無(wú)功輸出，滿足系統(tǒng)無(wú)功出力要求。目前電容器調(diào)節(jié)容量為（100-25）%×額定容量輸出。（3）電壓調(diào)節(jié)器在調(diào)節(jié)過(guò)程中無(wú)過(guò)電壓存在，可以保證電容器安全，延長(zhǎng)其使用壽命。（4）采用電容器低電壓合閘，有效降低電容器合閘涌流對(duì)系統(tǒng)及電容器本身的沖擊。（5）調(diào)壓過(guò)程電容器始終不脫離電網(wǎng)，無(wú)充放電現(xiàn)象，無(wú)調(diào)節(jié)延時(shí)，可實(shí)現(xiàn)適時(shí)調(diào)節(jié)。

微機(jī)控制器的特點(diǎn)和功能

（1）控制器的主要特點(diǎn)：①控制器應(yīng)使用可靠的“軟件電子狗”電路和容錯(cuò)技術(shù)，可以自動(dòng)發(fā)現(xiàn)程序運(yùn)行錯(cuò)誤并瞬間自動(dòng)復(fù)位計(jì)算機(jī)，徹底解決了“死機(jī)”問(wèn)題；②微機(jī)控制器采用大屏幕液晶顯示器，圖形界面，中文顯示和操作提示，菜單式選擇，八按鍵操作，使用簡(jiǎn)單，操作人員無(wú)需培訓(xùn)；③應(yīng)采用“傻瓜機(jī)”的設(shè)計(jì)風(fēng)格，簡(jiǎn)單、實(shí)用的個(gè)性。自動(dòng)運(yùn)行時(shí)完全不需人為干預(yù)。

（2）控制功能：①主變分接開(kāi)關(guān)在用戶允許的情況下能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，電壓調(diào)節(jié)器能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、自動(dòng)調(diào)節(jié)，無(wú)功補(bǔ)償裝置可與上位機(jī)通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓調(diào)節(jié)器的遠(yuǎn)方遙控調(diào)節(jié)；②裝置能夠根據(jù)電力系統(tǒng)需要自動(dòng)調(diào)節(jié)電容器的無(wú)功出力；③裝置具備用戶提供的閉鎖信號(hào)接口，當(dāng)閉鎖信號(hào)動(dòng)作時(shí)，能可靠閉鎖裝置不動(dòng)作；④控制器能夠根據(jù)采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，按無(wú)功九區(qū)圖的控制策略，得到分接頭和無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的最優(yōu)配合，控制電壓調(diào)節(jié)器和主變分接頭的調(diào)整。

（3）現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)設(shè)置功能。控制器具有供值班員使用的參數(shù)設(shè)置功能，所有設(shè)置的內(nèi)容可保存十年以上而不丟失，不受停電和干擾信號(hào)的影響。

（4）顯示功能：①可分別顯示主變的高（低）壓側(cè)電壓、電流、功率因數(shù)、有功功率，低壓側(cè)電壓、無(wú)功功率；②顯示主變和電壓調(diào)節(jié)器的分接開(kāi)關(guān)檔位；③顯示電容器無(wú)功出力；④顯示調(diào)壓和調(diào)節(jié)動(dòng)作提示，顯示相應(yīng)的高壓斷路器的通斷狀態(tài)。

（5）事件順序記錄。當(dāng)各類(lèi)保護(hù)動(dòng)作、升降動(dòng)作或監(jiān)視的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，控制器應(yīng)自動(dòng)記錄事件發(fā)生的類(lèi)型、相別及動(dòng)作值，事件按順序記錄，可通過(guò)液晶進(jìn)行查詢，并以通訊方式遠(yuǎn)傳。動(dòng)作次數(shù)可永久保存。事件的清除靠液晶菜單中的“信號(hào)復(fù)歸”完成。

（6）通信接口。微機(jī)控制器具有RS-232或RS-485通信接口和成熟的接口程序，可全面可靠地實(shí)現(xiàn)遙信，遙控。

（7）先進(jìn)的保護(hù)和閉鎖功能：①控制器具有CT斷線檢測(cè)及閉鎖調(diào)節(jié)功能：三相電流中最小一相小于0.2A，最大一相電流大于0.5A即認(rèn)為CT斷線；發(fā)生CT斷線將閉鎖所調(diào)節(jié)功能（包括調(diào)主變分接頭和電壓調(diào)節(jié)器）。②控制器具有PT斷線檢測(cè)及閉鎖調(diào)節(jié)功能：三個(gè)線電壓中最小一相小于70V，即認(rèn)為PT斷線；發(fā)生PT斷線將閉鎖所調(diào)節(jié)功能（包括調(diào)主變分接頭和電壓調(diào)節(jié)器）。③電壓調(diào)節(jié)器重瓦斯、有載調(diào)壓重瓦斯作為開(kāi)關(guān)量通過(guò)光耦輸入至微機(jī)控制器，可傳到中央信號(hào)屏，并根據(jù)用戶要求直接接入電容器跳閘回路。④引入電容器開(kāi)關(guān)和中（低）壓側(cè)開(kāi)關(guān)信號(hào)作為調(diào)節(jié)器動(dòng)作的閉鎖條件。⑤獨(dú)有硬件保護(hù)電路，微機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)任何電路故障均不會(huì)有誤動(dòng)作輸出。⑥電容器故障跳閘時(shí)，報(bào)警并閉鎖調(diào)節(jié)。

三、主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

1、自動(dòng)無(wú)功補(bǔ)償裝置工藝先進(jìn)，結(jié)合該裝置工作原理，根據(jù)系統(tǒng)電壓無(wú)功參數(shù)，開(kāi)發(fā)出按照九位圖及模糊控制原理工作的無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置，保證輔修配母線電壓在合格范圍內(nèi)，保證功率因數(shù)在設(shè)置范圍內(nèi)，保證功率因數(shù)最佳，改投切的滯后調(diào)節(jié)為實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，調(diào)節(jié)系統(tǒng)功率因數(shù)，有效降低電力系統(tǒng)損耗，提高供電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益、節(jié)約能源。

2、由于不采用投切方式，所以不存在電容器投切引起的充放電問(wèn)題，調(diào)節(jié)可以隨系統(tǒng)無(wú)功變化隨時(shí)進(jìn)行，不需要延時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)適時(shí)調(diào)節(jié)，而且單套裝置分9級(jí)調(diào)節(jié)，補(bǔ)償更加精細(xì)，保證系統(tǒng)隨時(shí)都工作在最佳狀態(tài)，有效提高功率因數(shù)，降低線損。該產(chǎn)品能把變電站功率因數(shù)有效提高至0.95～0.98之間，減少發(fā)熱損耗。

3、控制策略多樣化，具體在不同的典型應(yīng)用中采用不同的控制方法，多種控制策略可供選擇。

4、通信完善，可和配電站進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。

四、效果評(píng)價(jià)

1、年創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益

2010年1月筆者所在的一配電站為例，自動(dòng)無(wú)功補(bǔ)償裝置投入使用后，節(jié)約電能及經(jīng)濟(jì)效益如表2：

通過(guò)以上數(shù)據(jù)分析得出：每月節(jié)約電量7837 kWh左右。每年節(jié)約配電損耗資金約53605元。

目前，已在所在的配電站推廣使用自動(dòng)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)，調(diào)試運(yùn)行后，在提高供配電系統(tǒng)功率因數(shù)、減少供配電損耗、改善電能質(zhì)量、節(jié)約能源、以及提高系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面效果顯著。

據(jù)測(cè)算，各配電站在進(jìn)行自動(dòng)無(wú)功補(bǔ)償改造后，年平均可節(jié)約配電損耗資金213.7萬(wàn)元。

五、結(jié)束語(yǔ)

由于固定式無(wú)功補(bǔ)償裝置，維護(hù)簡(jiǎn)單，先行投入的固定式無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)在一些配電網(wǎng)絡(luò)還在應(yīng)用，但隨著對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)電能質(zhì)量要求的提高，固定式無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)已經(jīng)不能滿足配電系統(tǒng)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)要求，無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)在變配電網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的要求越來(lái)越迫切，且經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。

參考文獻(xiàn)：

[1]電力系統(tǒng)運(yùn)行操作和計(jì)算[M].水利電力出版社，1977.

[2]電氣設(shè)計(jì)規(guī)范[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1996.

（作者單位：大冶有色集團(tuán)控股有限公司動(dòng)力分公司）