公变低压智能无功分散补偿装置的配置与应用

何锋，章建华，沈丽雯，高久国，刘俊

（国网浙江安吉县供电公司，浙江安吉313300）

公变低压智能无功分散补偿装置的配置与应用

何锋，章建华，沈丽雯，高久国，刘俊

（国网浙江安吉县供电公司，浙江安吉313300）

介绍了一种在线路的中末端采用分散式小容量智能型无功补偿设备进行无功补偿的方法。通过对台区负荷的测试，定制智能无功分散补偿装置，有效降低了线路无功电流，减少了线损，提高了变压器带负载能力及线路中末端电压，经济效益明显，供电质量显著提高。

电容器；功率因数；无功补偿；分散补偿

0 引言

随着农村居民生活水平的提高，农村的电气化设备日渐增多，现有的电器特别是电动机等负荷比重较大，它们在消耗有功功率时也吸收大量无功功率，从而导致低压线路的供电能力明显下降。另外，变频设备的增多也使得农网谐波大幅上升，由于大部分无功补偿装置未考虑电容器投切引起的谐波放大现象，导致电容器受损严重，甚至无法正常投切，降低了线路的无功补偿水平。

目前，公用变压器（以下简称公变）低压无功补偿普遍采用的方式是在变压器侧集中补偿，一般按照变压器容量的30%左右进行补偿。这种补偿方式只能提高台区功率因数，起不到降低配电变压器（以下简称配变）至终端用户线损的作用，而且一般的补偿装置在谐波环境下很容易损坏，无法投切。

在对台区负荷情况进行监测分析后，对负荷较集中的几个点采用分散补偿的方式，可以有效降低补偿地点到变压器端的线路损耗。针对监测台区谐波电压和电流，选用抗谐波能力强的电容器，利用其过谐波保护功能，在谐波过高时，电容器无法投入，从而保护其不受损坏，大大提高电容器使用寿命。因此，在线路中末端采用分散式补偿是一种较为理想的方式。

1 农村电网无功补偿工作特点

农村电网无功补偿工作具有以下特点：

（1）农村电网末端负荷地点分散。农村人口居住分散，农村配网线路一般都可相差几公里，这是农村电网的特殊性使然。

（2）农村电网末端负荷波动幅度大。农村用电不稳定，每天不同时段投切频率高、负荷变化较大。另外，由于农网的特殊性，一般没有合适的安装位置，只能将末端补偿装置安装于末端低压杆或者悬挂于用户墙上，这也增加了维护和管理的难度。

（3）农村电网配变容量普遍偏小，如果采用传统无功补偿设备需配备多路小容量电容器，为实现控制功能，每一路都需要安装接触器、断路器、热继电器，使得设备及回路接点多，维护极不方便。

2 农网配变补偿位置的选择原则

采用中末端无功补偿装置前，应组织人员对各条线路的用电情况进行摸底，并按照在线路较长、电压波动较大处进行补偿的原则安装装置。同时，尽可能兼顾安装位置的安全性和方便性。

举例来说，一般将装置安装于中末端低压杆上，便于对一小片用户进行补偿，对无功消耗大的用户也可安装于末端用户计量箱旁。补偿位置参见图1，选择用户相对集中的A点、B点、C点进行末端补偿比较合适。

图1 补偿地点的选择

3 数据分析

3.1 补偿地点电能参数分析

以西亩街配变台区1号线路上A点无功补偿为例，利用电能质量测试仪测得A点电能数据如表1所示。该配变台区容量为160 kVA，由表1可以看出，A点无功补偿需量较大，功率因数基本处于0．5～0．7区间，严重低于正常水平，造成此台区严重出力不足。

3.2 A点谐波数据分析

随着农村节能电器、变频设备的增加，电网中产生了一定的谐波。利用谐波测试仪对A点进行测试，得到谐波分量数据，选取其中一段如表2所示。

通过对台区负荷高峰时期的数据监测，结合表2数据知，A点谐波电压分量约6%，而国家公共电网谐波相关标准GB/T 14593－93《电能质量公用电网谐波》要求不得高于5%。A点谐波电流含量约23%，也远超标准规定的10%的合理范围。谐波分量过大极易使电容器击穿并引起相间短路，因此在配置智能无功补偿装置时必须考虑电容器的抗谐波能力。

表1 西亩街配变台区A点电能数据

表2 西亩街配变台区A点谐波数据

4 补偿设备的配置

4.1 智能无功补偿设备的技术特点

4.1.1 全自动、免维护设计

智能型无功补偿装置采用数字处理器为核心的设计方案，自动跟踪接入点无功功率需求的变化，采用“等压投、零流切”控制技术，实现电容器组平滑投切，无合闸涌流，无分闸过电压。同时，投切开关响应速度快，无投切次数限制。

4.1.2 模块化设计

智能型无功补偿装置采用整体设计，集智能控制器、保护开关、投切开关、电力电容器于一体。可单台独立使用，亦可多台并联组网使用。组网时，采用等位通信方式，随机产生主机，不必另外配备控制器，节省柜内空间。与普通的无功补偿设备相比，优势明显。

4.1.3 多种自保护功能

据统计，普通的户外无功补偿设备由于工作环境恶劣（高/低温，潮湿），平均使用寿命在1～2 a左右。而智能无功补偿设备具备自诊断、自保护功能（包含过流保护、过压保护、欠压保护、过温保护、过谐波保护、不平衡保护等），可最大限度提高其使用寿命，一般可使电容器寿命达到5～10 a。

4.2 无功补偿配置方案

4.2.1 提高功率因数

根据1号线路A点测量数据知，其最大无功缺额为55．6 kvar，由此确定无功补偿设备容量为60 kvar。遵循低压无功补偿“容量够用，级差最小”原则，采用智能无功补偿装置进行补偿。智能无功补偿装置有37个档位，分别为：0，2，3，5，7，8，10，12，13，15，17，18，20，22，23，25，27，28，30，32，33，35，37，38，40，42，43，45，47，48，50，52，53，55，57，58，60 kvar，如此精细的档位设置完全能满足线路中末端负载频繁变化的场合，因此，A点选择3台智能电容器分别为：（20+20）kvar，（10+5）kvar，（3+2）kvar。

4.2.2 消除谐波影响

电网谐波是导致电容器损坏的主要原因之一。根据表2知，A点谐波电压分量约6%，故应选择抗谐波电压能力不低于7%的电容器，智能无功补偿装置具备过谐波保护功能，可满足要求。该装置在谐波电压低于7%时能够正常投切使用，高于7%时过谐波保护功能启动，电容器不投入使用，从而保护电容器不受损坏，大大提高其使用寿命。

5 经济效益分析

5.1 降低线损

表3为西亩街配变台区经无功补偿后A点的电能数据。根据用电信息采集系统数据，该配变1号线路年平均有功负荷为36 kW，平均电压为225 V，平均功率因数为0．6，安装无功补偿装置后平均功率因数达0．9。假设补偿地点距变压器距离为150 m，线路为120 mm2的铝芯线。

线路单相电阻R按式（1）计算：

式中：ρ为导线材料的电阻率；L为导线长度；S为导线的额定截面积。

单相线损降低按式（2）计算：

代入数值，计算可得R=0．035 Ω，ΔP=0．46 kW，则一天可节电0．46×24×3=33．12 kWh。

5.2 提高变压器经济效益

经过无功补偿后，台区的平均功率因数由0．6提高到0．9左右。则补偿后的有功出力增量为：

表3 无功补偿后西亩街配变台区A点电能数据

可见，在视在功率S不变的前提下，线路传输的有功出力增加率ΔP/P为：

表明变压器的带负载能力提高了50%，经济效益显著。

5.3 提高线路中末端电压

测试期间1号线路最高负荷为78 kW时，单相电压为221 V，安装无功补偿装置前功率因数为0.6，安装后功率因数为0.92，电压提升幅度按式（5）计算：

代入数值，计算可得ΔU=4.13 V。

6 结语

分散式小容量智能型无功补偿设备具有安装维护方便、体积小、寿命长等特点，在线路中末端安装该设备，可直接为附近负载提供所需的无功功率，降低了线损，提高了线路中末端电压，对配网变压器节能降损、低电压治理有显著作用。

[1]丁毓山，杨勇.农村电网规划与改造[M].北京：中国电力出版社，2001.

[2]苑舜.配电网无功优化及无功补偿装置[M].北京：中国电力出版社，2003.

[3]李宏仲.电网无功控制与无功补偿[M].北京：机械工业出版社，2012.

（本文编辑：方明霞）

Configuration and Application of Low-voltage Intelligent Reactive Power Dispersion Compensation Device in Common Transformer

HE Feng，ZHANG Jianhua，SHEN Liwen，GAO Jiuguo，LIU Jun
（State Grid Zhejiang Anji Power Supply Company，Anji Zhejiang 313300，China）

This article describes a reactive power compensation method，which uses decentralized small-capacity intelligent reactive compensation device in the middle and the end of power line.Through load test of transformer area and customization of an intelligent reactive power dispersion compensation device，the reactive current of line is effectively reduced and line loss is decreased；load capacity of transformer is improved and the voltage in the middle and the end of the line is increased.The method obtains significant economic benefits and significant improvement of power supply quality.

capacitor；power factor；reactive power compensation；decentralized compensation

TM714.3

：B

：1007-1881（2016）03-0018-04

2015-10-13

何锋（1987），男，助理工程师，从事无功电压管理工作。