分析10KV配電線路無功自動補償裝置的設計與安裝

李紀冬 焦大超

摘要：隨著我國用電負荷的增長，部分供電半徑大、功率因數低、線路損耗大的 10 kV 農網配電線路無法滿足用戶需求，必須要設計自動無功補償裝置進行無功補償。

關鍵詞：10kV配電線路；無功自動補償裝置；設計；安裝

引言

10KV 配電網絡廣泛具有供電質量差、功率因數低、線損大的情況。尤其是農村 10KV配電網。由于電網結構不合理、負荷季節性強、配電變壓器負載率低。從而造成網絡功率因數變化頻繁，電網線損率居高不下，配電網所需要的大量無功功率靠主網輸送，加大了線路的電壓損耗和網絡損耗。國家的規范要求和現實的應用實踐都表明，在 10KV配電線路上實施無功補償的必要性和重要性已被廣泛認可，而能夠實現無功自動補償在近些年已受到很多供電企業的極大關注。

1 10kV 電網的無功補償裝置設計的重要意義

隨著社會的不斷進步，人們對電力的需求逐年增長，從而造成了電力系統負荷功率負擔過重，諧波源和負載不平衡，已經對人們的生活造成了困擾，急需一種新型的方法來應對上述問題，科學技術的大力發展，為新方法創造了一個比較好的前景，近些年來，國家在電子技術方面發展迅猛，無功補償和電網諧波治理新技術取得的新突破，解決了以前很多的問題，雖然配電在電網的過程中起到重要的作用，但是損失也是極其之高的，而無功補償在這上面可以很好的降低損耗，并且很好的提高輸電質量。在傳統的設計過程中，雖然充分考慮到無功優化網絡以及規劃，但是對操作優化上的設計卻很少的進行考慮，因此本論文從 10kV 電網的無功補償裝置設計出發，充分發揮網內各種設備的作用，從而實現全網無功優化調度，最終提高電功率。

2 10kV配電線路無功自動補償裝置的設計

2.1 硬件設計

根據設計要求，需要采集的模擬量包括電網的三相電壓 U a、U b、U c，三相負載電流 I a、I b、I c。無功補償控制系統的整體硬件結構主要由信號采樣電路、信號調理電路和 DSP 外圍電路部分組成。數據采集部分將三相交流信號經過電壓互感器和電流互感器進行提取，經過調理電路，包括濾波電路和運放電路連接到 DSP 的I/O 口，從 A/D 口輸入的數據在 DSP 中進行 FFT 運算。控制器硬件設計構成部分為：DSP 最小系統、信號采樣部分電路、信號調理部分電路、抬升電路以及驅動部分的電路等。由 DSP 進行運算、處理，計算出判據條件、無功功率或功率因數。根據控制方式判斷所需投切電容量，并通過 I/O 口將投切指令輸出到繼電器驅動電路；驅動電路接到信號后，通過繼電器開關控制補償電容器組的投切。

2.2 判斷電容器組投切

為了判斷電容器組投入值和切出值大小，需對測量值和設定值進行格式化處理：1）擴大測量值和設定值；2）分別計算感性和容性狀態下的功率因數測量值；3）分別計算感性和容性狀態下的功率因數設定值。如果出現過電壓現象，那么需對電容組進行延時處理，并丟棄一組電容器；如果出現輕載現象，那么需延時一段時間之后，再丟棄一組電容器。對過壓和輕載現象進行判斷，查看測量值和設定值是否返回到正常值，如果功率因數測量值大于等于切入值，那么需對電容組進行延時處理，再丟棄一組電容器；如果功率因數測量值小于投入值，那么需對電容組進行延時處理，再投入一組電容器。

2.3無功補償觸發系統的設計

在設計觸發電路時，TSC 的觸發角應嚴格按照峰值觸發機制，以防止導通瞬間產生過電流，而 TCR 則應使其觸發角保持在 90°～180°之間。當控制單元判定一組 TSC 進行投切時，觸發單元中的鎖相環模塊將采樣電網電壓并進行同步，于電網電壓自然換相點處給出觸發脈沖。而當控制單元判定 TCR 進行投切時，需先通過一組計算電路，當投入無功量為負值時，認為系統發生了過補償，此時計算電路將直接導出觸發角90°，脈沖信號于 90°點給出，TCR 全導通；若是無功量為正，計算導出的觸發角就為 180°，認為此時TCR 關斷。

2.4 無功補償遠程無線集控系統

無功補償遠程無線集控系統主要是通過遙控器從而對無功補償系統進行一定程度的綜合管理，通常情況下該項技術包括各個方面，比如運輸數據，無線通訊，智能化等等，主要是通過應用智能手機芯片，電信通訊系統以及處理器等等從而對顯示器進行控制。無功補償遠程無線集控系統采用的是大規模集成電路技術，此技術的優點在于微型控制，同時也可以抵抗干擾，具有十分齊全的功能，而且運行的比較穩定，操作方便，安裝簡便，此技術連接的軟件使用也是方便簡單。

2.5軟件設計

采用模塊化設計，既方便修改檢查，同時加快了執行的效率。根據系統的硬件電路與設計功能要求，控制保護主控軟件包括五個主要模塊，對于功率因數的控制要先對系統的無功與功率因數做檢測計算。當無功功率超越上限時，系統的功率性質呈容性，說明投入的電容器使系統出現過補償，此時應馬上控制繼電器切除所投入的電容器。然后再通過計算得出新的功率因數，進而計算出所需投切電容的容量，當電壓過零點時投入相應的電容。由于補償用的電容器連接方式有三角形接法與星形接法兩種，所以每相投切電容量的計算也有區別，當電容接線方式采用星形接法時，設 Q 為需補償的無功功率，U 為測量所得的線電壓大小， 為流經電容的電流，根據下式可計算出所需投入的電容量 為：

3 10kV配電線路無功自動補償裝置的安裝過程

與普通的電路設備安裝情況不同，無功補償裝置在 10kV 配電線路中的安裝過程具有其固有的特殊性，不僅對安裝技術具有更高的要求，對各項參數控制、操作細節控制等均做出了嚴格規定。因此，必須對無功補償裝置的安裝過程進行全方位的嚴密把控，避免出現安裝漏洞。在安裝過程中，首先應對線路的電壓控制目的進行全面調查分析，并在此基礎上確認電流流徑位置，為電容器的參數奠定合理基礎。其次，對安裝施工人員進行綜合素質考查，包括無功補償裝置的專業安裝技能測試、施工技藝測試等，對容易出現的漏洞，如電壓錯位、電流錯位、互感器損壞等情況進行嚴格把控，以保證設備的安裝質量。另外，在無功補償裝置的安裝流程初步完成的情況下，安裝施工人員還應對該安裝設備及其所在線路進行符合規定標準的檢測，一旦發現異常，應及時進行具體探查，并采取補救措施。可見，只有充分保障安裝過程的科學性與合理性，才能為電流運行提供穩定、安全、高效的技術保證。

結語

綜上所述，10kV 配電線路是配電網的重要組成部分，隨著社會經濟水平的提高，供電企業對配電線路的節能技術要求越來越高。無功補償裝置作為一種節能的優化式工具，有助于配電線路中電容器的合理配置，具有安裝簡便性、節能高效性等特點，可見，明確無功補償裝置的設計與安裝要求與細節，是現階段供電企業節能電網建設的關鍵。

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（作者單位：1.天津市匯峰工程設計咨詢有限公司2 天津中電華利電器科技集團有限公司）