關(guān)于配電網(wǎng)無功補(bǔ)償若干問題的探討
摘要：電網(wǎng)無功補(bǔ)償是一項(xiàng)建設(shè)性的技術(shù)措施,對(duì)電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有重要作用。因此，本文作者結(jié)合目前人們所關(guān)注的電網(wǎng)無功補(bǔ)償問題進(jìn)行了分析和建議。
關(guān)鍵詞：配網(wǎng)，無功補(bǔ)償，分析
1配電網(wǎng)無功補(bǔ)償方案比較
配電網(wǎng)無功補(bǔ)償方案有變電所集中補(bǔ)償(方式1)、配電變壓器低壓補(bǔ)償(方式2)、配電線路固定補(bǔ)償(方式3)和用電設(shè)備隨機(jī)分散補(bǔ)償(方式4)。
1.1變電所集中補(bǔ)償
變電所集中補(bǔ)償裝置包括并聯(lián)電容器、同步調(diào)相機(jī)、靜止補(bǔ)償器等,主要目的是平衡輸電網(wǎng)的無功功率,改善輸電網(wǎng)的功率因數(shù),提高系統(tǒng)終端變電所的母線電壓,補(bǔ)償變電所主變壓器和高壓輸電線路的無功損耗。這些補(bǔ)償裝置一般集中接在變電所10kV母線上,因此具有易管理、方便維護(hù)等優(yōu)點(diǎn),但這種補(bǔ)償方案對(duì)10kV配電網(wǎng)的降損不起作用。
為實(shí)現(xiàn)變電所的電壓/無功綜合控制,通常采用并聯(lián)電容器組和變壓器有載調(diào)壓抽頭協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)。但大量的實(shí)際應(yīng)用表明,投切過于頻繁會(huì)影響電容器開關(guān)和變壓器分接頭的使用壽命,增大運(yùn)行維護(hù)工作量,通常要限制變壓器抽頭調(diào)節(jié)和電容器組操作次數(shù)。采用電力電子開關(guān)控制成本比較高、開關(guān)自身功率損耗也很大,因此變電所高壓電壓/無功綜合控制技術(shù)仍有待進(jìn)一步改善。
鑒于變電所集中無功補(bǔ)償對(duì)提高高壓電網(wǎng)功率因數(shù)、維持變電所母線電壓和平衡系統(tǒng)無功有重要作用,因此應(yīng)根據(jù)負(fù)荷的增長(zhǎng)需要、設(shè)計(jì)好變電所的無功補(bǔ)償容量,運(yùn)行中在保證電壓合格和無功補(bǔ)償效果最好的情況下,盡可能使電容器組投切開關(guān)的操作次數(shù)為最少。
1.2配電變壓器低壓補(bǔ)償
配電變壓器低壓補(bǔ)償是目前應(yīng)用最普遍的補(bǔ)償方法。由于用戶的日負(fù)荷變化大,通常采用微機(jī)控制、跟蹤負(fù)荷波動(dòng)分組投切電容器補(bǔ)償,總補(bǔ)償容量在幾十至幾百千乏不等。目的是提高專用變壓器用戶功率因數(shù),實(shí)現(xiàn)無功的就地平衡,降低配電網(wǎng)損耗和改善用戶電壓質(zhì)量。
配電變壓器低壓無功補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是補(bǔ)償后功率因數(shù)高、降損節(jié)能效果好。但由于配電變壓器的數(shù)量多、安裝地點(diǎn)分散,因此補(bǔ)償工作的投資較大,運(yùn)行維護(hù)工作量大,因此要求廠家要盡可能降低裝置的成本,提高裝置的可靠性。
采用接觸器投切電容器的沖擊電流大,影響電容器和接觸器的使用壽命;用晶閘管投切電容器能解決接觸器投切電容器存在的問題,但明顯的缺點(diǎn)是裝置存在晶閘管功率損耗,需要安裝風(fēng)扇和散熱器來通風(fēng)與散熱,而散熱器會(huì)增大裝置的體積,風(fēng)扇則影響裝置的可靠性。
為解決這些問題,開發(fā)、研制了機(jī)電一體開關(guān)無功補(bǔ)償裝置。該裝置采用固定補(bǔ)償與分組補(bǔ)償結(jié)合,以降低裝置的生產(chǎn)成本;裝置能實(shí)現(xiàn)分相補(bǔ)償,以滿足三相不平衡系統(tǒng)的需要。
機(jī)電開關(guān)控制使裝置既有晶閘管開關(guān)的優(yōu)點(diǎn),又具有接觸器無功率損耗的優(yōu)點(diǎn)。幾千臺(tái)裝置的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行、試驗(yàn)表明,機(jī)電開關(guān)補(bǔ)償裝置體積小、可靠性高,能滿足戶外環(huán)境和長(zhǎng)期工作需要。低壓補(bǔ)償裝置安裝地點(diǎn)分散、數(shù)量大,運(yùn)行維護(hù)是補(bǔ)償工程需要重點(diǎn)考慮的問題;另外,配電系統(tǒng)負(fù)荷情況復(fù)雜,系統(tǒng)可能存在諧波、三相不平衡、出現(xiàn)過補(bǔ)償?shù)葐栴}。
1.3配電線路固定補(bǔ)償
大量配電變壓器要消耗無功,很多公用變壓器沒有安裝低壓補(bǔ)償裝置,造成很大無功缺額需要變電所或發(fā)電廠承擔(dān)。大量的無功沿線傳輸使得配電網(wǎng)的網(wǎng)損居高難下,這種情況下可考慮配電線路無功補(bǔ)償,提出了配電線路無功補(bǔ)償?shù)谋匾院头椒ā?/p>
線路補(bǔ)償是通過在線路桿塔上安裝電容器實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償。由于線路補(bǔ)償遠(yuǎn)離變電所,因此存在保護(hù)難配置、控制成本高、維護(hù)工作量大、受安裝環(huán)境限制等問題。因此,線路補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償點(diǎn)不宜過多;控制方式應(yīng)從簡(jiǎn),一般不采用分組投切控制;補(bǔ)償容量也不宜過大,避免出現(xiàn)過補(bǔ)償現(xiàn)象;保護(hù)也要從簡(jiǎn),可采用熔斷器和避雷器作為過電流和過電壓保護(hù)。
線路補(bǔ)償主要提供線路和公用變壓器需要的無功,工程問題關(guān)鍵是選擇補(bǔ)償?shù)攸c(diǎn)和補(bǔ)償容量。線路補(bǔ)償適用于功率因數(shù)低、負(fù)荷重的長(zhǎng)線路。線路補(bǔ)償一般采用固定補(bǔ)償,因此存在適應(yīng)能力差、重載情況下補(bǔ)償度不足等問題。
1.4用電設(shè)備隨機(jī)分散補(bǔ)償
在10kV以下電網(wǎng)的無功消耗總量中,變壓器消耗占30%左右,低壓用電設(shè)備消耗占65%以上。由此可見,在低壓用電設(shè)備上實(shí)施無功補(bǔ)償
十分必要。從理論計(jì)算和實(shí)踐中證明,低壓設(shè)備無功補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)效果最佳,是值得推廣的一種節(jié)能措施。
與前三種補(bǔ)償方式相比,隨機(jī)補(bǔ)償更能體現(xiàn)以下優(yōu)點(diǎn):①線損率可減少20%;②改善電壓質(zhì)量,減小電壓損失,進(jìn)而改善用電設(shè)備啟動(dòng)和運(yùn)行條件;③釋放系統(tǒng)能量,提高線路供電能力。
由于隨機(jī)補(bǔ)償?shù)耐顿Y大,確定補(bǔ)償容量需要進(jìn)行計(jì)算,以及受管理體制限制重視不夠和應(yīng)用不方便等原因,目前隨機(jī)補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用和效果都不理想。因此,對(duì)隨機(jī)補(bǔ)償需加強(qiáng)宣傳力度,應(yīng)針對(duì)不同用電設(shè)備的特點(diǎn)和需要,開發(fā)研制體積小、造價(jià)低、易安裝、免維護(hù)的智能型用電設(shè)備無功補(bǔ)償裝置。
2無功補(bǔ)償?shù)恼{(diào)壓作用分析
2.1典型實(shí)例的計(jì)算
某工程變電站10kV母線A線路簡(jiǎn)化接線。該線路自變電所端開始一段與B線
為同桿雙回線,其中B線較短些,接有18臺(tái)配電變壓器;而A線路較長(zhǎng),接有31臺(tái)配電變壓器,變壓器總?cè)萘繛?895kVA。
A線路31臺(tái)變壓器容量為50～1000kVA大小不等,為計(jì)算和分析方便,對(duì)實(shí)際的31臺(tái)變壓器就近進(jìn)行了等值處理。根據(jù)變壓器節(jié)點(diǎn)的總?cè)萘?假設(shè)各節(jié)點(diǎn)變壓器在負(fù)載系數(shù)Kf=0.65(相當(dāng)于較大負(fù)荷情況)狀態(tài)下工作,各臺(tái)變壓器均取功率因數(shù)cosφ=0.85,可計(jì)算節(jié)點(diǎn)變壓器和各段線路的有功負(fù)荷;再假設(shè)變電所母線電壓分別為10.5kV和11.4kV,運(yùn)用負(fù)荷矩法可分別計(jì)算不同情況下線路的各節(jié)點(diǎn)電壓。依此方法計(jì)算的幾種結(jié)果如表2所示。
2.2計(jì)算結(jié)果分析
表2中變電所母線電壓10.5kV為負(fù)荷高峰期正常逆調(diào)壓的要求電壓;11.4kV是為保證和滿足線路末端用戶(節(jié)點(diǎn)8和節(jié)點(diǎn)9)母線電壓在額定范圍內(nèi),變電所母線應(yīng)達(dá)到的電壓,也是實(shí)際系統(tǒng)中經(jīng)常需要的運(yùn)行電壓。
按GB1232521990對(duì)供電電壓允許偏差的規(guī)定,10kV及以下三相供電電壓允許偏差為額定電壓的±7%。因此,從表2計(jì)算結(jié)果可以看出:1)該線路依靠正常的分接頭逆調(diào)壓,功率因數(shù)cosφ=0.85時(shí),節(jié)點(diǎn)6到節(jié)點(diǎn)9電壓超標(biāo);功率因數(shù)cosφ=0.95時(shí),節(jié)點(diǎn)7到節(jié)點(diǎn)9電壓超標(biāo)。因此,僅靠變壓器分接頭逆調(diào)壓,不能滿足線路末端用戶的電壓質(zhì)量要求。
2)提高變壓器功率因數(shù),對(duì)該線路電壓有調(diào)節(jié)作用,但只能部分地解決電壓?jiǎn)栴}。
3)變電所電壓提高到11.4kV能滿足末端用戶電壓要求,但變電所母線電壓屬嚴(yán)重超標(biāo)。
會(huì)造成變電所10kV電容器和部分低壓電容器的保護(hù)超過1.1UN(系額定電壓,下同)的定值,迫使無功補(bǔ)償裝置退出運(yùn)行,這將使電網(wǎng)損耗明顯增大。
2.3原因和解決措施
系統(tǒng)電壓?jiǎn)栴}的主要原因是導(dǎo)線截面小、供電半徑大。例如,在線路4.5km范圍內(nèi)(5節(jié)點(diǎn)之前),電壓不會(huì)超標(biāo)。因此,對(duì)更換導(dǎo)線或插入新變電所是解決該線路電壓?jiǎn)栴}的根本措施。
節(jié)點(diǎn)6位置安裝一臺(tái)晶閘管電壓調(diào)節(jié)器(TVR),是解決該線路電壓?jiǎn)栴}的更有效措施。TVR可使節(jié)點(diǎn)6電壓在方案1和方案2基礎(chǔ)上調(diào)高500V,有TVR調(diào)壓的各節(jié)點(diǎn)電壓計(jì)算結(jié)果如表3所示。TVR方案優(yōu)點(diǎn)是一臺(tái)設(shè)備解決全線路的電壓?jiǎn)栴},經(jīng)濟(jì)性顯而易見的。
3產(chǎn)品選型及工程應(yīng)注意的問題
低壓無功補(bǔ)償安裝地點(diǎn)分散、數(shù)量多,且配電網(wǎng)電壓、負(fù)荷情況復(fù)雜。工程中相關(guān)問題考慮不周,不僅影響裝置正常運(yùn)行,也帶來很多維護(hù)、管理等問題,工程問題必須引起重視。
3.1運(yùn)行及產(chǎn)品可靠性問題
與配電變壓器相比,低壓補(bǔ)償裝置的維護(hù)量無疑要高很多;控制系統(tǒng)越復(fù)雜、功能越多,維護(hù)工作量越大。
低壓補(bǔ)償裝置的可靠性決定于開關(guān)和電容器。電容器壽命與工作條件有關(guān),因此裝置的投切開關(guān)是關(guān)鍵。
3.2產(chǎn)品類型和功能選擇問題
對(duì)配電臺(tái)變的補(bǔ)償控制,有多種類型和不同功能的產(chǎn)品可供選擇。城市電網(wǎng)臺(tái)上變壓器多以無功補(bǔ)償為主,很多要求有綜合監(jiān)測(cè)功能。農(nóng)村電網(wǎng)不同場(chǎng)合要求不同,可考慮配電+補(bǔ)償、補(bǔ)償+計(jì)量,特殊用戶可用配電+補(bǔ)償+計(jì)量或補(bǔ)償+綜合監(jiān)測(cè)。
3.3控制量選取和控制方式問題
很多專用變壓器補(bǔ)償裝置根據(jù)電壓控制電容器補(bǔ)償無功量,這種方式有助于保證用戶的電壓質(zhì)量,但對(duì)電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償不可取。若只按電壓的高、低來控制,無功補(bǔ)償量可能與實(shí)際需求相差很大,容易出現(xiàn)無功過補(bǔ)償或欠補(bǔ)償。從電網(wǎng)降低網(wǎng)損角度,取無功功率為控制量是最佳控制方式。
3.4補(bǔ)償效果和補(bǔ)償容量問題
前面實(shí)例分析表明,配電變壓器低壓無功補(bǔ)償可提高功率因數(shù),降低損耗,但只在節(jié)點(diǎn)6配電變壓器裝補(bǔ)償,對(duì)10kV線路降損作用很小。
配電網(wǎng)日負(fù)荷變化大,負(fù)荷性質(zhì)不同,補(bǔ)償容量要求也不同。大量工程實(shí)踐表明,動(dòng)態(tài)補(bǔ)償容量在配變?nèi)萘?0%～30%內(nèi)。同時(shí),對(duì)個(gè)別情況可能需要進(jìn)行特殊處理。
3.5無功倒送和三相不平衡問題
無功倒送會(huì)增加線路和變壓器的損耗,加重線路供電負(fù)擔(dān)。為防止三相不平衡系統(tǒng)的無功倒送,應(yīng)要求控制器檢測(cè)、計(jì)算三相無功和進(jìn)行投切控制。固定補(bǔ)償容量過大,容易出現(xiàn)無功倒送,一般動(dòng)態(tài)補(bǔ)償能有效避免無功倒送。
系統(tǒng)三相不平衡同樣會(huì)增大線路和變壓器損耗。對(duì)三相不平衡較大的負(fù)荷,比如機(jī)關(guān)、學(xué)校等單相負(fù)荷多的用戶,應(yīng)考慮采用分相無功補(bǔ)償裝置。并不是所有廠家的控制器都具有分相控制功能,這是工程必須注意的問題。
3.6諧波影響和電容器保護(hù)問題
諧波影響會(huì)使電容器過早損壞或造成控制失靈,諧波放大會(huì)使干擾更加嚴(yán)重。工程中應(yīng)掌握用戶負(fù)荷性質(zhì),必要時(shí)應(yīng)對(duì)補(bǔ)償系統(tǒng)的諧波進(jìn)行測(cè)試,存在諧波但不超標(biāo)可選抗諧波無功補(bǔ)償裝置,而諧波超標(biāo)則應(yīng)治理諧波。電容器耐壓標(biāo)準(zhǔn)為1.1UN,補(bǔ)償控制器過電壓保護(hù)一般取1.2UN,超過必須跳閘。在實(shí)際工程中,對(duì)電壓較高電網(wǎng)的裝置應(yīng)予以關(guān)注。
總之,由于配電網(wǎng)負(fù)荷、場(chǎng)合的復(fù)雜性,雖然裝置容量小、電壓低,卻有很多值得認(rèn)真分析和思考的問題。特別是臺(tái)變補(bǔ)償在戶外,使用環(huán)境差,工程上應(yīng)給予足夠的重視。
