【论配电网四种无功补偿技术方案的比较】 自动无功补偿装置

　　[摘 要]配电网合理的无功补偿方式,能够有效地维持系统的电压水平,降低有功网损,提高网络输送容量,减少发电费用。本文对配电系统四种无功补偿方案进行了技术比较,并对配电网进行无功补偿时遇到的一些问题提出一些建议。根据配电网的实际,将四种无功补偿方案结合起来使用,可以获得最好的技术和经济效益。
　　[关键词]配电网 无功补偿 优化
　　[中图分类号]TM714.3[文献标识码]A[文章编号]1007-9416(2010)02-0112-01
　　
　　随着国民经济的高速发展和人民生活水平的提高,人们对电力的需求日益增长,同时对供电的可靠性和供电质量提出了更高的要求。合理的无功补偿点的选择以及补偿容量的确定,能够有效地维持系统的电压水平,提高系统的电压稳定性,避免大量无功的远距离传输,从而降低有功网损,减少发电费用。一般配电网无功补偿方式有:变电站集中补偿方式、低压集中补偿方式、杆上无功补偿方式和用户终端分散补偿方式。�
　　1 配电系统无功补偿方案
　　1.1 变电站集中补偿方式
　　针对输电网的无功平衡,在变电站进行集中补偿,补偿装置包括并联电容器、同步调相机、静止补偿器等,主要目的是改善输电网的功率因数、提高终端变电所的电压和补偿主变的无功损耗。这些补偿装置一般连接在变电站的10kV母线上,因此具有管理容易、维护方便等优点,但是这种方案对配电网的降损起不到什么作用。�
　　1.2 低压集中补偿方式
　　目前国内较普遍采用的另外一种无功补偿方式是在配电变压器380V侧进行集中补偿,通常采用微机控制的低压并联电容器柜,容量在几十至几百千乏不等,根据用户负荷水平的波动投入相应数量的电容器进行跟踪补偿。这种补偿方式的投资及维护均由专用变用户承担。目前国内各厂家生产的自动补偿装置通常是根据功率因数来进行电容器的自动投切的,也有为了保证用户电压水平而以电压为判据进行控制的。这种方案虽然有助于保证用户的电能质量,但对电力系统并不可取。
　　1.3 杆上补偿方式
　　由于配电网中大量存在的公用变压器没有进行低压补偿,使得补偿度受到限制。由此造成很大的无功缺口需要由变电站或发电厂来填,大量的无功沿线传输使得配电网网损仍然居高难下。因此可以采用 10kV户外并联电容器安装在架空线路的杆塔上(或另行架杆)进行无功补偿,以提高配电网功率因数,达到降损升压的目的。由于杆上安装的并联电容器远离变电站,容易出现保护不易配置、控制成本高、维护工作量大、受安装环境和空间等客观条件限制等工程问题。
　　1.4 用户终端分散补偿方式
　　目前在我国城镇,低压用户的用电量大幅增长,企业、厂矿和小区等对无功需求都很大,直接对用户末端进行无功补偿将最恰当地降低电网的损耗和维持网络的电压水平。
　　与前面三种补偿方式相比,本补偿方式将更能体现以下优点:线损率可减少20%;减小电压损失,改善电压质量,进而改善用电设备启动和运行条件;释放系统能量,提高线路供电能力。缺点是由于低压无功补偿通常按配电变压器低压侧最大无功需求来确定安装容量,而各配电变压器低压负荷波动的不同时性造成大量电容器在较轻载时的闲置,设备利用率不高。
　　2 配电网无功补偿遇到的问题
　　随着人们对配电网建设的重视和无功补偿技术的发展,低压侧无功补偿技术在配电系统中也开始普及。从静态补偿到动态补偿,从有触点补偿到无触点补偿,都取得了丰富的经验。但是在实践中也暴露出一些问题,必须引起重视。
　　(1)优化的问题。目前无功补偿的出发点往往放在用户侧,只注意补偿用户的功率因数。然而要实现有效的降损,必须从电力系统角度出发,通过计算全网的无功潮流,确定配电网的补偿方式、最优补偿容量和补偿地点,才能使有限的资金发挥最大的效益。无功优化配置的目标是在保证配电网电压水平的同时尽可能降低网损。由于它要对补偿后的运行费用以及相应的安装成本同时达到最小化,计算过程相当复杂。
　　(2)量测的问题。目前10kV配电网的线路上的负荷点一般无表计,且人员的技术水平和管理水平参差不齐,表计记录的准确性和同时性无法保证。这对配电网的潮流计算和无功优化计算带来很大困难。要争取带专变房的用户的支持,使他们能按一定要求进行记录。380V 终端用户处通常只装有有功电度表,要实现功率因数的测量是不可能的。这也是低压无功补偿难于广泛开展的原因所在。
　　(3)谐波的问题。电容器本身具备一定的抗谐波能力,但同时也有放大谐波的副作用。谐波含量过大时会对电容器的寿命产生影响,甚至造成电容器的过早损坏;并且由于电容器对谐波的放大作用,将使系统的谐波干扰更严重。因而做无功补偿时必须考虑谐波治理,在有较大谐波干扰,又需要补偿无功的地点,应考虑增加滤波装置。
　　(4)无功倒送的问题。无功倒送会增加配电网的损耗,加重配电线路的负担,是电力系统所不允许的。尤其是采用固定电容器补偿方式的用户,则可能在负荷低谷时造成无功倒送,这引起充分考虑。
　　综上所述,10kV配电网的无功补偿工作应更多地考虑系统的特点,不应因电压等级低、补偿容量小而忽视补偿设备对系统侧的影响(包括网损)。如果需降损的线路能基于一个完善的补偿方案进行改造,则电力系统的收益将比分散的纯用户行为的补偿方式要大得多。
　　3 算例
　　以某条城市配电线路为例,原先该线路长5km,共有配电变压器32台,最大负荷达到 5050MVA。今需要在远离变电所送电距离为6km的江边建一水厂,6台380V、280kW的异步电动机带水泵,功率因数为0.85。两台户外型油浸自冷S7-1000/10专用变压器同时运行。在最大运行方式下,该水厂负荷接入前馈线总电流为286A,末端最小负荷点电压为9.67kV,10kV线路部分的有功损耗为134.7kW;接入该水厂后如果6台水泵额定运行,相应有功损耗将达到 316.2kW,末端最小负荷点电压为9.37kV。因此需要进行无功补偿。方法是先考虑对各台电动机进行用户终端分散补偿(即随机补偿):按补偿容量不大于电机的空载无功的原则给每台机补偿45kvar;然后在配电变压器380V侧进行集中补偿:按最大运行方式下不造成无功倒送为依据选择无功补偿自动投切装置,15kvar*20组,共300kvar;最后再考虑进行10kV配电线路杆上无功补偿:按最小运行方式固定补偿该馈线的无功基荷600kvar到某节点上,不造成该馈线过电压和过补偿。潮流计算的结果如下表所示: 可见在该线路上进行的几种无功补偿能够起到显著的技术和经济效果。
　　4 结语
　　在配电网进行无功补偿、提高功率因数和搞好无功平衡,是一项建设性的降损技术措施。目前,配电网的无功补偿容量一般是根据供电部门给定的要求达到的功率因数来确定的,而不是依据用户用电时实际的节能效益和电能质量最佳、支付电费最小的经济功率因数。如何确定无功补偿设备的合理配置和分布,需寻找技术上和经济上的最优方案。