无功补偿装置在10kV配电网节能工程中的应用

1、无功补偿装置在10kV配电网节能工程中的应用解丽君(华北电力大学,内蒙古 包头 014030摘要:文章首先分析了无功补偿装置在10kV配电网系统节能降损工程中带来的降低系统线损和节能电能效果,并对10kV配电网无功补偿综合经济效益进行了详细探讨。关键词:无功补偿;10kV配电网;节能降耗中图分类号:TM714 文献标识码:A 文章编号:1009-2374-(201112-0071-02配电网是电力系统中电能传输、分配调度的重要网络系统,同时也是连接发电厂、高压输配电网络、以及终端电力用户的重要环节。由于10kV中低压配电网作为配电线路末端直接与终端电力用户相连,其运行可靠性、节能经济性直接影响

2、到电力企业电能供应的综合服务水平。加上用户对电能容量和供电可靠性要求的不断提高,用户对10kV中低压配电网运行的安全、经济、以及优质服务等方面也提出了更高的要求。随着10kV配电网中变频调压装置、整流设备等非线性感性负荷容量的不断增加,配电网系统运行环境也变得越来越复杂。从大量文献资料和实际工作经验可知,由于系统非线性负荷容量的不断增加,配电网在正常运行时其无功功率需求总量要比有功功率需求量大,即假设配电网系统的综合发电负荷容量为100%,则配电网在进行电能传输、分配调度、以及使用过程中的无功功率总需求将会达到130%。而配电网中很多发电机的运行功率因数一般都在0.8以上,也就是说配电网系统中

3、仅靠发电机自身电能生产过程中产生的无功容量将不能满足配电网和系统所用用电负荷对无功容量的需求;同时无功在远距离传输过程中,会在变压器、输配电线路电抗和电阻等因素作用下,不仅会产生相应无功容量损耗,同时还会产生较大的有功容量损耗,这样势必会使系统产生较大的电压降,因此为了提高配电网运行经济可靠性,10kV中低压配电网通常采用无功负荷就地集中补偿和负荷区分散补偿措施,以提高系统综合运行工况水平,达到节能降耗经济运行的目的。一、无功补偿实现配电网节能降损为了10kV中低压配电网运行可靠性、经济性、以及适应系统无功负荷容量不断增长的要求,在配电网系统中应该预留足够多无功容量作为系统备用容量,以确保整个

4、系统中所有无功功率源发出的无功容量能够与系统负荷无功容量和无功损耗总要求间保持平衡,从而保证整个系统供电电压的稳定。从大量文献资料和实际工作经验可知,若10kV中低压配电网中无功容量过大,则会使配电网中某些用电负荷节点出现运行电压降低的现象,按照系统输送有功功率来分析,则相应会使系统电能输送电流增大,这样就会导致系统线损增大;而当系统无功容量不足时,就会导致系统功率因素降低,系统电压波动较大,大大降低了系统供电电能综合服务水平,因此通过合理的配电网无功优化控制策略,保证10kV配电网系统有功和无功间动态平衡,来达到降低系统线损、节约电能等目的。(一提高电气设备电能综合转换效率众所周知10kV配

5、电网在运行时,其输电线路和配电变压器由于内部强烈的电磁环境作用下,会消耗一定电能转换成热能,也就是说电能在这些元件中传输不可能达到100%的效率,产生热量的多少主要取决于通过这些元件的电流或视在功率的大小。采用并联电容器对整个10kV配电网进行优化控制,这样就可以减少流过输电线路、变压器等电气设备的电流值,降低线路、变压器等在运行过程中产生的有功损耗,提高电能的综合转换效率。10kV配电网加入无功补偿装置后的优化控制示意图如图1所示:图 1 10kV配电网无功优化控制示意图从图1可知,在系统输送容量不变的前提下,当 2011.0471 2011.047210kV配电网在投入并联电容器前,其视在

6、功率为OB,相应有功功率为OA,功率角为1;而在投入并联电容器后,系统视在功率会动态调节到OD,相应有功功率为OC,功率角为2;从投入并联电抗器无功优化控制示意图可知,系统投入并联无功补偿电容后,系统有功功率和功率因素cos 有了很大增加,从而大大增加了配电网变压器和线路的电能转换效率。(二提高配电网系统供电电压质量水平引起配电网供电电压发生变化的主要因素是由于系统有功和无功容量间不平衡引起,可近似认为电压降落的纵分量决定了系统电压波动的大小,也就是线路网系统的电压波动又可以近似表示为:UXQ Q U c ( (2从式(2可知,当采用容量为c Q 的无功补偿电容器对系统进行补偿后,可以有效降低

7、配电网系统的电压波动值,从而有效改善系统运行电压综合质量水平。(三减少电费支出作为终端电能用户,减少电费支出通常有两种措施,一是通过内部电气设备控制保护等系统优化,降低系统有功功率损耗,达到节约电费的目的;另一方面还可以利用无功补偿装置来维持配电网电能供应综合质量水平,提高电能转换率达到节能降耗的目的,同时供电企业还对功率因素较高的电能用户采取优惠电费政策,从用户可以合理利用“功率因数调整电费办法”减少电费支出,达到节能降耗、节省电费支出的目的。二、10kV 配电网无功补偿综合经济效益分析10kV配电网系统中的各种非线性变配电设备,是系统中重要的无功功率消耗单位,其中变压器在运行过程中所消耗的

8、无功容量最大;在电力用户终端,非线性感应电动机是最为主要的无功容量消耗单元。所以供、用电设备在运行过程中所消耗的总无功容量在10kV配电网系统中无功容量中所占比重较大。因此,当10kV配电网系统中无功消耗过大,系统中相应无功补偿设备补偿不足、不准确、不合理等,均会导致整个配电网系统功率因数发生下降,从而无法维持系统供电电能综合质量水平,从而造成供配电网电压发生降低,电能损失增多。(一补偿模式经济当量分析在10kV配电网系统,通常分为高压集中补偿、10kV线路补偿、0.4kV低压集中补偿、以及随器补偿等多种模式。假设变电站系统的一次侧为无功经济补偿当量的一个零值点,这通过相应计算可以获得不同补偿

9、模式下的经济当量比对表如表1所示:表 1 10kV 配电网系统不同无功补偿模式经济当量从表1可知,采用随机补偿所带来的经济当量在所有补偿模式中最高,其次是配电变压器的随器补偿和低压集中能够补偿,也就是10kV配电网系统中,由于其低压等级相当其它高压电压等级较低,因此其在进行线路补偿和高压集中补偿对整个配电网系统无功节能优化所带来的经济效益不是很明显,也就是说10kV 配电网系统其无功补偿点选择在配电网的末端位置较好,其取得的经济效益也较为明显。(二补偿模式单位投资经济效益分析不同补偿模式,其对补偿装置设备容量、类型等均不相同,从大量实际工作经验可知,不同无功补偿模式下其单位容量的综合投资经济效

10、益情况大致如表2所示:表 2 不同补偿模式单位容量综合投资费用从表2可知,10kV配电网系统电动机随机补偿和低压配电变压器随器补偿模式的单位容量综合投资费用最低,大约在34元/kvar。从10kV配电网系统的实际运行情况来看,低压分散补偿模式其综合投资比高压集中补偿要少,同时其补偿节能降耗经济效益十分显著,减少了无功容量的远距离传输到来的巨大损耗。因此,对于10kV配电网系统而言应按照以低压变配电台区为单位,对整个变压器终端电力负荷容量、类型等进行完善统计分析,并结合配电网实际结构特性,以电动机随机补偿和低压变压器随器补偿为主要无功补偿模式,辅助变电站高压集中补偿和线路集中补偿等多种模式,从而构筑完善的10kV配电网无功补偿优化策略,从而达到10kV配电网系统节能降耗的目的。三、结语无功补偿装置可以有效提高10kV配电网系统运行安全性、可靠性、经济性,使整个系统达到节能降耗高效运行的目的,具有非常大的工程实际应用前景。参考