一种移动式低压接入无功补偿装置的研发

吴佩颖 余 敏 周 韧 邬钟怡

（国网浙江省电力有限公司宁海县供电公司）

0 引言

近年来，随着社会经济的快速发展，居民用电量不断增长，随之对电能质量要求也不断提高［1］。配电网运维工作的一个重要指标就是居民电压合格率。电压超出合理范围，就会严重影响供电质量，电压低会造成电器设备无法启动，电压高会造成设备损坏。因此必须对供电电压质量严格控制，以维持其高合格率水平［2］。

正常运行的电网通过选择合适的运行方式以及合理的无功补偿，一般能够保证供电电压质量。但在部分山区配电线路临时调整运行方式情况下，由于线路过长容易引起低电压问题，给电网用电安全带来威胁，对用户和供电单位产生非常不利的影响。在浙江宁波宁海供电公司日常的运维工作过程中，经常会出现临时调整运行方式的问题。对于部分山区线路，在切换运行方式时，部分长线路末端电压降低很多，远达不到国标关于电压质量指标的要求，对电网的安全运行带来很大隐患，对用户的用电设备也会有很大的不良影响。

一般来讲，针对远距离长线路末端的运行电压偏低问题，可以采取如下几种措施：一是结合附近新建常规变电站新出线路缩短供电半径［3］；二是就近布点配电站，负荷改由配电站供电［4］；三是将具备条件的末端负荷切改至邻近线路［5］；四是对本线路进行改造升级，增大导线截面面积，降低沿线压降［6］；五是采用配电变压器有载自动调压方式［7］；六是采取在线路中后段加无功补偿装置，提升后段电压［8］。以上的几种措施中，前四种是通过电网升级改造项目来解决。通过电网改造项目解决电压偏低问题需要的周期较长、代价较大，针对切换运行方式过程中出现的临时性低压电问题不太适用。第五种方式中有载调压变压器的机械式有触点式自动分接开关，因改变分接头时产生电弧而必须安装在独立的油箱中，故不宜频繁操作且造价高不适合容量小、数量多的配电变压器使用，且调节范围有限。由此可见，通过在线路中后段加无功补偿装置以提升后段电压的方式较为可行。然而目前在低压配电网中应用的无功补偿装置大多采用固定安装方式，固定补偿方式需要在每一条线路末端加装无功补偿装置，造价高、使用率低。

因此，本文提出一种移动式无功补偿低压接入装置，既能在山区配电线路临时调整运行方式时，通过优化算法进行计算，将其安装于最为合理的安装点，以保证电压质量的合格和经济效益的最大化，同时大大提高配电网的灵活性和稳定性。从“冗余保安全”转变为“降冗余保安全”，避免大量安装无功补偿设备带来的经济损失，提高电网能量传输能力，促进可再生能源的消纳，增强弹性电网高承载的核心能力。

1 可移动无功补偿装置

可移动无功补偿装置区别于无功补偿装置的最大特点是要方便运输、拆卸和安装。因此移动式无功补偿装置的制作需满足质量和体积较小、装卸方便的需求。根据要求本文设计一种可移动无功补偿装置，其构成主要包括无功补偿电容器组、信号采集单元、电容器组投切控制单元以及系统接入接口部件，如图1所示。

图1 可移动无功补偿装置结构图

1.1 高密度无功补偿电容器组的设计

外壳选用质量较轻的无功补偿柜。电容器选择高密度型的无功补偿电力电容器。内置10组20kvar电容器；具备较长的使用寿命、恒定的电容值以及较高的抗浪涌电流能力（浪涌电流最高可达额定电流的300倍）等特性，适合特定工业应用。其在额定电压为400～525V（AC），频率为50／60Hz时的无功输出范围为20～200kvar。该无功补偿装置优点是较为轻便，可实现移动式无功补偿功能；打开外侧柜门，左上角为开关按钮，拨到on显示为设备已开启；右上角为参数设置菜单按钮，可手动调节参数。

1.2 信号采集和无功补偿电容器组投切控制系统

总体的控制策略以提高末端电压为目的。为提升装置的便携性，信号只采集低压母线电压和补偿电流，而不采集变压器的输出电流，从而大大简化装置的接入。核心CPU采用数字信号处理器（DSP），实时监测系统电压，并投入合适容量的补偿电容器组，同时监测各组补偿装置的电流，具备过流保护功能，提升设备安全性。根据实际的需要连接备用线路的特定情况，首先找到电压过低的节点，通过禁忌算法在计算机上快速计算无功补偿补偿点及补偿容量，选用最经济的方式临时投入无功补偿装置。

1.3 无功补偿装置带电无扰接入方式

为了适应现场临时带电接入的需求，装置的接入方式必然有别于传统的无功补偿装置。拟通过用于接地线挂接的绝缘杆和绝缘导线将装置接入配电变压器的低压侧，以满足带电无扰接入的需求。接地线采用三根双舌式接地线，外表采用环氧树脂玻璃钢材料包裹软铜线，绝缘性能好，耐高压；操作头为挂钩式铝制操作头；截面积35mm2。接线端连接处由插头连接，额定电流为315A；内芯采用精选黄头材料，硬度高，导电性强，长时间用不发烫；外表采用绝缘胶木和优质橡胶，防潮，抗摔，耐腐蚀，绝缘性强，抗老化，不裂纹。

2 应用分析

将本文装置应用于宁海县山区配电网，通过仿真分析其效果。

以浙江宁海山区的实际临时切换运行方式的部分配电网为例，正常运行时，双峰变电站带横E005线负荷运行，黄坛变电站带双峰E702线负荷运行，同时黄坛变电站另一条出线带杨家E7012线负荷运行。临时切换运行方式时，黄坛变电站退出供电，由双峰变电站供电，双峰变横坑E005线带双峰E702线负荷（联络点双横联E7023开关），双峰E702线带杨家E701线负荷（联络点双杨联E7024开关，杨家E7012开关断开）。

首先在MATLAB中编辑计算程序，通过程序计算，得出移动式无功补偿装置需要投放的位置，通过仿真建模，先仿真出未接入移动式无功补偿装置时，临时切换运行方式后的配电网模型；再仿真出接入移动式无功补偿装置后的配电网模型。临时改变运行方式后配电网的模型如图2所示。根据仿真的结果，获取补偿前后各个节点的电压值。为了直观分析，将补偿前后各节点电压通过折线图绘制，如图3所示。

图2 临时改变运行方式后配电网仿真模型

图3 补偿前后各节点电压折线图

结果表明，各个低电压节点的电压都超过0.93pu，而未接入移动式无功补偿装置及按照经验初步估计的初始解组合时，均有部分节点电压不满足正常运行时的范围。有功网损也较初始网损及初始解下网损更低。说明提出的移动式无功补偿装置及优化算法，在一定程度上解决宁海县部分配电线路在临时切换运行方式时低电压节点电压的问题，同时也降低网损，具有一定的应用价值。

3 结束语

根据浙江宁海县山区配电网出现的临时切换运行方式引起部分节点低电压的情况，提出一种移动式低压接入无功补偿装置。在MATLAB中对宁海县山区配网的模型进行搭建并仿真分析。结果表明，移动式无功补偿装置在一定程度上提高了节点电压，使其符合标准运行范围，同时降低了网络的有功损耗，减少由于网损产生的电费，具有一定的经济性。