10 kV及以下配电网无功动态补偿应用

李建海，张 帅

(河间市电力局，河北河间062450)

0 引言

近年来，随着农网、城网改造及农网标准化工作的开展，河间市供电公司开始应用10 kV线路动态补偿、低压无功随线补偿等新技术，不断优化无功补偿结构，改善电能质量、降低电网损耗，全市10 kV线路平均功率因数现由原来的0.89上升到0.91，10 kV线损率下降到了4.11%，为提高企业经济效益和扩大社会效益找出一条新思路。

1 传统无功补偿方式的局限性

河间市电力局辖区内共有10 kV线路158条，共计3 022 km，公用变压器低压台区1 764个，用户配电变压器7 182台，担负着河间市区和20个乡镇的24万用电客户的日常生产生活用电，年供电量8.98亿kW·h。长期以来，在农网设备管理中，特别是10 kV分支排灌线路、用户产权的线路以及低压线路，由于历史原因和涉及用户投资等问题，部分设备无功补偿欠缺，致使无功负荷增长不均衡，负荷的季节性特点突出，负荷曲线起伏较大，出现高峰时段部分线路超负荷、低谷时段没人用电现象，功率因数高低不稳。同时，设备数量大，线路分布广，也加大了传统无功补偿管理的难度。

2 无功动态补偿的优化

配电网无功优化要坚持“全面规划、合理布局、分级补偿、就地平衡”的原则，逐步推广先进的无功动态补偿新技术、新设备。就降损节能效果来说，最有效手段就是实现就地补偿，因此把重点应放在中低压配电网方面，即在10 kV线路原有固定补偿的基础上，适当采用免维护动态连续调节功能的无功补偿装置，在低压配电台区采用电能质量同步补偿装置和低压无功动态补偿装置，实现无功补偿由静态到动态的转变，由原来补偿基准点到补偿发源点的转变，由局部补偿到全网综合优化补偿的转变，全面提高无功补偿装置的技术装备水平。

3 主要实施方案

3.1 10 kV线路的无功补偿

根据10 kV线路长、分支多、负荷分散的特点，对10 kV线路主要采用分段、分散补偿和集中补偿方式，制定相应的补偿容量，优化设备的补偿位置，提高电压质量。对供电半径较长的线路，由于末端负荷的急剧增加，使无功负荷向后移动，这样补偿的重点必须向末端移动。在全部158条10 kV线路上采用“三分之二法”进行线路无功固定补偿。

为了解决固定无功补偿装置补偿容量欠补或过补的问题，减少维护操作强度，根据线路的电压、无功、功率因数等参数，确定在多条功率因数较低的10 kV线路安装无功自动跟踪补偿装置，以单级或多级组合方式控制并联电容器组的投切，补偿无功，从而提高了线路的功率因数和电压质量。目前，共在南洼线556路、行韩线5477路、西君线5462路等11条10 kV线路上应用了无功动态补偿技术。

3.2 10 kV配电变压器台区的无功补偿

由于河间市部分农村区域经济的快速发展，农村公用配电变压器的小工厂和家用负荷增长较快，按照试点先行、以点带面的做法，在认真分析、测算低压线路数据的基础上，充分利用台区原有设备，应用无功自动补偿的综合配电箱，在低压线路上安装了低压线路无功补偿器，在小村村、果子洼村、西庄村等25个试点台区应用了低压随线补偿技术。

根据农网电网无功补偿“集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为主”的原则，对100 kVA以上的工副业配电变压器都安装了自动补偿JP柜装置，此装置可根据负荷变化情况自动投入或退出补偿，其补偿容量达到配变容量的15%以上，功率因数水平提高到0.92左右。针对农业排灌配电变压器多、季节性应用较频繁的特点，该公司专门设计了带随机补偿功能的预付费磁卡表箱，从低压负荷侧对无功进行补偿。目前75%以上的机井计量控制箱具备了随机补偿装置。

3.3 用户无功补偿

由于家用电器的应用使非线性负荷用户迅速增长，给本来无功配置不足的配电电网加重了负担，致使电网用户侧的无功需求较大且不能就地平衡，电网电压明显下降，有时会威胁电网的安全稳定运行。因此，对用户的用电设备需进行就地补偿，加装随机补偿电容，即将电容器组与用电设备的供电回路并联。改善电压质量，提高功率因数，减少线损，提高电机的可靠性和利用率。

4 应用效果分析

4.1 10 kV配电网效益分析

由于10 kV线损的高低受计量装置误差、管理人员素质、无功损耗、线路绝缘水平等诸多因素影响，为排除这些因素干扰，下面以南洼线556路10 kV线路为例(以补偿前后的实际运行数据为计算输入值)分析比较无功自动补偿投运前后的经济效益。

南洼线556线路主要参数及优化补偿前后对比如表1所示。

表1 南洼线556线路主要参数及优化补偿前后对比

由于线损和电流的平方成正比，输电线上的电流越大，线损就越大。在不改变电网输送能力的前提下，提高电网的功率因数，就能够减小输电线上的电流，减小线损。如果功率因数从cos Φ1提升到cos Φ2，当输电线上的电流减少为I'时，可节省的线路损耗为

如1 kW·h按照0.5元计算，运行1 a可直接节约费用为

该线路无功动态补偿装置投资8.22万元，可以算出收回投资的年限为8.22/2.96=2.78 a。以1台无功动态补偿装置10 a的寿命期计算，剩余的7.22 a节省的电费为2.96×7.22=21.37万元。

4.2 低压配电变压器台区效益分析

兴村乡小村村主要有家庭电动绣花、花生脱皮等小副业56户，村西公用变压器的容量为100 kVA，副业用电设备负荷为65 kW，台区低压线路为1.8 km，由于电机负载率较低，变压器容量利用率较低，变压器严重超载，所带用户不能同时运行。为了取得完整的数据，在安装低压电容器前后对低压线路实测电流、电压、功率因数、用电功率进行了比较。低压随线无功补偿装置功率因数由补偿前的0.71提高到0.92，变压器二次侧电流由151 A减少到106 A，台区年低压线损下降了1.11个百分点。

该台区年供电量32.21万kW.h，每年节省费用322 100×1.11%×0.5=1 788元。台区的低压随线无功补偿装置共投资6 900元，收回投资的年限为6 900/1 788=3.86 a。以低压随线无功补偿装置10a的寿命期计算，剩余的6.14 a节省的电费为1 788×6.14=10 978元，投资回报率仍然较高。

4.3 其它效益

a.功率因数的提高，使供电设备释放出更多容量，提高了主变、配变供电能力，缓解了电网压力和供需矛盾，减少了相当数额的设备增容投资。

b.减少了线路末端电压降，提高了电能质量，节约了能源，为农村小企业的发展提供了可靠的能源保障，扩大了潜在的农村电力市场。