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对于农村配电网无功补偿方式分析
2017-10-11 10:39:34  作者:张道乾  来源:中国设计师网  
  •   针对农村配电网电能质量偏低的问题,本文结合国网公司“三集五大”体系建设、河南省电力公司农电整体素质三年提升工程工作要求,对商丘农村配电网无功补偿的现状进行了分析,对无功补偿方式进行了研究,提出了“整体规划、布局合理,分层次补偿以及追求均衡”的补偿原则,并提出了如下要求:整体和部分无功的相互均衡;集中式补偿和分散补偿相互协调,坚持分散补偿为主;调压和降损相互协调,以降损为主;用户无功补偿和供电部门的无功补偿相互协调和配合。

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  商丘供电公司 张道乾

  1 引言

  伴随着农村生活水平的逐渐提高,农村家庭中家用电器的使用量逐渐增多,再加上乡镇工业的迅速发展,使得农村配电网的负荷量增加了不少。作为农村电力网的重要组成部分,农村配电网所占的电能消耗比例较大。为了促进电能质量的提高和降低电能消耗,充分发挥电气设备的出功力,确保电气设备运行的最佳状态,竭尽全力将有限的电力投放到社会主义现代化新农村中的建设中来,完善农村配电网无功补偿方式的工作。结合笔者的实践经验和相关专业知识,本文主要围绕农村配电网无功补偿的现状以及补偿方式这两个问题展开,希望对全面建设新农村的工作有所帮助。

  2 农村配电网无功补偿的现状以及无功补偿所遵循的原则

  2.1 农村配电网无功补偿的现状

  在农村配电网里,不少电力负荷呈感性电力负载,譬如交流电焊机、感应电炉、日光灯以及电动机等等,这些用电设备是无功功率消耗的主要来源,其中中小容量配电变压器以及感应电动机所占农村电力负荷中的比重分别是百分之二十以上和百分之六十以上。再就是其农村电力负荷受季节因素的影响较大、不集中、空载和轻载运行负荷严重、配电线路的供电半径一般较大以及用电设备在配套、使用、管理不合理和分支线路复杂等等特点直接导致其无功比例过大。还存在的一个问题就是无功规划一直都没有得到人们的有效关注,无功占用和无功电源缺乏均衡,这就致使农村电能质量不高,配电网的功率因素有待提高,更为严重的是电网耗损和功率耗损不断增加。无功补偿对于农村配电网的作用主要体现在调压这一环节上,譬如:这是某变电站10kV母线路经过简单化后的连接线路。此线路始于变电站一端,然后和B线路构成了同杆双线路。A线路过长,一端接着31台配电变压;而B线路一端接着18台配电变压。变压总容量高达9895kVA。

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  就A线路而言,其接着31台变压器,容量在50到1000kVA之间,因而为了分析和计算简单些,就要对这31台变压器进行相关的等值处理。而经过各种假设类的计算方法之后发现要是提高变压器功率因素对于线路电压而言只有调节作用,不能解决整体电压所存在的问题;而当变压器电压提高至11.4kV的时候虽然满足了末端用户电压的需要,但是母线电压已经超标了。甚至当部分低压电容器和10kV电容器的保护值超过系额定的电压时,无功补偿装置则不得不被迫退出,这将严重加大农村配电网的耗损量。所以优化农村配电网无功补偿方式应该引起人们的广泛关注和足够重视。

  2.2 无功补偿所应该遵循的原则

  从农村配电网无功功率能耗的基本情况不难看出,各级输变电设备以及各级电网都不可避免地要消耗一定的无功功率,其中低压电网所占比例最大。因而,为了确保尽可能多的较少电网中无功功率的传输,促进输配电设备利用效率的提高以及农村配电网的线路耗损,农村配电网无功补偿需要尽可能地遵循以下补偿原则。即“整体规划、布局合理。分层次补偿以及追求均衡”,要求如下:第一,整体和部分的相互均衡,不仅要考虑到整体电网全部无功的均衡,还要保证分线路、分站点无功率的均衡和协调。第二,集中式补偿和分散补偿相互协调,坚持分散补偿为主要补偿方式。所谓的分散补偿就是在配电网络中不集中的负荷区,譬如配变压器、大用户所用的电器设备以及配电电线路等等所开展的无功补偿。相对的集中补偿就是在电容器容量大和变电站较为集中的站点进行无功补偿,从而确保均衡无功、缩短输送的距离,因而可以促进线路受损率的降低。第三,调压和降损相互协调,而主要方式在于降损。这主要是针对线路分线多、线路长、功率因素不高以及符合分散的线路而言的。但是此种线路最明显的特点就在于其线路耗损严重和负荷率不高。所以如果要对这样的线路进行补偿,则能够促进线路供电能力的大幅度提升。第四,确保用户无功补偿和供电部门的无功补偿相互协调和配合。在农村配电网里,配电变压器所要消耗的无功功率维持在百分之六十以上,要是用户无功补偿和供电部门的无功补偿配合不到位则很容易致使轻载或者是空载是出现过补偿的现象,这样的无功补偿就没有意义而言了。因此,一定要确保二者的同步予以无功补偿。其中农村配电网中关于电容器容量的合理分配可以借助于一下图解来得出。图中纵坐标是各条线路的QnRn,以Qn为横坐标以一定的比例而画出的三角形。第一幅图是纵坐标为Q1R1为线条的,横坐标是Q1的直角三角形;第二幅图是纵坐标为Q2R2为线条,横坐标是Q2的直角三角形;第三幅图是纵坐标为Q3R3为线条的,横坐标是Q3的直角三角形;第四幅图是纵坐标为Q4R4为线条的,横坐标是前面三幅图中Q1、Q2、Q3横坐标总和的直角三角形。

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  2.3 变电站集中补偿和跟踪补偿方式

  为了电网无功的分配均匀和平衡,在变电站予以集中补偿的方式可以很好地促进电网功率的提高,促进系统终端的变电站母线电压得到很好的改善,在一定程度上使得变电站高压输电线路以及主变压器的无功消耗得到补偿,避免浪费。无功补偿的装置主要涉及到并联电容器、静止补偿器以及同步调相机。类似这些补偿装置主要集中于变电站达10kV的母线上,所以在维护上较为方便和简单,管理也十分有序。而劣势就在于这样的无功补偿途径在降低农村配电网中所起的作用有限。而跟踪补偿方式主要是在大用户配电变压器中插入低压电容器的一种无功补偿方式。这种无功补偿方式在使用上有一定的对象限制,主要针对于配电变压器达100kVA的专用用户,能够代替随器、随即这两种补偿方式,其补偿效果也算比较可观。而无功跟踪补偿方式的好处就在于其可以对无功负荷的变化进行较好的跟踪检测,运行方式较为灵活的同时也保证了其无功补偿效果。其有待完善之处就在于其保护控制装置较为繁琐,前期的投资金额数目尤大。

  2.4 随器补偿和随机补偿方式

  所谓随器无功补偿就是低压电容器借助于低压熔断器和和配电变压器之间的连接来对配电变压器空载无功补偿的一种方式。配电变压器在空载或者是载重量不重的时候,农村配电网无功负荷不可或缺的重要组成部分是空载励磁无功。随器无功补偿方式的好处就在于其连线比较容易、操作简单和可实施性强,管理上也不是很繁琐,可以有效地对配电变压器的空载无功进行补偿,这样也就将农村部分配电网的无功基荷进行了一个均衡分配,这样有利于促进配电变压器使用效率和用户功率因素的提高,完善了用户电压质量,具有一定经济性的同时也降低了配电网的破损,是目前农村无功补偿较为实用和普遍的一种方式。其存在的不足之处在于配电变压器在数量上过多,安装的地点不集中较为分散,所以无功补偿工作的投资金额也增加了,还有就是其运营维护工作任务重而大,管理上较为不便。随机无功补偿方式也就是把电动机和电容器相互并联在一起,借助于保护装置、控制以及电动机同步投切的无功补偿方式。它适用于电动机的无功消耗补偿,主要是补偿励磁无功,能够很好地对配电网无功峰荷进行一定的限制,从而降低配电线路损耗的同时也有利于促进电动机出力质量的提升。随机无功补偿方式的亮点在于用电设备在运行的时候无功补偿投入,而当用电设备停止运行的时候无功补偿也同时停止运行而退出,换句话说用电设备和无功补偿具有同步性,另外也不需要经常对容量进行调整和补充。同时,随机无功补偿的方式还有占位面积不大、投资金额不多以及出现事故率低和维护、管理方便简单的优势。

  2.5 农村配电网杆上的无功补偿方式

  农村配电网杆上的无功补偿方式也就是借助于线路杆,在上面经过安装电容量来实现无功补偿的一种方式。总的来说,农村配电网杆上的无功补偿方式比较适用于单点补偿,其控制手段和方式较为单一,控制简单和方便,为了阻止轻载过补偿情况的出现,随机无功补偿方式的补偿容量不能过大,其维护简化,采用的是避雷爆炸与熔断器来充当过电压和过电流的维护。线路补偿方式一般是提供公用变压器和线路所需要的无功,这样的无功补偿方式投资金额小、操作简单以及见效速度快等等特点,比较适合于功率因素不是很高、负荷量轻的长线路。而这种无功补偿方式的缺点就在于其保护装置的配置难度系数高、控制成本大,这是因为其在线路杆上安装的并联电路和变电站的距离较远。同时在电压、电流过重的时候它容易出现无功补偿补助的问题。

  3 结语

  目前,农村配电网无功补偿现在已经成为了确保电网经济而安全运行的重要途径和主要手段,是促进电能质量进一步提升和降低电能消耗的关键性举措。尤其是在科学技术快速发展的今天,人们的生活水平不断提高,而伴随着的是用电需求量也逐渐增多,对用电能质量的要求也愈来愈高。优化农村配电网中无功补偿方式将对人们的生活大有裨益。

  作者简介

  张道乾(1964- ),男,河南商丘,硕士,教授级高级工程师,主要研究电力系统继电保护及自动装置。

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  参考文献

  [1] 李颖峰.低压配电网无功补偿方式以及优化研究[J].电气应用.2008(19).

  [2] 朱军.110kV以及以下县级配电网无功优化补偿技术规范和典型应用模式试行的意义和特点[J].农村电气化.2007(12).

  [3] 王亮.农村配电网线路无功补偿优化探析[J].中国新技术新产品.2011(4).

  [4] 孔玉娟.农村电网无功补偿方式的分析[J].农村电工,2003年10期.

  [5] 郑港,邱佑存,周德钧.电能质量及补偿控制技术方案探讨[A].第七届全国电技术节能学术会议论文集[C].2003年.

  [6] 田梅.浅谈低压配电网的无功补偿[J].农村电工;2010年06期.

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