城市10KV线路无功补偿降低线损情况分析

王燕

摘要：现代化进程的加快，带动了电力行业的快速兴起，城市供电基础设施的建设也不断完善。因而近些年以来，如何有效改善电压质量以提高运行效率一直是供电部门所仔细研究的问题之一。

关键词：城市10KV线路无功补偿降 低线损分析

中图分类号：TV文献标识码： A

一、对10KV线路方面无功补偿系统的阐述

从通常情况下来讲，所谓10KV线路方面无功补偿系统，主要指的是通过优化原有的管理系统以便供电部门能够随时对全线路无功电压的各种状况进行了解与掌握，继而在分析整体线路的负荷分布以及电压是否合格的基础上，能够促使供电部门有效提高电能数据和检测、计量以及检测整线路数据的准确程度。另一方面，当前10KV线路方面的无功补偿主要有在变电站10KV母线按主变容量的15%左右集中安装补偿电容器组，在用户配变低压侧分散安装低压补偿电容器柜，在10KV线路若干符合中心处或线路2/3处集中安装10KV线路补偿电容器组等三种补偿方式。

从另一层面上来讲，以上第三种补偿方式较之前两种具有补偿装置集中、减少线路损耗、设备利用率高以及便于管理和维护等多种优点，因而在当前供电企业当中广泛应用。而无功补偿通过对无功功率进行补偿能够提升电网运行过程中的有功功率比例，亦能够有效降低供电企业的生产成本与经济效率。往往供电企业在10KV线路方面安装无功补偿装置会对配网损耗以及供电电压产生一定作用与影响，因而降低线路损耗与提高供电速率对于供电企业与城镇居民而言是至关重要的。所以，在10KV线路方面安装无功补偿装置呈现出了必要性。

二、l0kV供电网无功补偿问题的提出

在城市l0kV供电网中所需的无功功率主要是一些供、用电设备所消耗的无功功率，这些设备主要包括配电变压器、线路、异步电动机等。

其损耗为

式中：

——配变所消耗的无功功率；

——线路所消耗的无功功率；

——异步电动机所消耗的无功功率。

1、 配电变压器无功损耗

配电变压器无功损耗包括两部分。一部分是励磁电流所产生的损耗，它近似地等于变压器的空载损耗，即为固定无功损耗；另一部分是漏磁通所产生的无功损耗。它与负荷电流的平方成正比，即为可变损耗。

式中：

—— 变压器空载电流的百分数；

—— 配变容量；

If——负荷电流；

XL——变压器的漏抗。

2、 线路无功损耗

线路无功损耗是指负荷电流在线路感抗上的损耗。

式中：

——线路感抗值。

3 、三相异步电机的无功损耗

三相异步电机的无功损耗由两部分构成。一部分是空载损耗，另一部分是负荷电流平方成正比的漏磁损耗。

式中：

P——负荷功率；

η——电动机效率；

Pe——电动机额定功率；

φ——电动机额定功率因数角。

由于以上无功损耗的存在，使得l0kV供电网功率因数下降，供电电压降低，线损增加，因而必须对l0kV供电网按一定原则进行无功补偿，提高供电电压同时减少线路损耗。

三、无功功率补偿原则

1、为减少无功功率与电源交换能量所造成的有功损失，无功功率应就地就近进行平衡。

2、对于变压器空载无功损耗应采取固定方式补偿。

3、对于电动机随时启动、停止这一工作性质，无功补偿采取随机投切方式。

4、根据我国电网结构情况，宜采取欠补偿方式(IL>Ie)。

四、无功补偿方式

针对变压器空载无功负荷进行无功补偿。为防止过补偿，采取高压侧(10kV侧)补偿、考核补偿前后的线损率。

1、 补偿前情况

按首端参数计算的有功电能损失应等于按各分支路参数计算的有功电能损失之和。

式中：

RD一线路等值电阻；

Ai一线路分支电量；

Ri一线路分支电阻；

Ap一线路首端电量。

已知出口有功电量239200kW?h；功率因数0．7；母线电压10kV；运行时间720h；负荷系数1．2；出口无功电量244007kW/h。

计算结果：

线路等值电阻：

线损电量：

2、 补偿后情况

变压器空载无功负茼曲线把变压器空载无功功率就地就近平衡，根据镜呈象原理在X轴下方同样呈现X轴上方的曲线，这就应逐台区进行补偿，为防止过补偿，电容器补偿容量应等于变压器空载无功功率乘上小于l的系数，一般取K=0．95为宜，电容器补偿容量见表l。

计算结果：

电容器总容量：l28．74kVAR；

无功电量：92692kVAR；

补偿后力率：0．84；

线损电量：4l72kVAR：

线损率：1．74％。

五、10kv电容补偿在运行中存在的一些问题

1、无功补偿支路数过少时，可能造成有效补偿容量过大。在无功补偿支路中，往往没有电抗器配置，因此无法有效抑制合闸涌流。目前，电抗器的配置电抗率大部分为1%少量为6%还有极少量为12%对抑制合闸涌流及谐波有一定的作用。电抗器的电抗率应根据装设点谐波情况，结合实际、科学配置，而不应该参照统一模式，按固定电抗率的参数配置。

2、由于设计方面的局限性而引起谐波放大，使背景电压总谐波畸变率偏高，并频繁造成补偿装置过载、运行故障等事故，如熔丝熔断、爆炸、鼓肚等。在部分补偿点，因谐波放大或过载，补偿装置在很多情况下甚至无法投入运行。

3、部分补偿装置采用三角形接线方式，当系统发生故障，或发生操作过电压时，设备的正常运行存在一定的安全隐患。

4、10kv系统中无功补偿的应用面较广，如能将这些补偿装置的改造与谐波污染治理、无功电压优化控制、综合自动化改造工作结合考虑，将有助于改善配网面临的较为突出的电能质量问题。

六、配电网无功补偿优化

1、配电网无功补偿的特点

10kv配电网中的无功补偿必须重视系统的特点，不能因为其电压等级低、补偿容量小而忽视补偿设备对系统侧的影响。如果需降损的线路能基于一个完善的补偿方案来进行配置，那么系统的收益将比分散的纯用户行为的补偿方式要大得多。

中压配电线路的分散补偿是根据每条线路所带负荷选取1~3个位于线路末端的中心点进行补偿。每个点装一台三相大容量的电容器（60、75、100kvar）。补偿容量一般按配电变压器总容量的5%~10%考虑为宜，并据此来选择容量相近的标准容量电容器。这种补偿主要是补偿配电线路本身和所在配电变压器的无功损耗。其作用是以降损为主，同时能够提高线路末端电压。当线路电容器固定安装不需投切时，容量不宜选择过大，要防止在低谷负荷时向变电站倒送无功功率。10kv配电线路可选用BWF-11-100-3W十二烷基苯电容器进行补偿，这种电容器内部装有放电电阻和保护熔丝，比较适合露天运行的条件，比在变电站补偿要节省投资。

2 、配电网无功补偿优化方法

配电网的无功补偿装置调整及优化应根据无功负荷的需求进行。主要包括以下几种方法：

1）安装并联电容器，提高电压质量，降低线损在系统无功不足或联网线路较长时，改变变压器分接头来调整电压的作用不大。此时，一般采取在变电站或配电线路上安装电容器进行无功补偿，减少线路无功分量，使线路损耗降低，同时还能减少电压损失，提高运行电压，进一步降低电网损耗。

2）无功补偿容量与电压、电压与线损的关系电力电容器是目前电力系统在农网推广的主要无功电源之一，無功功率与其电容器安装处的电压平方成正比。

3）采用电压无功自动控制（VQC）技术。VQC采用“井”字形原理进行无功电压综合控制，测量精确、功能齐全、效果较好。这种补偿方法存在的问题是：VQC要求在无功很充足的情况下才能采用；还要求电容器每段母线至少分两组，否则没有意义；同时，由于VQC机械调整变压器分接开关和电容器投切开关，动作次数频繁，从而降低了可靠性。

4）推广动态补偿新技术。无功功率动态补偿装置通常包括同步调相机、饱和电抗器、晶闸管控制电抗器、晶闸管投切电容器、混合型静止补偿装置以及静止无功发生器等。具体选择应根据实际需求，主要应综合考虑动态补偿装置应用的必要性、有效性、可靠性、经济性和合理性，并进行认真比较，慎重选型，以使其能取得较好的成效。目前，配电系统和一些大型炼钢企业采用晶闸管投切电容器（TSC）较普遍，TSC是基于无触点、无冲击电流的开关，而应用于电容器投切并进行配电网无功补偿的设备。可以补偿周期性变化负荷的无功需求，且不向系统注入暂态或高次谐波。同时，TSC具有响应速度快、运行可靠性高、使用寿命长的优点，其分级和分相补偿方式能满足电力系统的补偿要求。应用中，应对变电站中压侧的无功需求进行基底和变量两部分的定量分解，对基底部分采用固定联接补偿设备进行补偿；而对变化量部分则使用大功率电力电子器件进行无触点的快速投切补偿，达到灵活调节补偿和调压的目的。目前，TSC在变电站中应用较多，以便动态补偿中压配电系统中的无功。

七、安装无功补偿装置注意事项

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。因此，杆上无功优化补偿工作必须结合以下实际工程要求来进行。(1)补偿点宜少，一条配电线路上宜采用单点补偿，不宜采用多点补偿。(2)控制方式从简，杆上补偿不设分组投切。(3)补偿容量不宜过大。补偿容量太大将会导致配电线路在轻载时的过电压和过补偿现象；另外杆上空间有限，太多的电容器同杆架设，既不安全，也不利于电容器的散热，线路分散补偿时电容器组的容量应控制在150 kvar及以下。(4)接线宜简单。最好是每相只采用一台电容器装置，以降低整套补偿设备的故障率。(5)保护方式也要简化。主要采用跌落熔断器和氧化锌避雷器分别作为过电流和过电压保护，其熔断器的额定电流按电容器组额定电流的1．43～1．55倍选取；150 kvar及以上的电容器组应采用柱上断路器或负荷开关自动控制。

结束语：

在10 kV线路安装无功补偿装置，对10 kV线路电压的调节有积极的促进作用，是调压措施的一种补充，具有很强的可行性和可操作性。同时对降损起到了良好的效果，具有可观的经济效益。

参考文献：

[1] 徐懿;陆东生;冯小明，10kV线路无功优化补偿系统《高电压技术》2007年第07期

[2]胡成群浅析10KV配电线路无功补偿 《中国高新技术企业》2008年第21期