配電變壓器監測及無功補償技術的研究

余明凱

廈門路橋游艇旅游集團有限公司（361000）

配電變壓器監測及無功補償技術的研究

余明凱

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隨著我國用電量的不斷加大，電力系統發展空前，供電所配電變壓器的數量也大幅上升，但是對于變壓器的監測技術還不高，損壞事件數量增多。帶給電力系統的不僅僅是經濟損失，同時對保證供電可靠性有著潛在隱患。文章著重分析了配電變壓器在線監測與無功補償控制裝置，利用通訊網絡實現變壓器的全面管理，裝置通過大功率無觸點固態繼電器，可實現電容器自動投切，闡述了合理運用配電變壓器無功補償能夠有效控制配電網損耗的重要性。

配電變壓器；在線監測；無功補償；模糊控制

0 引言

針對配電網系統及電力用戶而言，在運行線路中適當添加并聯電容器實現無功補償，不僅能夠削減上一級電網壓力，還可提升用戶配電變壓器使用效率，對用戶功率因數及電壓質量進行改善,有效控制電能損失,進而提升供電可靠性。

1 系統實現方案

圖1 配電變壓器監測儀兼做無功補償控制器系統結構圖

1.1 控制器的組成部分

控制器由單片機最小系統、信號輸入單元、串行通訊單元及輸出接口四個部分構成。

整個系統的核心由地址鎖存器74LS373、80C196CPU、轉換器FlashEPROM、27256EPROM以及A/D等構成，為單片機最小系統。

測量CT、PT等組成信號輸入單元。配電變壓器電壓及電流量進行隔離轉換后傳送到控制器，通過A/D轉換后傳至CPU單元,進而完成計算及分析。

配置要求為標準RS232/RS484串口電路，實現數據的交換及使用。串行通訊單元中，全部數據讀取及參數設置均有此串口實現連接。為達到現場操作便利的目的，將借口設置為紅外接口，進而實現RS232的連接。通訊距離在2～3 m，串行通訊單元可以達到現場使用的具體需求。

光電耦合器等組成輸出接口。輸出接口能夠實現對無功功率、功率因數及電壓等的智能判斷,進而決定電容器的切除還是投入，同時隔離的投切控制信號將直接傳輸至晶閘管控制級。

1.2 數據在線監測

電壓、電流數據被控制器測量到之后，自動進行計算機存儲。每天、每小時對變壓器的P、Q及平均kW/H進行監測，同時對每天三相電壓、電壓越上限時間、電流最值進行統計分析。可對全線的各組電容器一段時間內的投切次數、投切狀態進行同時記錄，收集到的信息被實時傳送至控制器之中，再由RS232/RS484A傳送回供電信息管理中心，以便利于配電變壓器的管理并且保證提供數據的真實性。

1.3 晶閘管投切電容器

晶閘管具有反應速度快、壽命長、可頻繁操作、電容器組能夠實現平滑投切、無關閘過電壓、無合閘涌流沖擊、分項投切為晶閘管電子開關控制電容器無功補償的優點。大部分的晶閘管開關控制電容器電路使用兩個單項可控硅反向并聯進行聯接，能夠有效防止大電流沖擊，達到可控硅過零觸發的目的。投入的成本相對較低，但是接線的復雜程度較高[1]。

2 配電變壓器監測及無功補償技術

2.1 配電變壓器監測系統

目前，電力系統運用的是最為先進的配電網絡監控技術及管理模式、嵌入式控制器技術及GPRS/ CDMA/GSM網絡數據傳輸技術。能夠對設備運行狀況進行實施監控，及時統計及記錄相關信息。

配電變壓器監測終端及監測管理系統為配電變壓器監測構成的兩大部分。戶外或室內配變監測終端安裝配電變壓器差動保護；配電營業管理中心及管理部門或是移動維護管理人員攜帶配變監測管理系統。通過GPRS/CDMA/GSM完成二者之間的通信聯接及數據交換。

2.2 配電變壓器無功補償方式

將提升功率因數作為主要目的，選擇補償容量的公式為：

公式中P為已知負荷功率，φ1為補償前阻抗角，φ2為補償后阻抗角。

配電網中通常使用10 kV/0.4 kV的雙繞組三相變壓器，而且多數時單臺運行，于配電變壓器低壓側實現補償，可以減少變壓器損耗，同時也可對線路損耗進行有效控制，為現階段使用最為廣泛的補償方法。

2.3 配電變壓器無功補償技術的實際應用

提升專用變壓器等用戶功率因數作為配電變壓器無功補償技術應用的目的，能夠實現無功就地平衡，對用戶電壓質量進行提升，降低變壓器損耗的同時提升線路運行能力。因用戶用電日負荷不斷加大，一般情況下利用計算機進行控制，對負荷波動分組投切電容器進行補償。在日常運行的應用中,有兩種常用裝置：一種是運用接觸器投切電容器，產生的沖擊電流相對較大，對電容器及接觸器的壽命產生不利影響；另外一種裝置就是電子開關投切電容器，例如晶閘管，對接觸器投切電容器存在的不足進行彌補。電子開關的缺點是損耗功率，需要進行風扇及散熱器的安裝，以此達到通風及散熱的目的，但是散熱器的安裝會使裝置體積增大，風扇的安裝則對裝置的可靠性產生影響。

無功補償技術在應用中，裝置的選擇及使用需充分考慮以下幾個問題：

1）裝置能夠滿足自動投切及容量分級的要求，響應迅速，能夠實現動態補償。為了避免三相不平衡系統無功倒送情況的發生，需對控制器進行三相無功投切控制的檢測及計算，進而得到確切的數據支持，盡可能防止無功倒送的發生。系統設置時，三相不平衡亦會使線路損耗及變壓器耗損的情況加重，若用戶單相負荷較多，可需用分相無功補償。

2）對于運行可靠性的問題，需重視開關機電容器的可靠性，及電容器使用壽命與工作條件之間的關系，故此，裝置投切開關是保證運行可靠性的關鍵因素。配變無功補償在戶外應用中，易受外界因素干擾，晶閘管或是接觸器補償裝置基本無法達到可靠性的要求，機電一體開關，也就是復合型開關是保證可靠性的最佳選擇。

3）電壓、電流、無功功率及功率因數作為控制器采樣的物理量,采樣時要盡量做到方便、合理。從電網降低網損的角度而言，最佳的控制方式就是取無功功率作為控制量。對三相不平衡大的負荷，可選用分相無功補償裝置，還可對特定故障進行監測及控制。

4）對裝置進行保護是十分重要的工作，對裝置進行缺相、相序等多個方面的功能進行監測，在系統出現缺相等故障時能夠及時切除電容器，對裝置進行保護[2]。除此之外，在諧波干擾較大的情況下，需對裝置抗諧波干擾能力進行綜合考量。

3 結語

無功補償技術在配電網中的應用，具有提升電網的功率因數作用，有效控制了供電變壓器及輸送路線損耗，進而對供電環境進行改善，提升供電可靠性。故此，配電系統中，無功補償裝置是不可或缺的裝置，補償裝置的合理性能夠最大程度降低電網損耗，提升電網質量，提升企業管理能力，減少用戶用電支出，經濟效益顯著，此外，還需對各項科學技術進行不斷深入研究，提升供電系統的科學性。

[1]熊卿，張哲，尹向根，文明浩，王存平.配電變壓器與靜止無功補償一體化技術研究[J].廣東電力,2011(08)：1-6.

[2]劉靜,王書鵬,王曉寧.配電變壓器三相不平衡電流檢測補償裝置[J].農村電工,2016(10)：21.