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农网改造中的配电网络综合无功补偿分析
2017-10-12 10:53:39  作者:匡立民  来源:中国设计师网  
  •   农村配电网络的电能损耗大、电压质量差是众所周知的事实。本文通过对农村配电网络的分析认为,农村电网缺少无功补偿,致功率因数低下,同时配电变压器的负载系数低,其空载无功未予补偿,也是造成这一现象的重要原因。因此考虑到这两方面的因素,在对农村配电线路进行无功补偿时,提出了进行综合无功补偿―即随(变压器)器补偿与配电线路设点补偿―相结合的新方式。在文中对补偿容量的求算、电容器的安装、以及补偿的综合效益,进行了分析和求算,以供同行在实际应用中予以参考。

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  芜湖供电公司 匡立民

  1 引言

  长期以来,农村配电网络(与城市配电网络相比)其电能损耗大,电压质量差,是客观存在而又长期未能得到解决的难题。究其原因,虽然农村电网存在着点多、线长、面广,而又人员不足,以致管理难以到位的客观原因,但无功补偿不足或根本没有补偿、或补偿不合理,又是造成这一现象的重要的技术原因。同时还应该看到,这与农村电网本身所存在的技术特点也是分不开的。为做好电网的无功补偿工作,我国政府及相关管理部门曾出台了一系列的方针政策,如无功补偿要做到农村电网与城市电网并举、无功补偿要做好电网的分压分级补偿,做到无功的就地平衡等等。但由于管理体制上的问题、以及经费投入的不足,以致农村电网的无功补偿工作,仍然成为被无功补偿所遗忘了的角落。

  根据对农村电网长期的了解和资料分析可知,大多数农村配电线路的功率因数始终只在0.50至0.75之间,能超过0.75的线路极少,当然也有极少数配电线路,其功率因数甚至低于0.50的。从整体上看,虽然在大多数的变电所内都已安装了集中补偿,提高了农村变电所的整体功率因数,但集中补偿却无法解决配电线路电能损耗大和电压质量低的状况,当前农网改造工作尚在进行之中,因此结合农网改造,做好农网的无功补偿,也是农网改造的重要任务。为此,本文就农村电网的特点、农村电网的无功补偿、以及其效益进行分析,以供读者参阅。

  2 农村电网的技术特点

  农村配电网络与城市配电网络相比,首先是农村电网的负荷季节性强,且日负荷的变化大。从全年来看,农村电网的负荷大致可分为两个用电时段: 即每年的4月至9月为高峰负荷时段,这一时段的用电量,常占年用电量的65%至80%;同时农村用电的负荷,受气候变化的影响大,因而其最大负荷出现的随意性也大,特别是在恶劣气候条件下,甚至造成线路和变压器的重载和满载;再从日负荷曲线看,即使在高峰负荷时段,其日负荷变化也非常明显,每天8:00至22:00是高峰负荷时段,负荷相对集中,而在其余时间内,负荷相对较轻。而每年10月至来年3月为低谷负荷时段,在这时段内,农村用电负荷及用电量迅速下降,线路和变压器长期处在轻载甚至空载状态。

  农电负荷不仅季节性强,且日负荷的变化大,因而造成在配电变压器容量的选择时,为了要满足高峰时段负荷或最大负荷的需要,以致大多数农村配电变压器其容量选择偏大,造成在相当长的时间内,配电变压器处于轻载状态,其负载系数极低,特别是在夜间,变压器几近空载。根据我局在2001年8月15日负荷实测时,对南陵县农村变电所的统计,在该局8个农电变电所中,配电变压器负载系数≥70%有一个(城郊变电所);负载系数≥30%的有二个;负载系数在20%至30%的有四个;负载系数≤20%的有一个。这八个变电所的平均负载系数仅为30.55%。再从线损率统计数字看,其变压器的铜损率仅占线损率的12.1%,而变压器的铁损率占线损率的43.3%,配电线路损失率占线损率的44.6%。由此可以看出即使在高峰负荷时段,变压器的轻载状态仍是相当严重的。在这轻载和空载状态下,变压器不仅继续在产生有功损耗,同时还在消耗着无功,而这一无功,又进一步导致了线路功率因数下降和线路损耗的增加。

  农村用电的负载,除有少量的照明及为数不多的家用电器外,几乎全为异步电动机,即使其中少量的乡镇工业,也几乎均未装设补偿装置,因此就其功率因数而言是相当低的,常在0.55~0.75之间。在高峰负荷时,其功率因数稍高些,而在低谷负荷时,其功率因数则低些,特别是在夜间,大量配电变压器处于轻载和空载状态,这时变压器的空载无功又进一步降低了配电线路的功率因数,随着功率因数的降低,又增加了电网的电能损耗和电压的下降。因此要从根本上解决问题,必须实施对配电网络的无功补偿。

  就农村配电网络而言,其农电配电变压器的配置,大多是以农村的自然村落或行政小组为设点的,因此其设点相对较均匀,变压器容量的差距也较小,其用电量几乎与变压器容量成正比;同时就某一配电网络而言,其气候条件及自然条件相同,因此在各配电变压器之间,其负荷几乎以同一比例相增减,从而使各负荷间形状系数相似;而且由于其负荷性质相同,因而其功率因数也是相近的。因此在上述条件下,可近似地将农村配电线路看作负荷沿线路均匀分布的理想配电线路,从而使无功补偿的计算工作大大简化。

  3 农村配电网络的综合无功补偿

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  3.1 随器无功补偿

  所谓随器无功补偿,是随变压器所设置的固定式无功补偿。随器无功补偿的特点是:根据各台配电变压器铭牌所提供的I0%,求算出各台变压器的空载无功损耗,该值即是对变压器应配置的无功补偿容量,并就近安装于变压器的低压侧(为了防止夜间在变压器空载时无功的倒送,随器补偿的实际安装容量,不宜大于理论求算出的容量)。实际上随着农村电网改造工作的进行,对变压器的低压侧出线,均进行了规范化处理,即由原来架空无序搭接的分路状态,改变为柜式有序搭接、分路控制的状态,这不仅提高了农网供电的安全性,也为安装随器补偿创造了条件。同时随器补偿在投资上,仅占整个柜体投资的0.5%~1%,而其效果却是十分明显的。

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  由表1可知:随器补偿的降损效果是非常明显的,而且当一条配电线路的负载越轻时,这时功率因数就越低,随器补偿的降损效果就越大。

  3.2 配电线路的设点补偿

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  由表2可知:在安装一组补偿电容器时,当无功补偿度K为2/3及安装位置Rx为全长的2/3时,其降低损耗百分数为最大(这就是配电线路无功补偿“的三分之二”原则);在同一补偿度(或同一安装位置)时,降低损耗百分数为最大时所对应的最佳安装位置(或最佳补偿度)只有一个;在最佳安装位置时,所补偿电容器容量恰好被一分为二均匀地分布于安装点的两侧,并恰好补偿到线路末端。由此可见,要使补偿电容器取得最大的降损效果,则无功补偿首先从近末端补起,并使补偿电容器安装于补偿区间的中间;同时要想取得良好的补偿效果,无功补偿度越小,则线路补偿电容器的安装位置离首端就越远,并随补偿度的增加而使电容器的安装位置前移,但决不会小于全长的1/2;当补偿电容器安装在线路首端(即安装距离Rx=0)时,则不论其补偿度为多少,其降损效果始终为0。从表还可看出,对一般配电线路而言,只需安装一组补偿电容器即可。

  可求得降低损耗百分数为最大时,对应于不同补偿度时电容器的最佳安装位置,具体如表3所示。

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  4 农村配电网络综合无功补偿的效益分析及实例计算

  农村配电网络综合无功补偿的效益,是非常明显的。首先因为变压器实施了随器补偿,几乎全部补偿了变压器所消耗的空载无功,取得了第一次的降损效益。而线路中由无功负荷所造成的线路损耗,再次因配电线路的设点补偿而大幅减少,因此其降损效益是具有叠加性的。由此可知,配电线路的总的降损效益,应是两次降损效益的总和。

  为了能使阅者更进一步了解配电网络的综合无功补偿,今以南陵供电局两条10kV农电线路为例,对其综合无功补偿的容量、综合无功补偿的效益进行求算,具体如下:

  经2001年8月15日负荷实测及整理,两条10kV农电线路的相关数据如表3所示。

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  4.1 惠民线

  4.1.1 随器补偿

  由无功造成的线损变压器空载无功功率的日无功电量(即是加装变压器随器补偿可减少的无功电量)。

  4.2 烟墩线

  烟墩线路的日损失电量为372.66kWh,其中184.79kWh是由无功所造成的。如对变压器空载无功进行全补偿,则需投资1555元,则每天可减少线路损失电量41.4kWh,使线路损失率下降了22.4%,则运行75天即可收回投资。在再按“三分之二”原则,加装96kvar补偿电容器后,可再降去损耗127.47kWh,两次总降损168.87kWh,总效益达91.38%。

  5 结束语

  配电网络的综合无功补偿,是十分有效的降低配电线路电能损耗的技术措施。同时随着线路中无功流量的减少,又大大的减少了因无功所产生的电压降落,从而用户的电能质量得以明显提高,这里不再累述。

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