变电站、线路、配变三级联调研究及应用

崔小超， 胡加祥， 李士明

(国网宁国供电公司， 安徽 宁国 242300)

变电站、线路、配变三级联调研究及应用

崔小超， 胡加祥， 李士明

(国网宁国供电公司， 安徽 宁国 242300)

配网的电压合格率关系到电网的安全与经济运行，而无功补偿装置运行效果的好坏直接决定了系统电压的稳定和线路损耗的大小。本项研究针对变电站、线路、配变三级，建立一套统筹管理的联调平台，最大程度地实现配网电压稳定、无功的分级治理、就地平衡效果。

三级联调；配网电压无功优化；节能降损

1 项目研究背景

目前的电力网络中，配电网线损占系统总线损的比例在60%以上，同时配网普遍存在负荷波动较大、电压稳定性差等问题，这与配网无功补偿装置调节容量不足、自动化程度低、运行效果差、不便于管理等诸多因素有关，因此加强城乡电网的电压无功优化控制是解决问题的一个重要方向。

项目配网现状：

(1)变电站补偿容量不足，且不能自动调节。

试点的35千伏宁墩变电站有两台主变，容量分别为10000和6300千伏安，10千伏为两段母线并列运行状态。变电站现有一组800千乏TBB型变电站并补成套装置，通过开关柜手动投切。此变电站无功补偿设备的容量按主变总容量的15%～30%的设计原则，宁墩变需要16300×0.15=2445千乏补偿容量，因此现有补偿容量不足，需扩容。此外，TBB型固定补偿方式目前存在的问题是：不能根据负荷自动调节补偿容量，造成变电站补偿效果较差，难以达到0.95的要求。

(2)10千伏线路较长，电压不稳定，无功缺额大。

10千伏万家202线路供电半径21.98千米，配变总容量3275千伏安，变电站出口电压在枯水期平均值为10千伏，丰水期平均值为10.7千伏，线路在枯水期最大电流约为80安，线路主干线导线型号为LGJ-70。

该线路的特征是供电半径较长，负荷较重，且原来没有安装10千伏无功补偿装置，造成线路线损较大。此外，线路上有6个容量较大的小水电站，在枯水期时，小水电停运，末端用户电压很低，电压质量难以满足用户的用电需求；当丰水期时，线路上的小水电满发，往往会引起线路电压过高，影响了用户的正常及安全用电。

(3)公用配变台区低压无功补偿容量不足。

万家202线路上容量较大的配变低压侧(400伏)基本上都没有进行变压器的补偿，使无功不能达到就地平衡，增加了网损。

2 项目研究内容及实施方案

2.1 关键问题和主要思路

2.1.1 配网优化系统的网络问题

针对三级联调设备分别处在变电站、线路中后端、末端配变，设备分布在20千米左右的范围情况，设计一套监控主站，将变电站、线路、配变三级联调的子站设备统一管理，在监控主站与各子站设备之间需要组建一个通信网络，主站与各子站都能实现通讯功能，双向互动。[1]

2.1.2 变电站补偿的问题

采用调压型调无功自动补偿装置，利用电容器组的输出无功与电容器组的电容值成正比，与电容器组的端电压的平方成正比，即Q=ωCU2的基本原理。根据负荷的波动，自动调节调压器档位，实现无功补偿输出容量9级精度调节，实现精细补偿的目标。[2]

2.1.3 针对线路存在的电压问题

由于10千伏线路中存在小水电，线路潮流在丰水期以及枯水期不同，需要调压设备同时考虑双向调压的容量以及调压范围需求。

解决的思路是在双向调压控制器上增加潮流识别模块，在线路不同的潮流方向下采用不同的控制策略，进而满足双向调压的要求。[1]在设备容量的选择上需要考虑两个潮流方向可能出现的最大容量，作为设备容量选定的依据。[3]

2.1.4 针对线路存在的无功问题

根据具体线路的实际负荷分布图以及线路的实际运行参数，考虑近一年内负荷的变化规律，以及未来负荷的增长趋势，在线路中选择恰当的安装点、恰当的补偿容量及分组方式，使设备能发挥最大效用，满足无功降损要求。

2.2 具体技术实施方案介绍

2.2.1 监控主站及通讯解决方案

监控主站与子站间通过Internet网络以及移动梦网两个公用网络联网，图1所示为监控系统框图。

监控主站。其主要功能为监测各子站的运行状态、故障状态，并作为后台存储各子站的运行数据以及对数据的统计、报表、分析，同时对子站的运行可适当干预并控制。

2.2.2 变电站解决方案

针对变电站无功补偿设备目前存在的问题，采用在利用旧设备的基础上，增加SVQR变电站无功自动补偿[4]，两部分相结合对宁墩变电站进行补偿，变电站每段母线各安装一套该装置，在变电站分列运行时，可分9级进行补偿；在并列运行时，可分18级进行补偿，实现精细化无功自动补偿，接线原理图如图2所示。

SVQR装置由断路器(QF2)、自耦调压器(T)、电抗器(L)、电容器(C2)、放电线圈(TV2)组成。

原TBB型并补成套装置由断路器(QF1)、电容器(C1)、放电线圈(TV1)组成。

2.2.3 线路解决方案

万家202线路，供电半径为21.98千米，配变总容量为3275千伏安，主干线导线型号为LGJ-70。该线路上有6个水电站，装机总容量2860千伏安，当枯水期时，小水电不发电，电能主要由电网供给，潮流方向是单向的；当丰水期时，电网和小水电同时供电，潮流方向是变化的。其线路枯水期的最大负荷电流为80安，可计算出线路负载率约为43.2%，线路负荷主要集中在线路的中部和后部。

针对其同时存在电压与无功问题，选择该线路2/3处安装双向自动调压器及无功补偿两种设备。实现自动识别潮流方向，进行双向调压，和自动进行线路无功补偿的目的，组合安装方式如图3。

(1)10千伏线路无功补偿成套设备，实际补偿选择300千乏的容量，补偿方式为：动补100+动补200千乏[3]。根据电压互感器和电流互感器的实时数据进行处理和判断，控制电容器的投切。户外跌落式熔断器对装置进行短路保护，一旦装置有短路故障，跌落式熔断器立即熔断，防止对装置和线路造成损害。

(2)10千伏双向自动调压器[1]，容量3000千伏安，由内部控制器、潮流识别器件及档位采样回路、分接开关控制回路等构成。潮流方向识别器件将电流信号和电压信号采入后进行比较判断，自动跟踪输入电压变化在±20%的范围内对输入电压进行双向自动调节，保证其输出电压稳定。

2.2.4 配变解决方案

低压无功补偿容量的选择按照配变总容量的30%进行选择，补偿级数越多，补偿的精度越高，但随着补偿级数的增加，装置的成本会大幅度提高，而且箱壳的体积也会增大。综合考虑装置的可靠性、补偿精度、成本、箱体体积等因素，将电容器按一定容量比进行分组，通过控制器的软件对这些电容器组进行排列组合投切。选择线路上容量较大的三个配变进行低压随器补偿，见表1所示。

表1 配变补偿容量表

注：低压补偿装置需要随机带配变的电流取样互感器，用于电流采集与无功计算。低压补偿装置控制器需要有通讯接口与GPRS模块连接。

2.3 预期目标及效果介绍

通过对试点配网实施三级联调优化方案，预期达到以下效果：

(1)通过对变电站设备的优化，安装调压型调无功自动补偿装置后，设备可自动根据负荷变化合理地调节无功补偿容量，确保变电站功率因数达到0.95以上。

(2)通过对10千伏线路的改造，加装双向调压装置以及无功自动补偿装置后，可使线路电压在丰水期与枯水期都能满足要求，提高线路的功率因数，减小线损。

(3)通过对配变加装低压补偿装置，可提高配变的功率因数，减小线损。

(4)通过主站对三级联调设备的监控，可随时掌握三级联调子站设备的运行信息，根据无功电压优化策略对变电站、线路、配变三级进行联动调节，做到电网无功电压运行最优。

3 项目执行情况

该试点三级联调优化项目主要分以下几个步骤实施：

(1)项目调研。通过对试点项目的实地考查，收集变电站及线路数据，分析存在的问题，为后续工作顺利开展提供了切实有效的依据。

(2)方案设计。组织相关专家讨论技术方案，提出三级联调的初步技术方案，反复论证后，确定了最终实施方案及相关技术规范。同时，还考虑了现场安装调试的具体方案。

(3)研制生产。根据方案的要求，设计系统各部分的具体功能模块与参数，进入生产采购环节，严格控制、跟踪产品质量，按期将各功能模块组装完毕。

(4)阶段验收。与生产厂家按照方案中规定的功能及参数组织试验，确保各功能模块在出厂前达到预定的技术指标。

(5)安装调试。安装并测试三级联调系统的一次、二次以及软硬件设备，各模块测试正常后，开始组网联调，直至所有功能满足要求。

(6)系统运行及总结。通过设备在实际中的运行数据，观察设备的运行效果，及时解决设备在运行中出现的问题，直至三级联调优化系统所有功能运行稳定。

4 应用效果分析

4.1 应用效果介绍

4.1.1 变电站调压式调无功自动补偿装置

设备投运以来的实践证明，宁墩变电站安装调压式调无功变电站无功自动补偿装置后，功率因数提高到0.98～0.99左右，减少了线损，同时，由于无功负荷的减少，可以提高变压器的负载能力，保证了电压质量。收到了较好的经济效益和社会效益。

4.1.2 10千伏线路调压设备及无功自动补偿装置

10千伏线路调压设备数据通过一段时间运行数据的分析可以看出，线路输出侧电压始终稳定在9.93～10.44千伏范围，调压设备对稳定线路电压起到了有效的作用。无功自动补偿装置通过GPRS通讯设备采集到10千伏万家线路无功设备数据，自动调节无功补偿容量，线路功率因数基本维持在0.95以上，从而有效减少了线路的损耗，改善了线路的电压波动。

4.1.3 配变低压无功自动调节补偿装置

10千伏配变根据低压输出负荷变化自动进行无功补偿调节，功率因数稳定在标准范围。

4.2 经济技术及社会效益分析

通过实施分配网三级联调优化方案，基本可实时保证线路及变电站的电压、无功处于最优运行状态，此时线路及变电站的损耗是最小的，其节能降损主要由宁墩变至上级变电站减少的线损、宁墩变主变减少的损耗，以及万家202线路减少的线损三部分组成，再扣除新增加设备自身的损耗，以下分四部分计算。

(1)宁墩变至上级变电站减少的线损。

宁墩变至上级变电站的导线型号为LGJ-95，长12千米。可以得到线路的电阻和感抗为：R=r×l=4.12Ω，X=x×l=4.2Ω。

假设功率因数从补偿前的0.85提升为补偿后的0.95(通常安装SVQR后变电站功率因数大于0.98)，即cosΦ1=0.85，cosΦ2=0.95。

则其有功为：P=η×S×cosΦ1。 其中，η表示负荷率，按50%估算；S为主变容量，为10000+6300=16300kVA。

代入计算得：ΔPC=44.5千瓦，每度电按照0.5元计算，若按一年时间运行,可产生经济效益为：W=ΔPC×365×24×0.5=19.5万元。

(2)宁墩变主变减少的损耗。

其中，S1为补偿前负荷视在功率，S2为补偿后负荷视在功率，SN为主变额定功率，PK为主变额定负载损耗，10000千伏安主变约为56.2千瓦，6300千伏安主变约为43千瓦。

负荷率按50%进行估算，则通过计算可得10000千伏安主变年降损DP1=2.8千瓦，6300千伏安主变年降损DP2=2.14千瓦。

每千瓦时电量按照0.5元计算，若按一年时间运行,可产生经济效益为：W=(ΔP1+ΔP2)×365×24×0.5=2.16万元。

(3)万家202线路减少的线损。

万家202线路的主干线型号为LGJ-70，长21.98千米。可以得出线路的电阻和感抗为：R=r×l=9.89Ω，X=r×l=7.98Ω。

假设安装DWK后功率因数从补偿前的0.85提升为补偿后的0.95，即cosΦ1=0.85，cosΦ2=0.95。

则其有功为：P=η×S×cosΦ1。

代入计算得：ΔPC=9.47千瓦，每千瓦时电量按照0.5元计算，若按一年时间运行,可产生经济效益为：W=ΔPC×365×24×0.5=4.15万元。

(4)新增加设备自身的损耗。

新增设备SVQR、BSVR、DWK总体平均损耗为4.5+4.54+0.2=9.24千瓦，每千瓦时电量按照0.5元计算，若按一年时间运行,年损耗为：W=ΔPC×365×24×0.5=4.04万元。

综合以上，配网三级联调优化技术可为供电公司年节约损耗：19.5+2.16+4.15-4.04=21.77万元。

5 适用条件

(1)适用于变电站10千伏母线电压虽调整至合格范围但尚未充分合理利用其调节裕度的情况。

(2)适用于负荷波动较大或季节性负荷较明显的情况。

(3)适用于10千伏线路、低压线路供电半径超标且暂无法改造而导致低电压的情况。

(4)35千伏主变应为有载调压型；35千伏变电站无功补偿装置应为可调型，采用压控式效果更佳。

(5)10千伏线路、配电台区应安装无功补偿装置，宜采用智能分组投切式电容器并可数据实时传输。10千伏线路无功补偿采用压控式、配变采用有载调压宽幅配变效果更佳。

(6)电网宜具备相关自动化水平，主变宜可远方控制，10千伏线路装设自动调压器且可远方控制尤佳，低压用户电压数据可实时传输更佳。

(7)适合于有小水电并网线路的电压双向调节需求。

6 结束语

根据配网无功电压问题分级治理、就地平衡的原则，在配网不同的地点安装恰当的设备改善相关电能质量问题，但引入一个监控主站作为各设备统一管理的平台，通过网络将各种智能设备连接在一起，协同工作，系统地解决配网的各种问题，是一种较新的应用模式。

配网三级联调优化方案实施后，显著提高了本地区电网电压质量，降低了电网的线损，也极大提高了配网设备的管理水平，提高了设备的利用率，降低了设备的维护成本。设备投资费用在几年内即可收回，具有十分显著的经济效益和社会效益。

综上所述，三级联调的配网优化技术先进、实用，有效地解决了配网中的电压、无功问题，值得大力推广。

[1] 王振东.最新电力、电网无功补偿新技术与无功补偿装置选型、设计、安装及运行控制实用手册[M].北京：中国科技文化出版社,2005.

[2] 雷铭.电力网降损节能手册[M].北京：中国电力出版社，2005.

[3] 姜宁.无功电压与优化[M].北京：中国电力出版社，2006.

[4] 无功补偿装置标准应用手册[M].北京：中国标准出版社，2005.

[5] 供电生产常用指导性技术文件及标准：第一册——无功补偿、电能质量及损耗[M].北京：中国电力出版社，2002.

[责任编辑：王敏]

Study and Application of Substation, Line and Distribution System Three-Level Integrated Adjustment

CUIXiao-chao,HUJia-xiang,LIShi-ming

(StateGridNingguoPowerSupplyCompany,Ningguo242300,China)

The voltage qualified rate of distribution network is related to the safe and economical operation of power grid, and the operation effect of reactive power compensation equipments directly determines the stability of system voltage and the quantity of the line losses. This study focuses on the three levels of substation, line and distribution system, establishing an integrated adjustment platform for overall management, which can fully achieve the voltage stability, the multi-level control and on-site balancing of reactive power of distribution network.

three-level integrated adjustment; distribution network voltage reactive power optimization; energy-saving and losses-reducing

2014- 09- 28

崔小超(1962-)，男，安徽宣城人，国网宁国供电公司，副总经理，工程师。 胡加祥(1967-)，男，安徽宣城人，国网宣城供电公司，电力工程技术工程师。 李士明(1963-)，男，安徽宁国人，国网宁国供电公司，工程师。

TM732

A

1672-9706(2015)03- 0011- 06