10kV配电网无功功率平衡及优化补偿.doc

10kV配电网无功功率平衡及优化补偿王鑫国（浙江省宁海县供电局，浙江 宁海 315600）摘要： 本文从无功功率平衡的角度，分析无功对电压和线损的影响，使无功补偿达到优化配置，从而降低10kV配电网的线损。关键词： 配电网；无功平衡；优化补偿The Optimal Compensation and Balance of Reactive Power in 10kV Distribution NetworksWANG Xin-guo(Ninghai Power Supply Bureau, Zhejiang Province, 315600,China)Abstract：This paper analyses the influences of reactive power compensation and balance to voltage and line losses. Achieving the optimal configuration of reactive power compensation and saving energy by decreasing losses in 10kV distribution networks.Key Words：distribution networks; reactive power balance; optimal compensation10kV配电网络普遍存在着供电质量差、功率因数低、线损大的弊病。特别是农村10kV配电网，由于电网结构不合理、负荷季节性强、配电变压器负载率低，从而造成网络功率因数变化频繁，电网线损率居高不下。配电网所需要的大量无功功率靠主网输送，加大了线路的电压损耗和网络损耗。在受电端加装并联电容器补偿装置，并按电压、功率因数情况，自动投切电容器组，控制无功潮流就地平衡，是提高配电网功率因数，改善电压质量，降低线损的有效手段。本文着重从无功功率平衡的角度，分析无功对电压和线损的影响，采取配电线路分散补偿和配电变压器随器补偿方式相结合，从而取得降损节能效果及综合经济效益。1 无功功率平衡在电力系统中，无功功率同有功功率一样必须保持平衡，负载所需要的感性无功功率jQL由电网中无功电源（发电机、调相机、静止无功补偿器、并联电容器等）发出的容性无功功率-jQC来提供补偿。无功功率平衡应根据就地平衡的原则进行就地补偿，避免大量的无功功率作远距离传输。无功补偿与无功平衡，对于电网电压和线损尤为重要，关系到电网的经济、安全、可靠运行。无功补偿应根据分级就地平衡和便于调整电压的原则进行配置。集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为主；高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主；调压与降损相结合，以降损为主；并且与配电网建设改造工程同步规划、设计、施工、同步投运。2 无功对电压和线损的影响2.1 无功对电压的影响(1) 无功与电压损耗的关系当电网传输功率时，电流将在线路、变压器阻抗上产生电压损耗U。其关系式如下：U=（PR+QX）/UN （1）当线路安装无功补偿容量为QC的并联电容器补偿装置后，线路电压损耗为U/=PR+(Q-QC)X/UN （2）并联电容器补偿装置投入运行所引起的静态电压升高，即U-U/= QCX/UN （3）式中 U-电压损耗，V P-线路传输的有功功率，kW Q-线路传输的无功功率，kvar QC-补偿投入的电容器容量，kvar UN-线路额定电压，kV R、X为线路电阻、电抗， 从上式中可见，无功功率的变化，将引起电压降的变动，由于安装并联电容器，就地平衡无功功率，限制无功功率在电网中传输，相应地减少了线路的电压损耗，提高了配电网的电压质量。(2) 电压调整10kV配电线路存在电压过低或偏高问题，其原因除了电网结构不合理和导线过细外，主要是无功功率不足或过剩。系统的无功功率对电压影响极大，无功功率不足，将引起电网电压下降，而无功过剩将引起电网电压偏高。无功功率平衡是维持及保证电网电压质量的基础，必须采取有效的调压措施，以提高电压水平。合理调整变压器分接头，是提高电网电压水平的一种调压手段。但当电网无功电源不足或过剩时，不能靠调整变压器分接头来使电压符合要求，因为它既不能产生无功又不能吸收无功，只能改变系统中的无功潮流。要维持整个系统的电压水平，就必需有足够的无功补偿容量，实行无功分区分压就地平衡，同时要求有足够的无功调节能力，在允许的电压偏差范围内，采用调压与补偿电容器相结合的措施，实现高峰负荷时较高电压运行和低谷负荷时较低电压运行的逆调压要求。2.2 无功对线损的影响在电网运行中，因大量非线性负载的投运，它们除要消耗有功功率外，还要消耗一定的无功功率，负荷电流通过线路、变压器将会产生功率和电能损耗。由电能损耗公式可知，当线路或变压器输送的有功功率和电压不变时，线损与负荷功率因数的平方成反比。功率因数越低，电网所需无功就越多，线损就越大。当cos=0.7时，无功功率和有功功率在电网中产生的电能损耗基本相当，即此时电网中线路和变压器的损耗有一半是由无功功率引起的。提高功率因数，可使线损率降低。因此，在受电端安装无功补偿装置，实行无功就地平衡，可减少负荷的无功功率损耗，使负荷电流减少，降低线路与变压器的可变有功功率损耗，从而取得降低网络线损的经济效益。综上所述，无功功率分级补偿就地平衡，提高负荷的功率因数，可减少电网中无功功率的传输，从而降低电网的电压损耗和电能损耗。一般说来，35kV及以上电网，因输电线路截面较大，等值串联电抗X要比电阻R大得多，电网线路和变压器的阻抗主要是感性电抗，XR。与系统中的有功损耗相比，无功损耗要大得多。10kV及以下配电网，一般电阻要比等值串联电抗大得多，RX。所以，对35kV及以上电网的无功补偿调压效果显著，10kV配电网的无功补偿应以降损节能作为主要目的，并兼顾改善电压水平。3 无功优化补偿由于电网的线损主要是线路损耗与变压器损耗，所以配电网的降损节能，也就是对电网中所有的电力线路和变压器进行优化。无功优化的目的是通过调整无功潮流的分布降低网络的有功功率损耗，并保持最好的电压水平。结合城乡电网建设与改造，对配电网进行无功优化补偿，实现电网高压综合线损率降到10以下，低压线损率降到12以下的目标。3.1 配电线路分散补偿配电线路分散补偿，是指把一定容量的高压并联电容器分散安装在供电距离远、负荷重、功率因数低的10kV架空线路上，主要补偿线路上感性电抗所消耗的无功功率和配电变压器励磁无功功率损耗，还可提高线路末端电压。(1) 安装位置及补偿容量确定无功补偿装置安装地点的选择应符合无功就地平衡的原则，尽可能减少主干线上的无功电流为目标。一般对于均匀分布无功负荷的配电线路，其补偿容量和安装位置按2n/(2n+1)(其中n为不小于1的整数)规则，求得最优补偿方案。考虑到无功补偿装置的运行维护、补偿效益及投资回收期限，因此，沿线的无功补偿点以安装一处为适宜，最多不应超过二处，可以直接连接于主干线上和较大的分支线上，每个补偿点的容量不宜超过100150kvar。配电线路上无功补偿容量应适当控制，并且在线路负荷低谷时，不应出现过补偿向系统倒送无功。负荷在线路上的分布状况不同，安装地点也不相同，具体位置应根据负荷分布特点和容量的大小计算确定。见附表附表 配电线路分散补偿电容器组的安装负荷沿主干线分布状况电容器安装组数电容器安装容量与线路无功功率比安装位置位于主干线首端长度均匀分布12/32/324/52/5、4/5非均匀分布分支线呈60014/53/5分支线呈90014/52/3(2) 补偿后的电压校验配电线路安装补偿电容器组后，会引起线路电压降的变动。在补偿点选择上，应充分考虑到安装地点的电压不得超过电容器组额定电压的1.1倍。因此，为保证供电安全可靠，有利于线损的降低，需根据公式（1）、（2）、（3），对补偿前后的电压进行校验，避免在负荷低谷时功率因数超前或电压偏移超过规定值。否则将因过补偿造成无功倒送，反而使电压损耗、线损增加；线路电压升得过高，增加电容器的介质损耗而发热，影响其使用寿命和出力。3.2 配电变压器随器补偿配电变压器随器补偿，是将低压补偿电容器直接安装在配电变压器低压侧，与配电变压器同投同切，用以补偿配电变压器自身励磁无功功率损耗和感性用电设备的无功功率损耗。对容量30kVA及以上的配电变压器逐台进行就地补偿，使无功得到就地平衡，从降损节能方面考虑是合理的。但目前，只在部分实行功率因数调整电费的100kVA及以上工业用户、少量城网公用变中安装补偿电容器，而大量的农村综合变基本上没有进行无功补偿，这就使补偿电容器安装容量不足，电网所需无功缺额大，造成了配电网功率因数低，无功损耗严重。无功补偿装置的容量选择，应根据负荷水平按提高功率因数的要求合理配置。而无功补偿容量是随着负荷的变化而变化的，因此，配电变压器随器补偿方式应使用无功自动补偿装置，自动投切一部分电容器组，以达到最佳补偿功率因数。对100kVA及以上的配电变压器宜采用无功补偿微机监测和自动投切装置，合理调整无功自动补偿装置功率因数的整定值，保证无功功率在低压电网就地平衡；重负荷时提高功率因数到0.95以上，在轻负荷时功率因数不得大于0.95。3.3 无功补偿应注意事项（1） 线路分散补偿电容器组容量在150kvar及以下时，可采用跌落式熔断器作为控制和保护，其熔断器的额定电流按电容器组额定电流的1.431.55倍选取；150kvar以上时应采用柱上断路器或负荷开关自动控制；（2） 为防止线路非全相运行时，有可能发生铁磁谐振引起过电压或过电流，损坏电容器或变压器，线路分散补偿电容器组不应与配电变压器同台架设并使用同一组跌落式熔断器；（3） 补偿电容器组中性点不应直接接地，避免电容器某相贯穿性击穿引起线路相间短路；(4) 在无功补偿装置的电容器回路上，宜装设适当参数的串联电抗器或阻尼式限流器，避免电容器容抗与系统感抗相匹配构成谐振，可以起到抑制高次谐波电流的作用； （5） 无功补偿装置应装设氧化锌避雷器过电压保护装置；(6） 无功补偿装置应采用自动投切装置，防止过补偿和电压升高损坏电容器及其他设备；(7) 配电变压器随器补偿采用杆架式安装，其补偿装置箱体底部离地面高度不小于1.2M。4 经济效益分析无功补偿可减少配电线路和变压器的电能损耗，降低线损获得经济效益，但装设无功补偿装置的投资能否在一定的年限内以线损的减少予以回收，就要考虑无功补偿效益问题。实例分析：某10kV架空配电线路长12km，导线型号LGJ-50，每1km架空线路阻抗Z=0.63+j0.368()。经统计和测算，线路平均输送负荷潮流S=410+j350(kVA)；电压U=10.4kV。现欲把线路整体的功率因数提高到0.9，需安装补偿电容器组容量约150kvar。计算分析结果：（1） 线路损耗：补偿前P1=20.34kW；补偿后P2=14.51kW；线损降低28.7；（2） 电压损耗：补偿前U1=0.45kV；补偿后U2=0.38kV；电压提高18.4；（3） 降损电量、投资回收期：每年节约电量约5.1万kW.h；按现行浙江省统一销售电价水平为0.595元/kW.h计算，则年节约电量金额3万元。电容器补偿装置购置费、柱上开关及避雷器等附属设备、施工维护费等总投资约2万元，则8个月就可收回全部投资。上述实例说明，对10kV配电