試論10kV配電網無功功率平衡及優化補償

試論10kV配電網無功功率平衡及優化補償

1無功功率平衡

在電力系統中，無功功率同有功功率一樣必須保持平衡，負載所需要的感性無功功率jQL由電網中無功電源發出的容性無功功率-jQc來提供補償。無功功率平衡應根據就地平衡的原則進行就地補償，避免大量的無功功率作遠距離傳輸。無功補償應根據分級就地平衡和便於調整電壓的原則進行配置。集中補償與分散補償相結合，以分散補償為主;高壓補償與低壓補償相結合，以低壓補償為主;調壓與降損相結合，以降損為主;並且與配電網建設改造工程同步規劃、設計、施工、同步投運。

2無功對電壓和線損的影響

2.1無功對電壓的影響

(1)無功與電壓損耗的關係

當電網傳輸功率時，電流將在線路、變壓器阻抗上產生電壓損耗△〖WTBX〗U。其關係式如下：

△U=(PR+QX)/UN (1)

當線路安裝無功補償容量為Q c的並聯電容器補償裝置後，線路電壓損耗為

△U′=〔PR+(Q-QC)X〕/UN (2)

並聯電容器補償裝置投入運行所引起的靜態電壓升高，即

△U-△U′=QCX/UN (3)

式中△U-電壓損耗，V

P-線路傳輸的有功功率kW

Q-線路傳輸的無功功率kvar

QC-補償投入的電容器容量kvar

UN-線路額定電壓kV

R、X為線路電阻、電抗ΩZK)

從上式中可見，無功功率的變化，將引起電壓降的變動，由於安裝並聯電容器，就地平衡無功功率，限制無功功率在電網中傳輸，相應地減少了線路的電壓損耗，提高了配電網的電壓質量。

(2)電壓調整

10kV配電線路存在電壓過低或偏高問題，其原因除了電網結構不合理和導線過細外，主要是無功功率不足或過剩。系統的無功功率對電壓影響極大，無功功率不足，將引起電網電壓下降，而無功過剩將引起電網電壓偏高。無功功率平衡是維持及保證電網電壓質量的基礎，必須採取有效的調壓措施，以提高電壓水平。合理調整變壓器分接頭，是提高電網電壓水平的一種調壓手段。

2.2無功對線損的影響

在電網運行中，因大量非線性負載的投運，它們除要消耗有功功率外，還要消耗一定的無功功率，負荷電流通過線路、變壓器將會產生功率與電能損耗。由電能損耗公式可知，當線路或變壓器輸送的有功功率和電壓不變時，線損與負荷功率因數的平方成反比。功率因數越低，電網所需無功就越多，線損就越大。當cosφ=0.7時，無功功率和有功功率在電網中產生的電能損耗基本相當，即此時電網中線路和變壓器的損耗有一半是由無功功率引起的。提高功率因數，可使線損率降低。綜上所述，無功功率分級補償就地平衡，提高負荷的功率因數，可減少電網中無功功率的傳輸，從而降低電網的電壓損耗和電能損耗。

3無功優化補償

由於電網的線損主要是線路損耗與變壓器損耗，所以配電網的降損節能，也就是對電網中所有的電力線路和變壓器進行優化。無功優化的目的是通過調整無功潮流的分布降低網路的有功功率損耗，並保持最好的電壓水平。結合城鄉電網建設與改造，對配電網進行無功優化補償，實現電網高壓綜合線損率降到10%以下，低壓線損率降到12%以下的目標。

3.1配電線路分散補償

配電線路分散補償，是指把一定容量的高壓並聯電容器分散安裝在供電距離遠、負荷重、功率因數低的10kV架空線路上，主要補償線路上感性電抗所消耗的無功功率和配電變壓器勵磁無功功率損耗，還可提高線路末端電壓。

(1)安裝位置及補償容量確定：

無功補償裝置安裝地點的選擇應符合無功就地平衡的原則，儘可能減少主幹線上的無功電流為目標。一般對於均勻分布無功負荷的配電線路，其補償容量和安裝位置按[2n/(2n+1)](其中n為不小於1的整數)規則，求得最優補償方案。考慮到無功補償裝置的運行維護、補償效益及投資回收期限，因此，沿線的無功補償點以安裝一處為適宜，最多不應超過二處，可以直接連接於主幹線上和較大的分支線上，每個補償點的容量不宜超過100～150kvar。

配電線路上無功補償容量應適當控制，並且在線路負荷低谷時，不應出現過補償向系統倒送無功。負荷在線路上的分布狀況不同，安裝地點也不相同，具體位置應根據負荷分布特點和容量的大小計算確定見表。

表1配電線路分散補償電容器組的安裝

(2)補償後的電壓校驗：

配電線路安裝補償電容器組後，會引起線路電壓降的變動。在補償點選擇上，應充分考慮到安裝地點的電壓不得超過電容器組額定電壓的1.1倍。因此，為保證供電安全可靠，有利於線損的降低，需根據公式(1)、(2)、(3)，對補償前後的電壓進行校驗，避免在負荷低谷時功率因數超前或電壓偏移超過規定值。否則將因過補償造成無功倒送，反而使電壓損耗、線損增加;線路電壓升得過高，增加電容器的介質損耗而發熱，影響其使用壽命和出力。

3.2配電變壓器隨器補償

配電變壓器隨器補償，是將低壓補償電容器直接安裝在配電變壓器低壓側，與配電變壓器同投同切，用以補償配電變壓器自身勵磁無功功率損耗和感性用電設備的無功功率損耗。對容量30kVA及以上的配電變壓器逐台進行就地補償，使無功得到就地平衡，從降損節能方面考慮是合理的。但目前，只在部分實行功率因數調整電費的100kVA及以上工業用戶、少量城網公用變中安裝補償電容器，而大量的農村綜合變基本上沒有進行無功補償，這就使補償電容器安裝容量不足，電網所需無功缺額大，造成了配電網功率因數低，無功損耗嚴重。

無功補償裝置的容量選擇，應根據實際負荷水平按提高功率因數的要求合理配置。而無功補償容量是隨著負荷的變化而變化的，因此，配電變壓器隨器補償方式應使用無功自動補償裝置，自動投切一部分電容器組，以達到最佳補償功率因數。對100kVA及以上的配電變壓器宜採用無功補償微機監測和自動投切裝置，合理調整無功自動補償裝置功率因數的整定值，保證無功功率在低壓電網就地平衡;重負荷時提高功率因數到0.95以上，在輕負荷時功率因數不得大於0.95。

3.3無功補償應注意事項

(1)線路分散補償電容器組容量在150kvar及以下時，可採用跌落式熔斷器作控制和保護，其熔斷器的額定電流按電容器組額定電流的1.43～1.55倍選取;150kvar以上時應採用柱上斷路器或負荷開關自動控制;

(2)為防止線路非全相運行時，有可能發生鐵磁諧振引起過電壓和過電流，損壞電容器和變壓器，線路分散補償電容器組不應與配電變壓器同台架設並使用同一組跌落式熔斷器;

(3)補償電容器組中性點不應直接接地，避免電容器某相貫穿性擊穿引起線路相間短路;

(4)在無功補償的電容器迴路上，宜裝設適當參數的串聯電抗器或阻尼式限流器，避免電容器容抗與系統感抗相匹配構成諧振，起到抑制高次諧波電流的作用;

(5)無功補償裝置應裝設氧化鋅避雷器過電壓保護裝置;

(6)無功補償裝置應採用自動投切裝置，防止過補償和電壓升高損壞電容器及其他設備;

(7)配電變壓器隨器補償採用桿架式安裝，其補償裝置箱底部離地面不小於1.2m。

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