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浅析农村配电网的无功补偿
2017-10-19 13:43:20  作者:翟利民  来源:中国设计师网  
  •   随着我国经济与社会的不断发展,人民群众对电量的需求量呈现为逐年上涨的趋势,与此同时,人民群众对配电网本身的可靠性与安全性的要求也在不断提升,农村地区自然也不例外。通过多年的发展,农村地区的配电网也在进行着不断的优化,农村配电网与电力设施质量都得到了显著的提升。

  国网山西省电力公司临汾供电公司 翟利民

  随着我国国民经济的不断发展,农村地区的生活水平也得到了大幅的提升,各种家用电器的不断普及,再加上乡镇工业近年来迅猛的发展势头,导致农村配电网符合呈现为持续增加的趋势。低压配电网本身的功率因素相对较低,特别是随着各种电力电子装置的广泛使用,导致农村供电质量有所降低,导致电网不得不承受额外的负担。处在该种状况下,就必须要探讨农村配电网节能降损方面的研究[1]。通过降低电能方面的损耗,不但能够有效提升供电企业的供电量,切实提升供电企业的经济利益,同时其本身也具备良好的社会效益。因此,作为保障配电网运行经济与安全的重要举措,无功补偿对农村配电网本身的电压质量与电网节能降损的优化都具有十分重要的社会意义。

  1 农村配电网特征分析

  相较于其他模式的配电网来说,农村配电网本身的日负荷变化大、季节性负荷强。而农村配电网在设计的初期,为有效满足每年高峰阶段的负荷需求,大部分农村地区都存在配电变压器容量选择过高的情况,导致变压器其他阶段长时间处于空载或者轻载的情况[2]。除此之外,农村配电网主要是采用辐射性的结构模式,电压等级通常都处于电力系统的最末端位置,一条配电线路一般会连接十多台不同容量的配电变压器,一般情况下,这些变压器本身的分布相对较为广泛。正是因为这些特征,使得农村配电网在在进行无功补偿方式选择的时候会受到维护成本、设施性能以及产品价格等各个方面因素的影响。

  2 农村配电网无功补偿现状

  最近几年以来,随着我国农网建设改造步伐的不断迈进,农村配电网本身的电能质量与结构都得到了明显的提升,并且已经有部分农村地区开始安装无功自动投切补偿设施,然而因为电容器本身的配置缺乏合理性,不仅导致功率因数无法提升,同时导致公变台区无功补偿容量存在不足的情况,造成无功缺口增大,有功损耗反而增加,利用率相对较低[3]。与此同时,低压用户的感性负载大,因为公用综合变低压用户不能根据功率因素来进行无功调整,导致即便一些用户由于提升电压质量等因素增加了无功补偿设施,但是因为管理方面存在缺失,导致无功补偿缺乏科学性,效果大打折扣。

  3 农村配电网无功补偿的配置原则

  要想有效切实提升输配电设施的工作效率,提升无功补偿设施的经济效益,降低无功功率在传输方面的损耗,农村电网进行无功补偿就必须要基于“全面规划、合理布局、分级补偿,就地平衡”的基本原则来进行配置。

  (1)用户补偿与供电企业补偿相结合

  无功补偿的功率有一部分是在供电企业的配电网络中进行消耗,而另外一部分则主要在客户中消耗,通常情况下,电力客户消耗的比例大致为6成左右。

  从配电网运行要求方面来看,要想有效满足电网本身的无功平衡,使得电压能够保持正常的水平,就必须要通过配置无功补偿设施、电容器以及调相机来保障配电网稳定、安全的运行[4]。客户本身所需的无功负荷,则应当依靠客户配置的并联电容器来提供,如此,能够显著降低变压器与线路输送的无功,实现降低损耗的目标。一些企业在内部配置了电容器以后,电压能够提升5%左右,效果较为理想。

  需要注意的是,无功不适合进行输送,并且要避免出现无功负荷倒送的情况,应该尽量实现就地平衡的方式,比如客户本身所需要的无功负荷通过发电厂来进行远程运送显然是缺乏经济效益的。

  (2)分散补偿与集中补偿相结合

  所谓分散补偿,指的是在配电网当中分散的各个负荷区,比如客户的用电设施、配电变压器、支线以及主干线等相关位置配置无功补偿设施来实施的无功补偿,其主要应用于抵押用电设施、高低压配电线路以及配电变压器方面的无功损耗补偿[5]。

  所谓集中补偿,指的是在变电所集中配置容量较高的补偿调相机或者电容器,以此来针对主变压器的无功损耗进行补偿,从而有效降低输电线路承载的无功电力,减少供电网络本身的无功损耗。

  由于用户所需求的无功是通过配电线路输送到负荷端,要想降低线损,就要实现无功功率在哪里产生,就在那里进行补偿。因此,中、低压配电网主要是以分散补偿作为主要的原则。

  (3)调压与降损相结合

  从电能损耗角度分析,一般35kV以下电网电能损耗所占比重较大,因此以降损节能为主;对于110kV及以上电网,应按电压质量要求确定补偿容量,并适当兼顾降损,提高效益[6]。

  利用并联电容器进行无功补偿,主要目的是为了达到无功电力就地平衡,减小网络中的无功损耗,以降低线损。同时,也可以利用电容器的分组投切对电压进行适当的调整,这是补偿的辅助目的。在一般情况下,对于配电网络进行无功补偿时以降损为主,调压为辅。

  4 农村电网无功补偿的主要方式及优化方案

  (1)农村电网无功补偿的主要方式

  a.应用不可投切电容组实施固定补偿

  以前,农村电网传统的电容器通常都需要应用固定补偿模式,电容器本身的投运与容量都是保持不变的。处在该种状况下,就必须要采用系统的最小负荷模式来进行补偿容量与补偿点的确定,其本身的容量并不高。选择无功电容固定补偿的模式能够显著提升线路的功率因素,倘若固定的根据最大无功缺额功率来实施补偿,当符合降低时,就会发生过度补偿的情况;倘若根据最小无功功缺额功率来实施补偿,当符合增大时,就会发生欠补偿的情况。因此,应用不可投切电容组实施固定补偿模式的最大缺陷在于后半夜电压较高的情况下,电容器无法切除,导致无功过剩的情况,向线路进行无功倒送,导致配电网的电压调整更为困难,并且电容器容易与临近变压器出现谐振的情况,使得电网安全性受到一定程度的影响。此外,固定补偿无法降低电压本身的波动范围,只可以提供运行的电压水平,这对当前电压水平普遍偏高的农村配电网而言,显然并不实用。

  b.应用可投切电容器组进行分组投切

  随着自动化控制技术的不断普及,电容器自动投装置技术当前已经较为成熟了,其能够根据无功需求与电压高低的变化来进行分时、分相、分组投切,并且能够免除维护,能够有效弥补固定补偿存在的缺陷。无论是面对季节性的负荷,亦或是面对日波动较大的负荷来说,电容器自动投切装置都能够为其提供良好的无功补偿容量。然而,相较于固定补偿的电容器装置,电容器自动投装置的资金投入相对较为昂贵。针对当前部分条件较好的农网改造工程,如果能够解决资金投入方面的问题,则能够利用节电效益逐渐收回这方面的投资。所以,农村配电网进行无功补偿时,应当有限选择电容器及无功自投装置。

  c.固定补偿为主,辅以分组补偿

  现阶段,农村配电网无功补偿的基本状况在于:10kV馈电线路上配置并联电容器,通常选择固定补偿的模式,电容器本身的投切与容量都无法进行改变;配变低压侧则很少进行无功补偿安装。农村配电网本身的特征在于昼夜符合变化大、季节性强、用电时段性、设备利用率低、线路长、覆盖面积广以及覆盖点多等。

  针对上述内容而言,从技术与经济的层面来看,农村配电网的无功补偿应当采用固定补偿为主,辅以分组补偿的模式。正如上文所述,固定补偿模式难以获得理想的补偿效果,而分组补偿模式的投资又相对较为昂贵,这就可以在固定补偿基础上,部分辅以分组补偿的模式,使得补偿容量能够随着负荷的变化而进行变化,使得功率因素能够能够满足相应的标准,不但能够实现降损提压的目标,同时也能够保持良好的经济效益[7]。

  当前,农村电网的综合配变,仍然普遍存在负荷峰谷差大与“大马拉小车”的状况,处在负荷低估的时候,基本上接近于空载的情况。综合考虑配电变压器在空载或者轻载时的无功负荷主要是以变压器的空载励磁无功,这就需要采用固定补偿的模式,通过完全补偿配电变压器空载无功功率损耗来计算固定补偿的容量。然而在面临最大负荷或者一般负荷的情况下,仍旧存在较大的无功缺额,这就需要采用分组无功补偿的模式。依照无功负荷的实际变化来进行分组投切电容器配置,使得功率因数能够负荷《电力系统电压和无功电力管理条例》中的相关要求。现阶段,我国各个地区的农村配电网都存在平均功率因素偏低的情况,都具有较大的降低线损潜力。所以,采用固定补偿为主,辅以分组补偿能够获得较为理想的效果,并且能够兼顾经济性。

  (2)农村电网无功补偿的优化方案

  其一,全补。针对农村配电网当中的全部配电变压器实施380V侧低压补偿。负荷的运行模式主要包含:最低负荷运行模式、一般负荷运行模式以及最大负荷运行模式这三种。依照负荷具体的运行模式来计算对应的补偿容量,最后根据该容量来实施并联电容器分组。最低负荷运行模式作为第一组,一般负荷运行模式作为第二组,最大负荷运行模式作为总容量。通过在配电变压器低压侧配置并联电容器实施无功分组补偿,能够显著降低无功负荷在10kV线路当中的流通,降低线损,提升末端的电压。

  其二,部分补。针对额定功率在100kVA以上的变压器实施380V侧低压补偿。因为农村配电网当中普遍存在配电变压器额定容量小、分散的状况,综合考虑经济性方面的内容,在每一台配电变压器低压侧安装并联电容器显然是不现实的[8]。进行并联电容器的配置应当依照不同的负荷运行模式来计算对应的无功容量,再根据无功容量来实施分组。尽管该模式没有全补方案的降损提压效果显著,然而该模式具有更好的经济效益,实用性相对较高。

  其三,部分补加杆上补。针对额定功率在100kVA以上的变压器实施380V侧低压补偿,并且再增加10kV杆上补偿。如果只是针对额定功率在100kVA以上的变压器实施380V侧低压补偿,则会导致配电网当中其他的公用变压器缺乏低压方面的补偿,导致补偿度受到较大的制约。因此所导致的较大无功缺口,则必须要通过发电厂或者变电站来进行弥补,而大量的无功沿线传输会导致配电网网损增加。所以,选择10kV户外并联电容器安装在架空线路的杆塔上面(亦或是另外架杆),实施无功补偿,能够有效填补无功缺额,以此来来提升配电网的功率因素,实现降损升压的目标。通常情况下,多点补偿的降损作用要明显优于单点补偿,然而多点补偿所需的安装与维护资金都会随着补偿点的不断增加而增加。因此,在一条配电线路上应当选择单点补偿的模式。因为10kV杆上补偿基本上都是采用固定补偿模式,因此补偿容量要避免过大,避免出现无功倒送或者过补的情况。额定功率在100kVA以上的变压器低压侧选择分组投切的并联电容器,本方案当中也可以尝试采用固定补偿与分组补偿相结合的模式,能够达成更好的降损提压效果。

  5 结语

  综上所述,农村配电网进行的无功补偿,应当考虑农村配电网的无功补偿现状,综合参考农村配电网无功补偿的配置原则,依照农村配电网的实际情况来进行无功补偿方案的优化,才能有效提升农村配电网的无功补偿效果,真正实现降损提压的目标。

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  参考文献

  [1] 王亮,邱夕兆,刘道伟,等.山东电网静态电压稳定和无功补偿评估[J].电力系统保护与控制,2011,22:46-51.

  [2] 张勇军,刘瀚林,朱心铭.地区电网感性无功补偿优化配置方法[J].电网技术,2011,11:141-145.

  [3] 李兴进.微电网中考虑低电压穿越问题的无功补偿器研究[D].辽宁工业大学,2014.

  [4] 张勇.地区电网无功电压问题及其优化对策研究[D].华南理工大学,2014.

  [5] 黄娟娟,康义,陈凌云.南方电网无功补偿配置原则与标准探讨[J].中国电力,2013,03:43-46+58.

  [6] 王义红,黄镔,申洪,周勤勇.酒泉风电基地二期3GW风电接入电网的无功补偿设备配置及输电能力研究[J].电网技术,2013,05:1440-1446.

  [7] 戚庆茹,张春朋,于弘洋.对智能电网无功补偿配置优化的思考[J].智能电网,2014,01:1-6.

  [8] 高聪哲,姜新建,李永东.基于级联有源滤波器与静止无功补偿器的综合补偿控制方案[J].电力系统自动化,2012,07:92-98.

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