10kV及以下配网电容无功补偿及节能分析

2016-12-05周星国网湖南省电力公司物资公司湖南长沙410000

低碳世界 2016年22期

关键词：投切电容器电容

周星（国网湖南省电力公司物资公司，湖南长沙410000）

周星（国网湖南省电力公司物资公司，湖南长沙410000）

本文从配网电容无功补偿的分类、规划原则以及重要性等等方面分析了10kV及以下配网电容无功补偿，同时从补偿电容量、无功补偿装置两方面分析了无功补偿装置在10及以下配网中的节能方法。

10kV及以下配网电容；无功补偿；节能

引言

配电网无功功率补偿是改善电压质量和节能降耗的有效途径。合理选择无功补偿点和确定补偿容量，不但可以维持电网系统的电压水平和稳定性，而且还能够有效的避免无功的远距离传输，从而降低能耗和发电成本。但是，与用电量的增加速度相比，配电网的建设速度相对较慢尤其是无功分布不合理、补偿设备少以及投运率低等现象一直存在，致使难以保证系统运行电压，同时电网能耗问题也越来越明显。笔者根据实践经验对10kV及以下配网电容无功补偿及节能进行了初步的分析与探讨。

1 10kV以及以下配电网存在的问题

从现阶段来看，10kV及以下配电网存在问题主要包括以下六个方面：①配电系统负荷增长速度相对较快，过负荷损坏部分机械装备，同时也在一定程度上增加了无功需求，从而导致无功缺额较大；②多数运行的补偿设备出现老化现象，其中部分补偿设备处于停运状态，绝大多数农村用户既没有考核补偿设备的功率，也没有全方位的规划补偿设备，同时运行的补偿设备不合理，导致无功缺额偏大而难以满足正常的无功需求；③线路损耗较大，电压质量往往在用电高峰期相对较低；④补偿方式主要是在变电站集中补偿大容量的电容器，由线路输送无功补偿线路缺额，违背了“分层分级补偿，就地平衡”原则；⑤10kV线路较长，有的甚至超过了50km，由于线路没有安装必要的补偿设备，导致线路损耗较大，降低了电能质量；⑥无功补偿设备在线路中的安装位置不当，容易引起通信中断。

2 配网电容无功补偿规划的原则

配电网电容无功补偿规划应当遵循“分级分区补偿、就地平衡”的原则，确保无功补偿设备的布局科学合理。

2.1 总体与局部平衡的结合

无功电源的布局不当回会引起局部地区的无功电力难以实现平衡，从而导致部分变电站或线路的无功电力出现过多或过少以及无功功率规模流动的现象。无功功率的长距离输送和交换，在一定程度上提高了配电网的损耗。因此，在进行无功补偿规划时，应当以总体平衡为基础，研究局部无功补偿方案，以获得优化组合，从而实现达到最理想的无功补偿目的。

2.2 以中、低压配电网补偿为主，其它补偿方案相结合

对于变电站而言，集中补偿主要是指补偿主变压器的无功损耗和降低变电站以上输配线路的无功传输，从而减少电网损耗。低压配电网的线损约占全网总损耗的70%，因此，应当以低压配电网无功补偿为主，其它补偿方案相结合，以有效的减少配电网全网的总损耗。

2.3 电力部门补偿与用户补偿的结合

为了有效的降低配电网中无功功率的输送，提高电压质量，补偿用户的功率因数，要求无功功率的就地补偿和就地平衡，多数采取配电变压器低压侧补偿的方式，因此，电力部门和用户必须共同进行补偿。

2.4 以配网降损为主，降损与调压的结合

配电网无功规划的主要目的是：就地平衡无功电力，有效降低网损，提高用户侧的电压质量，在配电网安全向用户供电的基础之上，积极探求理想的无功补偿经济和社会效益。

3 配网电容无功补偿的分类

3.1 按电容器是否投切进行分类

在配电网中，用于无功补偿的并联电容器组可以分为不可投切电容器组和可投切电容器组两大类。

3.1.1 采用不投切电容器的固定补偿方式

此类补偿方式具有结构简单、投资小等特点，是我国配电网早期发展过程中最主要补偿方式。但是，这种补偿方式具有很多问题，如果根据最大负荷来补偿，那么非常容易导致在负荷低峰期即后半夜电压较高时电容器不能自行切除，从而产生无功过剩的现象；如果根据最小负荷来补偿，那么在多数时间内就难以满足系统必要的无功需求。同时，由于电容器可能会与邻近变压器发生谐振而损坏变压器，电网运行的安全系数就会降低。另外，这种补偿方式并不能有效的缩小电压的波动范围，而只能提高用户侧的电压水平，并未真正解决无功不足的问题。这种补偿常常比较适合于负荷随时间变化不大的条件下，难以满足现代电力系统快速发展的客观需求。

3.1.2 使用可投切电容器组分组投切的动态补偿

嵌入式自动化技术的快速发展显著的改善了电容器投切装置的控制器，可以根据电压、无功、时间、功率因素和无功等进行分组、分相、分时投切电容器组来满足必需的无功需求，有效的解决了固定补偿所存在的问题。对于季节性负荷和日波动较大负荷而言，电容器自动投切装置都可以为系统提供有效的无功补偿容量。但是，在投资方面，与固定补偿的电容器装置经济性相比，电容器自动投切装置成本相对较高，经济性不容乐观。

3.2 按电容器安装位置的分类方式

现阶段，此种分类方式主要的包括四类，电容器的安装如图1。

图1 配电网无功补偿方式

3.2.1 变电站集中固定补偿

变电站集中固定补偿（方式1）是指在变电站或10kV母线侧安装无功补偿设备来实现集中补偿，通过向系统输入大量的无功来降低网损和改善电能质量。此种补偿方式主要优点表现为：①在变电站内运行环境较好，安装维护方便；②容易控制，受外界影响较小，使用寿命长；③由于主变压器容量大，降损效果显著，安全性和经济性都较好。不足之处主要表现为：①无法补偿线路的无功缺额；②由于需要配置保护和控制投切电容器的相关设备，成本相对较高；③降损作用较低，无法解决下一级电网的网损。

3.2.2 0.4kV侧集中补偿

现阶段，此种补偿方式是配电网采用的主要补偿方式，是指通过在配电变压器380V侧集中补偿的方法（方式2），满足配电变压器及输电线路必需的无功需求，就地提供负荷的无功缺额，避免无功的大量流动，在一定程度上补偿配电变压器和10kV线路的无功需求，改善电压质量。这种补偿方式可以采用静态补偿和动态补偿，其中静态补偿较为常用。

3.2.3 10kV线路杆上无功补偿

10kV线路杆上无功补偿方式（方式3）是指在配电变压器高压侧节点和10kV线路加装由电容器组构成的线路补偿装置，其中最为普遍的是将并联电容器组安装在电杆上形成单杆补偿或者双杆补偿。这种补偿方式的主要优点表现为：①成本较低；②作用于补偿线路上的无功缺额，达到就地补偿的目标，降低10kV线路能损；③提高配电网功率因素，降低线路损耗升高电压。不足之处是：①不能补偿变压器缺少的无功；②受环境因素影响大；③需结合其他补偿方式。

3.2.4 0.4kV末端分散补偿

0.4 kV末端分散补偿（方式4）是指在0.4kV末端直接采用并联电容器组来实现无功补偿，这种补偿方式的主要对象为大型企业和用电较为集中的客户。这种方式的主要优点包括：①控制方便；②成本较低；③安装方便。不足之处是：如果按照最大无功缺额来进行无功补偿，那么当线路处于负荷低谷状态时补偿设备极易出现无功偏大和使用效率较低等现象。