嘉禾配网电能质量综合治理技术及应用

雷将锋，彭赛红，王忠明

(国网湖南省电力公司郴州供电分公司，湖南 郴州 423000)

嘉禾配网电能质量综合治理技术及应用

雷将锋，彭赛红，王忠明

(国网湖南省电力公司郴州供电分公司，湖南 郴州 423000)

介绍一种配网电能质量综合治理系统，基于无功补偿就地分散补偿和线路集中补偿相结合的原则，将多学科知识有机融合，通过研究电能治理点的确定、无功补偿设备的优化配置以及无功优化集成控制系统的开发，优化区域电网无功潮流，消除低电压、谐波等问题，改善电能质量。

配网；电能质量；无功优化；治理

嘉禾县素有 “铸锻造之乡”的美誉，近年来，嘉禾大力发展铸造产业，重点打造江南铸都和锻造基地。随着铸造工业蓬勃发展、工业用电负荷的增加，大量非线性设备接入电网，导致电能质量的恶化，谐波电流注入到电网，引起公用电网公共连接点电压波形畸变程度更为严重〔1〕。

随着嘉禾配网负荷结构的变化，负荷功率因数较低、配电变压器低压侧无功缺额较大、无功补偿设备技术落后、补偿效果不佳等问题凸显〔2〕。在负荷高峰阶段，配电线路末端出现不同程度的低电压现象，严重影响用户电气设备的正常运行。由于配网底层无功补偿能力不足，导致大量无功潮流从主网向低压配网流动，降低有功输送能力，增加系统损耗，进而导致系统电压水平低，电压合格率低〔3〕。

目前，湖南电网范围尚无以上配网电能质量问题综合治理的试点，集中解决这类问题是智能配网建设工作的重要内容。为了提高嘉禾配网电能质量，向用户输送优质电能〔4〕，本文基于建立一个配网电能质量综合治理系统，选取合理的电能治理点，从站、线、变3个维度自动调节电网无功功率潮流，改善电能波形和电压质量，实现嘉禾配网电能质量的综合治理〔5〕。

1 系统的组成和基本原理

1.1 系统的组成

系统根据电网无功分层分区综合治理的特点，建立由主站监控中心、子站监控中心、光纤通讯通道、GPRS通讯通道、终端治理设备组成的系统结构〔6〕。监控中心按业务功能可划分为配电网建模、潮流计算及网损分析、辅助决策及优化方案、采集数据接收、设备监控及优化评估5个模块。

主站监控中心是整个系统监控的核心部分，安装在调度监控中心，工作人员通过主站监控中心完成电网运行状况的实时监控和各类运行管理，主站监控中心与子站监控中心之间采用光纤进行通讯，光纤采用变电站原有的通讯系统。主站监控中心也可与调度中心的SCADA或MIS等系统接口共享数据。

子站监控中心安装在变电站中，通过GPRS与该变电站域内的终端治理设备进行数据通讯，然后通过光纤将数据上传到主站监控中心，同时接收主站监控中心对终端设备的各种指令，下发到各终端设备。

终端治理设备由电压调节设备、无功补偿设备、谐波滤除设备组成，分布于变电站、馈电线路、台变等区域，其控制器采集终端要求数据采集齐全、准确，数据传输快。支持多种传输手段，控制参数和方式可远程设定，工程施工维护量小，适宜户外使用，运行成本低。

1.2 基本原理

项目基于无功补偿就地分散补偿和线路集中补偿相结合的原则，将先进的信息技术、电网控制技术、高电压技术、电力电子技术、智能信息处理技术等多学科知识有机融合，通过研究区域电网电能治理点的确定、先进的无功补偿设备的优化配置以及区域电网电压无功优化集成控制系统的开发，优化区域电网在配电、用电过程中的无功潮流，实现无功就地平衡，消除低电压、谐波等问题，提高电网电压调控能力，改善电能质量。

2 技术实施方案

2.1 电能质量治理点选取

选取最具代表性的龙潭片区为试点，在35 kV龙潭变电站配置一定容量的变电站无功自动补偿装置，在10 kV配线上配置一定容量的高压柱上无功自动补偿装置，在谐波注入点安装滤波装置，在配变上配置一定容量的低压无功自动补偿装置。具体实施方案包括:35 kV龙潭变电站无功优化；10 kV龙冲线谐波治理；10 kV龙马线低电压治理；新安装或升级改造配电台区低压集中补偿装置。

2.1.1 35 kV龙潭变无功优化改造

龙潭变SVQR基本接线原理图如图1所示。

图1 龙潭变SVQR基本接线原理图

2013年5月，对无功补偿装置进行升级改造，将原有的TBBA－10改造为SVQR调压式调无功变电站无功补偿装置，SVQR型号为SVQR－1000－10.5。通过改变电容器的端电压来调整无功输出的大小，调压器调压范围60%～100%，控制系统根据无功缺额大小分9级进行自动精细调节。该项目的实施充分考虑到原有的断路器、隔离开关和放电线圈等一次设备被继续利用，使总的投资费用和工程量最小。

2.1.2 10 kV龙冲线谐波治理

在龙冲线91号杆装设滤波装置 MDB－10－1500/2250－H5/H7/H11，设置5次、7次、11次滤波支路，各支路的配置见表1。可调电抗器采用MCR型磁控电抗器BKSMC－1500/10，额定容量为1 500 kvar，该磁控电抗器采用晶闸管控制，可实现快速连续可调。

表1 滤波装置配置表

2.1.3 10 kV龙马线低电压治理

针对龙马线 “低电压”问题，新建变电站经济性和可行性均欠佳，而运用SVR馈线自动调压器投入资金少、周期短、运行维护简单，于2013年5月15日在干线127号杆安装1台型号为SVR－2000/10－7(－5%～＋15%)的SVR馈线自动调压器，即SVR的电压等级为10kV，容量为2000kVA。

2.1.4 新安装或改造配电台区低压集中补偿装置

龙冲线上宅＃1变、龙冲线大方元新村变分别安装户外智能综合配电柜JP－315/2－2(补偿量为80 kvar)、JP－200/2－2(补偿量为50 kvar)。电容器投切以电压为约束条件，根据无功功率或无功电流分组 (共补和分补)自动投切电容器。

2.2 区域电网电压无功优化集成控制系统开发

采取区域电网从站、线、变3个维度自动调节电网无功潮流，优化区域电网无功分布。项目致力于开发由主站监控中心、子站监控中心、光纤通讯通道、GPRS通讯通道、终端治理设备组成的区域电网无功优化集成控制系统。

3 应用效果分析

3.1 龙潭变无功优化改造效果分析 (见表2)

无功设备优化改造后，该片区功率因素有了显著提高，取得的良好效果主要体现在:

1)稳定系统电压，减少主变分接头动作频率:将主变分接头设置在合适档位，当负荷增加或减小导致电压不符合标准时，自动逐级增大或减小无功量输出，自动调节无功输出量，满足功率因数的要求。

2)延长设备使用寿命，保持电容器较高的使用率:通过对有载调压器9个档位的调节，改变端电压来改变电容器的无功容量，不会对补偿系统和其他设备产生冲击。电容器大部分时间工作在较低电压下，延长其使用寿命。

3)实现变电站的无人值守，节约人力:该装置采用全自动控制，设备投切、容量变换完全由控制器自动控制，不需要再通过人为的投切电容器控制。

4)补偿较为精细，降低系统损耗。

从改造前、后测试数据的对比分析可知:在系统无功需求较小时，也能充分发挥无功补偿的作用；原功率因数取0.85，后功率因数取0.98，则线损率可以降低25%。

表2 龙潭变无功改造前后功率因素对照表

3.2 10 kV龙冲线谐波治理效果分析

滤波装置投运前后波形对比如图2，在谐波治理方面取得了良好效果:

1)无源滤波器安装投运后，谐波电流滤除效率高，滤除效果好，电流波形基本为正弦波形。

2)5次谐波电压由投运前的 2.1%降低到0.1%；7次谐波电压由1.6%降低到0.1%。5次谐波电流由投运前的15.015 A降低到7.585 A；7次谐波电流由7.843 A降低到3.735 A。各项谐波指标均达到国家标准《电能质量公用电网谐波》(GB/ T14549—1993)的要求。

3)滤波装置投运后可以有效地提高电网供电品质，延长了电气设备的使用寿命，对电气设备及电网的安全运行起到了积极作用，有效地解决了腾龙电站在铸造厂生产时电机振动甚至导致停运的问题。

4)无源滤波器安装后，提供了固定的基波容性无功功率，磁控电抗器快速连续地跟踪无功功率的变化，使累计平均功率因数由补偿前 0.77提高到0.98。

图2 滤波装置投运前后波形对比

3.3 10 kV龙马线低电压治理

2013年8月2日调压器运行数据如图3所示。

图3 调压器输入电压与输出电压对比分析

安装调压器后，输出电压较输入电压提高了0.3～0.6 kV，输出端电压基本维持在10.1～10.6 kV，线路末端马家坪配变高压侧电压达到10.0 kV以上。2013年5月15日至8月23日，龙马线上安装的调压器共运行76 370 min，其中超上限时间为50 min，超下限时间为0，电压合格率为99.93%。

安装SVR馈线自动调压器能有效解决龙马线的低电压问题，提高供电质量，稳定线路电压，增强线路输电能力，减少了农网季节性负荷对线路电压的影响以及因电压不合格造成用电设备烧毁带来的用电投诉，从而确保企业效益。

3.4 新安装或改造配电台区低压集中补偿装置

户外智能综合配电柜，是集数据采集、无功补偿、电网参数分析、通讯等功能于一体的新型配电测控设备，可对感性无功进行集中、分散、就地自动补偿。该配电柜提高变压器及输电线路的利用率及区域发电设备的带负荷能力，有效改善用电负荷的功率因数，降耗节能效果显著。

4 结束语

开发区域电网无功优化集成控制系统，将变电站无功优化改造、低电压线路上运用SVR馈线自动调压器、谐波电源注入点安装滤波装置以及对无功缺额较大的配变台区进行集中补偿4种方法应用于县级配电网，进行电能质量的综合治理。

〔1〕林海雪.现代电能质量的基本问题 〔J〕.电网技术，2001，(10):5-12.

〔2〕彭卉，邹舒，付永生，等.冲击性负荷接入电网的电能质量分析与治理方法研究 〔J〕.电力系统保护与控制，2014，(1): 54-61.

〔3〕冀连甫.影响电能质量的因素分析及其改善 〔J〕.能源技术与管理，2014，(3):154-155.

〔4〕肖湘宁.电能质量分析与控制 〔M〕.北京:中国电力出版社，2004.

〔5〕郭庆来，吴越，张伯明，等.地区电网无功优化实时控制系统的研究与开发 〔J〕.电力系统自动化，2002，(13):66-69.

〔6〕张明军，董洁，厉吉文，等.区域分布电压无功监测与优化控制系统 〔J〕.电力自动化设备，2004，(3):42-44.

Technology and application of power quality comprehensive treatment in Jiahe distribution network

LEI Jiangfeng，PENG Saihong，WANG Zhongming
(State grid Hunan Electric Power Corporation Chenzhou Power Supply Company，Chenzhou 423000，China)

This paper mainly introduces a comprehensive treatment system for power quality of distribution network.Based on the principle that combining distributed reactive compensation on the spot and central reactive compensation on transmission lines，this paper studies the determination of power quality control spot，optimal configuration of reactive compensation devices and development of integrated control system of reactive power optimization by organic integration of multi-discipline knowledge，in order to optimize reactive power flow of area network，and improve power quality by eliminating problems like low-voltage，harmonic，etc.

distribution network；power quality；reactive power optimization；treatment

10.3969/j.issn.1008-0198.2015.04.013

TM933

A

1008-0198(2015)04-0052-04

2015-06-16

雷将锋 (1983)，工程师，主要从事电网调度运行与管理工作。

彭赛红 (1974)，高级工程师，主要从事电力生产与管理工作。

王忠明 (1987)，主要从事电网调度运行与管理工作。