無功補償技術在10kV配電網自動化管控中的應用

國網山東省電力公司東營市墾利區供電公司 茍坤波

1 配電網無功優化自動控制系統

隨著社會科技的持續發展，人們越來越重視無功補償技術的使用，尤其是配電網自動化管控。目前變電站調度自動化系統（SCADA）的使用比較廣泛，所以能夠利用SCADA系統中的有限線路運行參數和補償電容器，自動切換控制電容器，從而實現動態步長的功能（圖1）。因為變電站中的每個饋線會同步運行多臺補償器，并且設置獨立化補償器，在此過程中不交換信息。所以要根據實際線路運行情況，利用上位機對自動控制系統進行優化，從而對補償器協調[1]。

10kV配電網中的主要因數為饋線首端功率因數，能夠充分展現電網實際運行的情況。在無功優化自動化控制系統中安裝補償電容器，并且計算補償的相應參數，包括補償位置、補償量等。在明確饋線首端功率因數過程中，一般都是利用變壓器相關的功率參數計算，得到功率因數。在10kV配電網運行過程中，雖然饋線首端功率因數為補償電容器投切操作主要因數，但因為電網結構和成本因素的影響，一般都是通過無功功率來控制補償電容器投切操作。在部分特殊情況中，假如無法有效獲取饋線首端功率因數，就要利用電壓控制補償電容器進行投切控制。所以，要通過饋線首端功率電壓、因數與無功功率等設計補償電容器投切參數，從而實現無功優化自動化控制系統的補償電容器投切控制（圖2）[2]。

2 配電網無功優化自動控制系統的使用

2.1 補償點、補償容量及補償位置的確定

補償點與補償容量在10kV配電網無功優化自動化控制系統中具有重要作用，重點為配電網線損。10kV配電網線路損耗主要包括無功電流與有功電流所產生的線路損耗，在整體10kV配電網無功損耗，主要包括配電線路和無功功率損耗創建的無功線路損耗。針對無功線路損耗，使用有效措施降低無功電流和線路的損耗。通過補償裝置，在線路安裝配電線路中，從而實現無功補償，得出補償容量與補償點。降低線路補償點的設置數量和容量，從而避免出現過補償的情況。預期目標能夠確定補償點和容量，通過基于非節點的補償算法實現并行尋優，確定最佳補償容量與位置。通過相關研究表示，并不會提高無功補償設備的成本，利用非節點補償方式能夠提高電壓的水平、降低線損[3]。

在選擇配電網無功補償位置的過程中，預期目標的實現尤為重要。基于就地平衡原則進行安裝，從而降低主干線中無線電流。通過10kV配電網自動化能夠有效控制無功補償技術，每個線路中都要在線路負荷中安裝無功補償裝置。合理配置無功補償的容量，選擇安裝電容器的尋優點，對電壓質量進行改善，從而降低線路損耗[4]。

2.2 無功補償技術要求及管理維護

利用無功補償技術進行分析，在配電網中設置無功補償技術參數中的要求為：泄露比距大于24mm/kV；使用單星型接線方式，中點不接地；使用高壓真空接觸器實現投切開關；設置額定電壓為10.5kV，保持最高工作電壓不超過12kV；電容器組在5分鐘內帶自放電電阻，調節電容器組剩余電壓不超過50V，在10分鐘內完成放電；使用LZKW-10型開啟式電流互感器；使用鍍鋅鐵構件；在保護電容器過程中，要實現過流、零序、過電壓、過流速斷、欠電壓等禁合，測量精度設置為±0.5%[5]。

在對無功補償技術設備進行維護與管理時，會影響到補償的預期效果。所以，在配電網中安裝無功補償設備，進一步的加強現場在線動態管理，深入考察無功補償裝置，保證無功補償裝置根據設置的方式與參數進行自動投切，另外加強無功補償裝置日常管理與維護。

2.3 無功補償電壓調整

切除補償電容器的并聯，改變變壓器負載側電壓，通過投入的電容器能夠提高變壓器負載側電壓的質量。其一，通過電容器對變壓器負載側電壓進行調整。在電容器投入使用前，設置變壓器負載側功率因數為cosφ0，設置負載側電壓值為U20。cos φ0在使用電容器后，負載功率的提高因數表示為cosφ+，U2+為負載側電壓值增加，計算公式為：

式中U2N是變壓器負載側額定電壓，變壓器電源側的運行電壓為U1，變壓器電源側運行電壓分接頭值為Ux。其二，切除電容器，對變壓器負載側電壓值調整。在切除電容器前變壓器負載側電壓值為U20，cosφ0為功率因數。將電容器切除后，cosφ為負載側功率的降低因數，U1表示降低負載側電壓值，那么負載側電壓值降低U2-，計算公式為[6]：

3 無功補償技術使用的經濟效益

3.1 補償方式的效益

電網中無功功率增加或者減少導致出現有功損耗減少或者增加的無功經濟當量，無功經濟當量的公式為：公式中的C是無功經濟當量，Q1是電網無功功率，R是電網電阻，U是電網額定電壓。。以此表示，無功功率、電網電阻和無功經濟當量具備正比關系，通過相關規定表示，無功經濟當量電動機和發電機的二次變壓設置為0.05～0.07，兩者的直連中值一般設置為0.02～0.04；三次電壓值為0.08～0.10。變電器系統通過經濟數據的計算表示，一次側位無功補償的當量零點具備不同種的經濟當量（表1）。以此表示，隨機補償的經濟當量比較高。在實現無功補償的過程中，通過配電網末端位置能夠提高經濟位置[7]。

表1 補償方式不同中的無功經濟當量/kW＊kVar-1

3.2 補償方式單位投資的效益

表2 電容器組單位容量的投資效益/元

不同補償方式具有不同的補償設備型號與容量，通過實際的工作經驗中的投資效益也各有不同（表2）。以此表示，隨機補償與隨器補償的投資最低，此補償方式經濟方式的經濟效益最好。通過10kV電網管理的工作分析，低壓的分散補償投資小于高壓分散補償投資，并且降低損耗效果。所以，在實現配電網無功補償過程中，將低壓變配電區作為基礎，能夠有效統計變壓器終端的電力容量、負荷、類型，與電網配電結構特點相互結合，實現低壓變壓器的補償與補充，輔以高壓與線路的集中補償，完善電網無功補償的管理體系，從而能夠降低損耗[8]。