公變低壓智能無功分散補償裝置的配置與應(yīng)用

何鋒，章建華，沈麗雯，高久國，劉俊

（國網(wǎng)浙江安吉縣供電公司，浙江安吉313300）

公變低壓智能無功分散補償裝置的配置與應(yīng)用

何鋒，章建華，沈麗雯，高久國，劉俊

（國網(wǎng)浙江安吉縣供電公司，浙江安吉313300）

介紹了一種在線路的中末端采用分散式小容量智能型無功補償設(shè)備進(jìn)行無功補償?shù)姆椒?。通過對臺區(qū)負(fù)荷的測試，定制智能無功分散補償裝置，有效降低了線路無功電流，減少了線損，提高了變壓器帶負(fù)載能力及線路中末端電壓，經(jīng)濟效益明顯，供電質(zhì)量顯著提高。

電容器；功率因數(shù)；無功補償；分散補償

0 引言

隨著農(nóng)村居民生活水平的提高，農(nóng)村的電氣化設(shè)備日漸增多，現(xiàn)有的電器特別是電動機等負(fù)荷比重較大，它們在消耗有功功率時也吸收大量無功功率，從而導(dǎo)致低壓線路的供電能力明顯下降。另外，變頻設(shè)備的增多也使得農(nóng)網(wǎng)諧波大幅上升，由于大部分無功補償裝置未考慮電容器投切引起的諧波放大現(xiàn)象，導(dǎo)致電容器受損嚴(yán)重，甚至無法正常投切，降低了線路的無功補償水平。

目前，公用變壓器（以下簡稱公變）低壓無功補償普遍采用的方式是在變壓器側(cè)集中補償，一般按照變壓器容量的30%左右進(jìn)行補償。這種補償方式只能提高臺區(qū)功率因數(shù)，起不到降低配電變壓器（以下簡稱配變）至終端用戶線損的作用，而且一般的補償裝置在諧波環(huán)境下很容易損壞，無法投切。

在對臺區(qū)負(fù)荷情況進(jìn)行監(jiān)測分析后，對負(fù)荷較集中的幾個點采用分散補償?shù)姆绞剑梢杂行Ы档脱a償?shù)攸c到變壓器端的線路損耗。針對監(jiān)測臺區(qū)諧波電壓和電流，選用抗諧波能力強的電容器，利用其過諧波保護(hù)功能，在諧波過高時，電容器無法投入，從而保護(hù)其不受損壞，大大提高電容器使用壽命。因此，在線路中末端采用分散式補償是一種較為理想的方式。

1 農(nóng)村電網(wǎng)無功補償工作特點

農(nóng)村電網(wǎng)無功補償工作具有以下特點：

（1）農(nóng)村電網(wǎng)末端負(fù)荷地點分散。農(nóng)村人口居住分散，農(nóng)村配網(wǎng)線路一般都可相差幾公里，這是農(nóng)村電網(wǎng)的特殊性使然。

（2）農(nóng)村電網(wǎng)末端負(fù)荷波動幅度大。農(nóng)村用電不穩(wěn)定，每天不同時段投切頻率高、負(fù)荷變化較大。另外，由于農(nóng)網(wǎng)的特殊性，一般沒有合適的安裝位置，只能將末端補償裝置安裝于末端低壓桿或者懸掛于用戶墻上，這也增加了維護(hù)和管理的難度。

（3）農(nóng)村電網(wǎng)配變?nèi)萘科毡槠。绻捎脗鹘y(tǒng)無功補償設(shè)備需配備多路小容量電容器，為實現(xiàn)控制功能，每一路都需要安裝接觸器、斷路器、熱繼電器，使得設(shè)備及回路接點多，維護(hù)極不方便。

2 農(nóng)網(wǎng)配變補償位置的選擇原則

采用中末端無功補償裝置前，應(yīng)組織人員對各條線路的用電情況進(jìn)行摸底，并按照在線路較長、電壓波動較大處進(jìn)行補償?shù)脑瓌t安裝裝置。同時，盡可能兼顧安裝位置的安全性和方便性。

舉例來說，一般將裝置安裝于中末端低壓桿上，便于對一小片用戶進(jìn)行補償，對無功消耗大的用戶也可安裝于末端用戶計量箱旁。補償位置參見圖1，選擇用戶相對集中的A點、B點、C點進(jìn)行末端補償比較合適。

圖1 補償?shù)攸c的選擇

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 補償?shù)攸c電能參數(shù)分析

以西畝街配變臺區(qū)1號線路上A點無功補償為例，利用電能質(zhì)量測試儀測得A點電能數(shù)據(jù)如表1所示。該配變臺區(qū)容量為160 kVA，由表1可以看出，A點無功補償需量較大，功率因數(shù)基本處于0．5～0．7區(qū)間，嚴(yán)重低于正常水平，造成此臺區(qū)嚴(yán)重出力不足。

3.2 A點諧波數(shù)據(jù)分析

隨著農(nóng)村節(jié)能電器、變頻設(shè)備的增加，電網(wǎng)中產(chǎn)生了一定的諧波。利用諧波測試儀對A點進(jìn)行測試，得到諧波分量數(shù)據(jù)，選取其中一段如表2所示。

通過對臺區(qū)負(fù)荷高峰時期的數(shù)據(jù)監(jiān)測，結(jié)合表2數(shù)據(jù)知，A點諧波電壓分量約6%，而國家公共電網(wǎng)諧波相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14593－93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》要求不得高于5%。A點諧波電流含量約23%，也遠(yuǎn)超標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的10%的合理范圍。諧波分量過大極易使電容器擊穿并引起相間短路，因此在配置智能無功補償裝置時必須考慮電容器的抗諧波能力。

表1 西畝街配變臺區(qū)A點電能數(shù)據(jù)

表2 西畝街配變臺區(qū)A點諧波數(shù)據(jù)

4 補償設(shè)備的配置

4.1 智能無功補償設(shè)備的技術(shù)特點

4.1.1 全自動、免維護(hù)設(shè)計

智能型無功補償裝置采用數(shù)字處理器為核心的設(shè)計方案，自動跟蹤接入點無功功率需求的變化，采用“等壓投、零流切”控制技術(shù)，實現(xiàn)電容器組平滑投切，無合閘涌流，無分閘過電壓。同時，投切開關(guān)響應(yīng)速度快，無投切次數(shù)限制。

4.1.2 模塊化設(shè)計

智能型無功補償裝置采用整體設(shè)計，集智能控制器、保護(hù)開關(guān)、投切開關(guān)、電力電容器于一體?？蓡闻_獨立使用，亦可多臺并聯(lián)組網(wǎng)使用。組網(wǎng)時，采用等位通信方式，隨機產(chǎn)生主機，不必另外配備控制器，節(jié)省柜內(nèi)空間。與普通的無功補償設(shè)備相比，優(yōu)勢明顯。

4.1.3 多種自保護(hù)功能

據(jù)統(tǒng)計，普通的戶外無功補償設(shè)備由于工作環(huán)境惡劣（高/低溫，潮濕），平均使用壽命在1～2 a左右。而智能無功補償設(shè)備具備自診斷、自保護(hù)功能（包含過流保護(hù)、過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、過溫保護(hù)、過諧波保護(hù)、不平衡保護(hù)等），可最大限度提高其使用壽命，一般可使電容器壽命達(dá)到5～10 a。

4.2 無功補償配置方案

4.2.1 提高功率因數(shù)

根據(jù)1號線路A點測量數(shù)據(jù)知，其最大無功缺額為55．6 kvar，由此確定無功補償設(shè)備容量為60 kvar。遵循低壓無功補償“容量夠用，級差最小”原則，采用智能無功補償裝置進(jìn)行補償。智能無功補償裝置有37個檔位，分別為：0，2，3，5，7，8，10，12，13，15，17，18，20，22，23，25，27，28，30，32，33，35，37，38，40，42，43，45，47，48，50，52，53，55，57，58，60 kvar，如此精細(xì)的檔位設(shè)置完全能滿足線路中末端負(fù)載頻繁變化的場合，因此，A點選擇3臺智能電容器分別為：（20+20）kvar，（10+5）kvar，（3+2）kvar。

4.2.2 消除諧波影響

電網(wǎng)諧波是導(dǎo)致電容器損壞的主要原因之一。根據(jù)表2知，A點諧波電壓分量約6%，故應(yīng)選擇抗諧波電壓能力不低于7%的電容器，智能無功補償裝置具備過諧波保護(hù)功能，可滿足要求。該裝置在諧波電壓低于7%時能夠正常投切使用，高于7%時過諧波保護(hù)功能啟動，電容器不投入使用，從而保護(hù)電容器不受損壞，大大提高其使用壽命。

5 經(jīng)濟效益分析

5.1 降低線損

表3為西畝街配變臺區(qū)經(jīng)無功補償后A點的電能數(shù)據(jù)。根據(jù)用電信息采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)，該配變1號線路年平均有功負(fù)荷為36 kW，平均電壓為225 V，平均功率因數(shù)為0．6，安裝無功補償裝置后平均功率因數(shù)達(dá)0．9。假設(shè)補償?shù)攸c距變壓器距離為150 m，線路為120 mm2的鋁芯線。

線路單相電阻R按式（1）計算：

式中：ρ為導(dǎo)線材料的電阻率；L為導(dǎo)線長度；S為導(dǎo)線的額定截面積。

單相線損降低按式（2）計算：

代入數(shù)值，計算可得R=0．035 Ω，ΔP=0．46 kW，則一天可節(jié)電0．46×24×3=33．12 kWh。

5.2 提高變壓器經(jīng)濟效益

經(jīng)過無功補償后，臺區(qū)的平均功率因數(shù)由0．6提高到0．9左右。則補償后的有功出力增量為：

表3 無功補償后西畝街配變臺區(qū)A點電能數(shù)據(jù)

可見，在視在功率S不變的前提下，線路傳輸?shù)挠泄Τ隽υ黾勇师/P為：

表明變壓器的帶負(fù)載能力提高了50%，經(jīng)濟效益顯著。

5.3 提高線路中末端電壓

測試期間1號線路最高負(fù)荷為78 kW時，單相電壓為221 V，安裝無功補償裝置前功率因數(shù)為0.6，安裝后功率因數(shù)為0.92，電壓提升幅度按式（5）計算：

代入數(shù)值，計算可得ΔU=4.13 V。

6 結(jié)語

分散式小容量智能型無功補償設(shè)備具有安裝維護(hù)方便、體積小、壽命長等特點，在線路中末端安裝該設(shè)備，可直接為附近負(fù)載提供所需的無功功率，降低了線損，提高了線路中末端電壓，對配網(wǎng)變壓器節(jié)能降損、低電壓治理有顯著作用。

[1]丁毓山，楊勇.農(nóng)村電網(wǎng)規(guī)劃與改造[M].北京：中國電力出版社，2001.

[2]苑舜.配電網(wǎng)無功優(yōu)化及無功補償裝置[M].北京：中國電力出版社，2003.

[3]李宏仲.電網(wǎng)無功控制與無功補償[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012.

（本文編輯：方明霞）

Configuration and Application of Low-voltage Intelligent Reactive Power Dispersion Compensation Device in Common Transformer

HE Feng，ZHANG Jianhua，SHEN Liwen，GAO Jiuguo，LIU Jun
（State Grid Zhejiang Anji Power Supply Company，Anji Zhejiang 313300，China）

This article describes a reactive power compensation method，which uses decentralized small-capacity intelligent reactive compensation device in the middle and the end of power line.Through load test of transformer area and customization of an intelligent reactive power dispersion compensation device，the reactive current of line is effectively reduced and line loss is decreased；load capacity of transformer is improved and the voltage in the middle and the end of the line is increased.The method obtains significant economic benefits and significant improvement of power supply quality.

capacitor；power factor；reactive power compensation；decentralized compensation

TM714.3

：B

：1007-1881（2016）03-0018-04

2015-10-13

何鋒（1987），男，助理工程師，從事無功電壓管理工作。