探析新型無功補償裝置在10kV配電系統中的應用

劉云賀

(國網河北省電力有限公司柏鄉縣供電分公司，河北 邢臺 055450）

引言：電力系統中，配電網絡是保障電力運行的重要結構。保證其運行質量符合峰值需求，才能更好地推動經濟高效發展。在實際應用過程中，配電網絡結構構成過于單一，導致建設偏向有功裝置，使得無功裝置無法滿足配電系統運行需求。缺少相關功率，導致系統運行過程中對線路損耗影響相當嚴重。配電網長期處于缺乏無功功率的情況下運行，盡管10kV變電所能夠基于無功功率給予補償，但是對于母線電壓、線損等無法進行控制，使得配電可靠性降低。對此，采用新的裝置完善配電網的無功功率，實現有效補償。

一、無功補償裝置在10kV配電系統中的作用

調壓變壓器、同步調相機都屬于無功補償裝置，前者實際使用會消耗一定無功功率，無法作為相關電源使用。后者則能夠根據配電系統需要的實際功率做出補償。并且該裝置具有便于安裝、低能耗的優勢，能夠有效預防無功功率出現到送現象。在10kV配電系統中，主要裝置分為無功與有功兩種類型[1]。實際工作中有功功率更多是負責電網運行，并將其消耗掉。在電感元件中電流不同的做工導致溫度呈現出差異，在工作中應用相關技術更有效地推動供電質量提示。

二、無功補償裝置在10kV配電系統中的進化史

（一）固定式

早期使用的無功補償裝置，形式多是固定形式。目的是為了防止電流經過輸送時出現異常現象，影響電網系統。固定式電容器占據電路整體30%，數值相對較小。并且多是在100kV以下使用，工作性質相對單一，無法從事高運行工作，對于電流高峰運行階段，固定式電容器根本無法發揮作用。固定式補償裝置安置于電線桿上，外表長期裸露在外，安全性無法得到保障。即便電路斷網，掛網依舊無法推出，再度開啟電力輸送有極大危險，當前已經不再使用。

（二）人工式

10kV配電線路在電力系統發展歷程中，不斷地運行和改善。發現電流在白天夜晚的變化差異較大，為了在電流數值較高的階段進行無功補償，引進容量較大的電容器組，并投入人工輔助開展運行。但是依舊無法避免意外事件發生，例如在電量需求量較大的生產廠家，會由于不間斷的趕工加班，導致工廠突發性停電，導致產量生產受到影響。為了保證安全范圍內能夠有足夠的電力，多數情況下會占用無功功率用于解決電力問題，但是從整體來看，補償效果并不明顯。還會在補償時提高工作難度，留下安全隱患。

（三）簡易型

簡易型無功補償，是吸取了人工式無功補償的經驗衍生的方法。能夠通過分體式構件，融合對應的控制單元，用以替代人工進行操作，實現自動化投切。

（四）一體化

箱式一體化無功自動補償裝置，完善了簡易型分體式裝置，解決以往分體式裝置的特點。首先，從外觀來看，箱式一體化補償裝置發生巨大改變，內部設備布局更加合理。但是設備布局在箱內，需要單桿架設對其固定。同時增設一定的副架，保證內部有效固定。并配備相關的避雷、保險等裝置，做好接地工作。箱式一體化無功補償裝置，不但有效對時間進行控制，傳導設備也十分先進，在不斷研究的背景下，能夠創新電壓數值形式，更好地實現電子集成發展[2]。

三、10kV 配電系統中的新型無功補償裝置的設計

現階段的10kV配電系統無功補償裝置多是采取靜態補償的方式，根據補償方式能夠提高功率。但是由于設備處理能力較差，導致補償裝置設計過于簡單，難以滿足無功補償需求，使用的電容器在用電高峰時段出現無功補償能力不足的現狀。針對于無功功率補償裝置設計，本文提出新型無功補償裝置設計，滿足10kV配電系統負荷波動時對于無功功率的需求。根據10kV配電系統特點，基于DSP對10kV線路做無功補償，滿足系統的動態補償需求。

（一）位置確定

在對10kV配電系統設計補償裝置時，需要將裝置置于線路負荷2/3的位置。這樣能夠改善電壓輸出情況，降低線路運行期間的損耗問題。并且根據電路輸送的實際情況，設計補償容量。通常情況安裝的電容器數量較多，目的是降低電容量的損失。但是投入的維修和安裝成本相對較高，長遠角度來看不利于企業發展。在實際工作中，對于超負荷的線路，使用兩個設施保證效果，降低成本投入量。安裝確定好具體位置，滿足線路的需求。還能夠采取單點補償的方式，將其安置在電線桿上，禁止使用分組投切的方式，能夠用簡單的方式保護線路，使補償效果最大化。

（二）容量確定

在設計無功裝置補償的過程中，需要確定容量是否能滿足線路的要求。承載過大過小都會影響無功補償的有效性。當數值處于合理的區間內，才能防止過電壓等事故發生，并對設備的散熱效果優化，提高電容器的工作安全性，降低線路損毀程度，起到推動發展的效果。

（三）補償點確定

無功補償裝置能夠對負荷電路進行優化，緩解能源損耗的問題，保證供電的穩定性。根據安放的補償裝置做出合理演算，使電壓得到改善。通常用功損耗根據補償電容安裝，來減少線路對其使用次數，根據使用需求補償無功、有功功率。同理有功電使用也會降低損失，使線路損失降至最低。根據計算的相關點，對不同節點容量補償情況進行了解，同時對相關點數值進行排列，計算出實際需要的備選地點[3]。多數補償點都設置于節點處，通過計算能夠獲得最佳補償方式，找到適合的位置。

四、新型無功補償裝置在 10kV 配電系統中的應用

10kV配電系統中無功功率分為兩種形式，無功功率在系統中用來實現線路功率變化，有功功率則是系統實際消耗的功率。當系統內缺少無功功率時，系統將會出現電壓下降的情況。為了保證配電系統無功功率得到補償，配置補償裝置必不可少。結合10kV系統分析新型無功補償裝置的應用價值，分析應用效果。

（一）DSP 的新型裝置

在10kV配電系統中，無功補償裝置可以分為容性與感性，分別代表電壓相位靠前以及電流超出電壓。有功功率在系統中的作用是將傳輸的功率加以轉化，轉變其數值，一旦出現無功功率不足的情況，將會造成電壓值開始下降，低于正常值。因此，在系統運行過程中，無功補償是必不可少的一部分。

1.新型無功補償裝置原理

新型無功補償裝置是根據當前各種類型的設備優化，對設備優點總結設計的裝置。其構成包含了電容器組、避雷器等多種設備，與傳統補償裝置的區別在于。新型無功補償裝置采用雙電容組，采取星型布線的方式，確保配電系統交流時能夠進行投退。使用DSP為控制芯片，對線路電壓傳輸質量進行穩定，保障線路電壓質量完善。新型無功補償裝置多是安裝在屋外的集裝箱內，能夠以簡潔的安裝方式來簡化安裝過程。

2.硬件結構

10kV配電系統的無功裝置通過TV、TA對線路的信息進行有效采集，將采集信息傳輸，經過隔離變送模塊轉化為小電流，送入隔離室進行轉化。此時輸入芯片轉換通道，完成采集任務。DSP借助電容器發出投退指令，發射信號給光耦隔離，實現驅動元件的操作。

其核心部件采用的是CMOS技術，在DSP芯片中能夠發揮出強大的數據處理能力。并且能同時擁有16個外行串接口，用以連接各項設備，結合自身的計算能力來滿足實時分析數據的需求；無線通信則是通過GPRS作為傳播媒介，有著傳播速度快的特點，能夠基于無線通信的基礎上實現遠程操控。使用GPRS數據傳輸模塊登錄平臺，能夠獲取到IP地址，分別注冊到域名服務器中，再進行交換，通過傳輸的方式借助IP協議創建傳輸模式，無需額外布線。

3.電容器組的投退控制

傳統的無功補償裝置，設置的電容器組的投退控制方式，通常根據電壓、按功率等因素來進行控制。其中按功率控制，是在線路有功功率出現變化的時候，功率因素無法滿足無功的變化，線路負荷波動開始變化并增大。此時切投會產生相當大的電壓反應，造成電壓振蕩；按電壓控制，線路變化無法將功率變化反映出來，在臨界區會產生振蕩現象；而無功控制會導致功率處于臨界值，造成電容器組頻繁出現投退現象，造成電容器損毀現象。因此，基于DSP的新型無功補償裝置，能夠采用雙電容組，轉變傳統單一控制局面。更好地滿足電壓振蕩需求，尋找新的投退控制方法[4]。

傳統的控制技術會在上下限區域出現投退現象，對其優化后依舊無法有效控制。本次的新型無功補償裝置對其優化，采用電壓與無功結合的方式，經過優化改造后的控制技術，能夠有效滿足投退的需求。預設好投退的影響定值，根據預設電容器定值，根據上下限區域的電容器，對投分別投入的電容器無功上限進行劃分，并考慮好投退后電壓振蕩問題。做好區域內合理的規劃，保證電容器能夠有效實現投退操作，線路負荷波動在投退后不會出現較大的波動。

4.控制軟件系統

針對于無功功率控制采用的是集成模塊，無功功率在設定的范圍內，電容器不投切。一旦超出設定范圍，按照設計的原則進行投切。保證各電容器使用時長保持一致，提高電容器的使用壽命。控制邏輯圖根據框架開始執行命令，判斷正確繼續下一組操作，判斷否則繼續下一個環節，繼續對實際情況加以判斷，通過判斷電容器是否投入。

（二）新型無功補償裝置應用效果

根據新型無功補償裝置在10kV配電線路安裝使用后，能夠發現運行期間能夠保證良好的運行態勢。并且線路電壓、電流等信息采集靈敏，信號傳播流暢。電容器在投退過程中，也能快速做出反應。根據新型無功補償裝置與傳統裝置相比較，通過對比裝置投入后采集的日功率因素變化，根據變化的實際情況，分析的結果是：未投入新型無功無償裝置前，10kV配電線路由于功率因素較低，在運行過程中，功率因素在0.84-0.95之間，功率導致線路的損耗影響較大。而應用新型無功補償裝置后，線路能夠保持功率因素在0.95，與未投入無功功率補償裝置相比較，功率因素呈現提高的情況。減小了系統無功輸出的功率，增加了電力系統的輸電能力[5]。

根據未投入無功補償裝置與投入補償裝置的線路電壓運行水平相比較，能夠發現投入后的配電系統線路電壓能夠保持在10.1-10.7kV之間，提高了系統電壓的運行效率，基于末端的線路電壓也能達到這一標準，有效保障了電路系統的供電系統。新型無功補償裝置在投入后，與以往裝置相比較，有效降低了線路功率損耗率，比例高達2.12%。能夠保證電量處于中等水平，根據10kV配電系統的年度電量占比，按照每度電的費用進行計算。在采用新型無功功率裝置后的電網運行效率，為電力企業提高的效益累積能夠按照每度電費用*2.12%=實際效益，減少每年度至少百萬元的成本。

結論：綜上所述，通過對新型無補償裝置進行探究，并與以往的裝置與新裝置畕畕的無功功率差異。通過對比展現新型裝置的功能，更好地發揮裝置在配電系統中的節能效果。有效提高系統功率，在安裝過程中克服以往變壓器的短板問題，解決電網末端電能質量低的問題。提高電網運行線路質量，推動國內電力技術更上一層樓。