菏泽学会--农村10kV配电线路无功补偿实例分析（赵显伦）.doc

农村10kV配电线路无功补偿实例分析赵显伦，张建利，李兆远，陈雪峰（郓城县供电公司， 山东 郓城 274700）摘 要：郓城电网内的变电站集中补偿和100 kVA及以上新增配变随器补偿都实现了无功自动跟踪补偿，而10 kV线路分散补偿和低压用户随机补偿仍是较为薄弱的环节。近几年来10 kV线路无功自动补偿出现了一些新的技术和产品，郓城供电公司针对所属10 kV线路的特点，积极开展这方面的应用，结合郓城电网内10 kV吕北线线路无功补偿方式和容量的选择进行了实例分析。关键词：10 kV线路；自动补偿；无功就地平衡；节能降损引 言随着国民经济的快速发展，电力用电负荷特别是工副业负荷增长迅猛，造成一些10 kV线路无功负荷较大，尤其是农村配网由于供电半径大、负荷季节性强、用电时间集中、大量存在的配变没有进行低压补偿，部分10 kV线路的功率因数在用电高峰期间还达不到0.7，整条线路长期处在无功不足的状态下运行，造成线路损耗大，电压质量差。所以说对10 kV配网合理进行无功功率补偿，对提高功率因数、降损节能和提高供电质量有着非常重要的作用和意义。1 线路现状10 kV吕北线线路全长21 km，导线型号LGJ-50，配电变压器65台，总容量8056 kVA。其中综合台区配变31台，容量2896 kVA，工副业台区配变34台，容量5160 kVA。2008年线路最大有功功率2500kW，最小有功功率500 kW，负荷峰谷差很大，月有功电量102万千瓦时，无功电量65万千瓦时，平均功率因数0.85左右。该线路供电区域的用电企业多是2000年以后发展起来、规模不大的小型木材板厂或加工厂，几家合用一台容量100或200 kVA的变压器。这些小型企业用电负荷都是以电动机为主的感性负荷，由于当时对无功补偿作用的认识不足和重视程度不够，造成这些小企业变压器用的电动机的随器、随机补偿不足或根本没有。虽然厂子规模小但数量多，每天8:00-12:00及14:00-18:00这些小企业集中生产时，由于无功补偿跟不上，电动机大量吸收网上的无功负荷，造成线路功率因数很低，一般在0.75左右，个别时段在0.7以下，同时由于大量的无功功率沿线传输使得配网线损很大；而中午和晚上停产时，线路上用电负荷很小，且大都是电阻性负荷为主的家用电器类负荷，无功功率需求变得很小，线路功率因数又偏高，基本保持在0.98左右，使该线路的功率因数呈现出明显的“时间分界”特点。2 补偿方式和容量的选择2.1 补偿方式的选择目前，10 kV线路补偿一般多采用柱上安装固定式电容器，为避免过补，电容器容量一般是按线路的最小补偿量（一般按线路最小负荷）来确定，或采用“三分之二”法则进行确定，虽能够对线路进行持续补偿，但在线路负荷高峰时，又发生欠补，线损率降幅较小，补偿效果不明显。所以，在负荷变化较大的10 kV线路上不宜采取固定补偿。而采用多级、多点无功自动补偿方式，其补偿效果最好，但考虑到多级、多点补偿投资过大，资金回收周期长等原因，所以可采用固定补偿与自动补偿相结合这一最佳模式。电容器总容量按线路无功需求量来确定，这样不论线路负荷处于高峰还是低谷时，都能充分对线路进行补偿：低谷时，固定投入一组小容量的电容进行补偿；高峰时，电容器组自动全部或部分投入进行补偿，真正实现根据线路无功、电压的变化自动跟踪补偿，从而减少配电线路无功输送流量，缩短无功输送距离，达到降低线路损耗，增加供电能力，改善供电质量的目的。2.2 补偿容量的选择根据对调度自动化系统采集的10kV吕北线运行数据分析来看，该线路在中午和晚上轻负荷时无功功率约在400 kvar左右，功率因数0.98左右；而在白天小企业生产期间重负荷时段，无功负荷1 900 kvar左右，功率因数在0.70.8之间，若要求线路负荷高峰期间补偿后功率因数达到0.9，那么线路仍有800 kvar的无功缺口。根据10 kV吕北线无功需求的特点，即线路无功需求峰谷差很大，其中线路配变无功损耗为固定损耗，无功损耗最轻可达320 kvar(配变的励磁电流为4-5)。为最大限度减少投资，对于800 kvar的补偿容量采用了“3+1+4”的容量分配模式，即把100 kVA以上且未装设补偿装置的所有配变按其容量的5%在在低压配电盘母线上共计装设固定补偿电容器300 kvar，在10 kV线路上安装无功自动补偿装置一套，补偿方式采用一定加一动补偿方式，定补容量100 kvar，动补容量400 kvar。2.3 安装地点的选择在线路上安装补偿装置，不但要提高功率因数，最重要是节能降损。如果将补偿装置安装在线路前端，补偿装置的无功负荷仍需通过线路传输给用电设备，无功电流长距离流动同样造成线路损耗，虽能提高线路功率因数，但起不到有效的降损效果。所以安装地点尽量选择在无功负荷中心，尽可能减少线路上的无功电流，以最大限度的实现就地平衡。在10 kV线路上补偿是对线路的某一段进行补偿，由于补偿设备检测的是补偿装置以下的负荷，而检测不到装置电源侧的负荷。所以，只要整条线路不过补，在补偿点是允许过补的。从该线路的单线图上可知，该线路首段有一部分负荷，配变容量1230 kVA，占总配变容量15%，且距变电站较近，这部分负荷所需无功由变电站提供比较经济合理。10 kV吕北线线路较长，大部分工副业变压器是以线路45号杆为中心较为均匀分布，根据无功补偿就近就地平衡的原则，选择在该线路45号杆上安装无功自动补偿装置一套。2.4 10 kV线路自动补偿装置的选用郓城电网在补偿装置的结构设计上采用固定补偿加自动补偿，相当于两级补偿，单杆安装，开关、控制器、避雷器等设备内置于不锈钢箱体内，电容器外置分安装在支架两侧，具有结构紧凑，安装简单，维护量小等特点。采用的补偿装置由全膜高压并联电容器、电容器专用投切真空开关、开启式无线电流传感器和高压无功补偿控制器等组成。电容器专用真空开关与智能型高压无功补偿电脑控制器配套，按线路的无功需求量及功率因数的大小，自动投切电容器，实现对无功量的自动补偿，使电能质量和补偿量达到最佳值。同时还设有延时保护、过压保护、欠压保护、过电流保护、过电流速断保护、拒动保护、机构故障保护、缺相保护、失电保护等保护，以保障并联电容器的安全运行，还可根据需要实现“四遥”通讯功能。3 效益分析郓城县供电公司投资3.5万元在10 kV吕北线安装一套自动补偿装置后，已明显提高了该线路功率因数，该线路负荷高峰期间的功率因数由0.70.75提升至0.880.91，日平均功率因数由原来的0.83提高到0.93。线路功率因数明显提高，线路损耗明显下降，年可节约电量费用15余万元，其静态计算分析如下。3.1 减少电网的有功功率损耗3.1.1降低电力线路的有功功率损耗已知10 kV吕北线的等值电阻R=2.1302 ，线路在小企业生产期间有功平均功率P=2200 kW，补偿前电压U1=9.5 kV，补偿后U2=10.3 kV。那么可得：原线路损耗：P1=P2R/（U1cos1）2=（220022.130210-3）/（9.520.752）=203.1 kW功率因数提高后线路损耗：P2=P2R/（U2cos2）2=（220022.130210-3）/（10.320.92）=120kW线路损耗降低：203.1-120=83.1 kW仅按白天小企业生产期间的负荷计算，年可节约电量83.1kW8365=242652 kWh年可节省损失电费费用：0.55元/ kWh242652 kWh =133458.6元13.35万元。3.1.2 降低变压器的铜损在输送功率P=3UI cos不变情况下，cos提高，I相对降低，配电变压器的铜耗与电流的平方成正比， 那么可知若功率因数从0.75提高至0.9，经计算知，铜耗相当于原来的70%。每月10 kV吕北线铜损约在2万千瓦时，仅按白天小企业生产期间的负荷计算，年可节电2120.330.3=2.38万kWh, 年可节约费用：0.552.38 =1.3万元。3.2 减少电网中的电压损失，提高供电质量电网在进行功率传输时，电流将在线路等阻抗上产生电压损耗U=（PR+QX）/U，采取无功补偿以后，线路传输的无功功率变小，线路电压的损耗将减少。该装置投运后，线路电压由原来的9.5 kV提高到10.3 kV，那么在电压升高8.4%的情况下，经计算知线路可变损失可降低14.9%。3.3 提高电网的输送能力和设备的利用率该装置投运后，在电网视在功率不变的情况下，电网输送的有功功率得到增加，大大节省了设备的容量，提高了设备利用率。4 结论积极鼓励低压用户对电动机等感性负荷配置小电容，真正实现“哪里缺在哪里补，缺多少补多少”的无功就地平衡原则，是今后无功补偿工作的重点。但在目前全面开展这项工作较为困难的条件下，10 kV配电线路装设无功自动补偿装置无疑为实现无功就地平衡提供了一条捷径。上面的分析仅仅是从提高功率因数和改善电压质量的角度计算收益，且只考虑了白天小企业生产期间的负荷，如果综合考虑降低配电网损耗、功率因数调整电费、节约建设投资等方面因素，其综合经济效益和社会效益更加可观。所以，在10 kV配电线路合理装设无功自动补偿装置确是一条投资小、见效快、收益高、切实可行的，能较大幅度提高功率因数、降低线损、提高供电质量的有效途径。参考文献：1 国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原