1.補償點及補償容量的確定

 

    為求出在滿足運行約束條件下的最優(yōu)無功補償容量及位置，本文以年支出費用最小為目標(biāo)函數(shù)，以潮流方程約束為等式約束，以負(fù)荷電壓、補償容量等運行限量為不等式約束。年支出費用包括補償設(shè)備的年運行維護費、投資的回收、補償電容的有功損耗和補償后10kV網(wǎng)線損而支付的能損費用。

 

    總的有功損耗由兩部分組成:

 

    (1)因有功電流的流動產(chǎn)生，

 

    (2)由無功電流的流動產(chǎn)生。

 

    通過在線路上安裝補償電容器，能夠減小無功電流，從而減小無功電流的流動引起的有功損耗。對網(wǎng)絡(luò)中除電源節(jié)點外的所有節(jié)點實施此算法，按照每個節(jié)點補償最佳容量后降低的有功線損，由大到小排列，即可得候選的補償節(jié)點。此系統(tǒng)利用遺傳算法對得到候選的補償節(jié)點來求解補償節(jié)點及補償容量 ，補償點只能選在節(jié)點處。而這些節(jié)點有可能不是最佳補償點，為此系統(tǒng)提出基于非節(jié)點的補償算法，即利用遺傳算法并行尋優(yōu)的特點，在每個補償節(jié)點的上接和下接支路中，按電線桿的位置，增加相應(yīng)節(jié)點(稱為非節(jié)點)，以節(jié)點與非節(jié)點的電氣距離作為控制變量集，再利用遺傳算法求出最佳補償位置及補償容量。通過算例分析顯示在不增加無功補償設(shè)備費用的前提下，這種“非節(jié)點”補償方式能進一步提高電壓水平及降低線損。

 

    2.補償位置確定

 

    無功補償裝置安裝地點的選擇應(yīng)符合無功就地平衡的原則，盡可能減少主干線上的無功電流為目標(biāo)。不同電容器組最佳裝設(shè)位置的計算公式如下：Li=(2i/2n+1)L式中，L為線路長度，n為電容器組數(shù)，Li為第i組電容器的安裝位置，i=1……n通過測算，根據(jù)實踐中經(jīng)驗，一條線路安裝一臺無功補償柜一般安裝在線路負(fù)荷三分之二處。通過合理配置無功補償容量，選擇電容器最佳裝設(shè)地點，能改善電壓質(zhì)量，還能降低線路損耗。一般地說，配電線路上電力電容器安裝組數(shù)越多，降損效果越明顯，但相應(yīng)地增加了運行維護的工作量，同時也增加了補償設(shè)備的投資成本上升。因此，一般在負(fù)荷分布相對均勻的線路上，安裝1組電容器比較好，最多不超過2組。由于桿上安裝的并聯(lián)電容器遠(yuǎn)離變電所，容易出現(xiàn)保護不易配置、控制成本高、維護工作量大、受安裝環(huán)境和空間等客觀條件限制等工程問題。因此，桿上無功優(yōu)化補償必須結(jié)合以下實際工程要求來進行：

 

    (1)補償點宜少，一條配電線路上宜采用單點補償，不宜采用多點補償;(2)控制方式從簡。桿上補償不設(shè)分組投切;

 

    (3)補償容量不宜過大。補償容量太大將會導(dǎo)致配電線路在輕載時的過電壓和過補償現(xiàn)象;另外桿上空間有限，太多的電容器同桿架設(shè)，既不安全，也不利于電容器散熱，線路分散補償電容器組容量應(yīng)控制在150kV及以下;

 

    (4)接線宜簡單。最好是每相只采用一臺電容器裝置，以降低整套補償設(shè)備的故障率;

 

    (5)保護方式也要簡化。主要采用跌落熔斷器和氧化鋅避雷器分別作為過流和過電壓保護，其熔斷器的額定電流按電容器組額定電流的1.43～1.55倍選取;150kVar以上時應(yīng)采用柱上斷路器或負(fù)荷開關(guān)自動控制。

 

    3.無功補償技術(shù)要求

 

    ①泄漏比距：≥24mm/kV。②額定電壓：10.5kV，最高工作電壓：12kV。③接線型式：單星型，中性點不接地。④所有連接：銅排或銅絞線(銅編織線)，引出端子銅材。⑤電容器組帶自放電電阻：電容器組的剩余電壓在5分鐘之內(nèi)由工作電壓降至50V以下，10分鐘之內(nèi)放電完畢。⑥箱體：不銹鋼。⑦鐵構(gòu)件：鍍鋅。⑧投切開關(guān)：高壓真空接觸器。⑨線路用電流互感器：LZKW-10型開啟式。⑩電容器保護：過流、過流速斷、過電壓、欠電壓、零序、電容器放電時間禁合。測量精度:電壓電流±0.5%?？刂乒δ?功率因數(shù)控制電容器投切。統(tǒng)計功能：日最高最低電壓、電流、功率因數(shù)，電容器投切前后運行數(shù)據(jù)，運行電容器運行時間。遠(yuǎn)程通信和抄表：RS485接口，實現(xiàn)當(dāng)前運行數(shù)據(jù)下載、整定值下載修改上傳、遙控投切、統(tǒng)計記錄下載。本期采用近距離射頻無線通訊方式。數(shù)據(jù)管理軟件：具有較完善的設(shè)備管理和通訊、分析、打印功能。包括：運行數(shù)據(jù)下載:線路電壓、線路電流、線路無功、線路功率因數(shù)、三相電容器電流、電容器累計動作次數(shù)、電容器投入時間、系統(tǒng)時間;整定值或運行參數(shù)下載上傳;遙控投切;電容器投切前后運行數(shù)據(jù)下載;日最高最低電壓、電流、功率因數(shù)數(shù)值及出現(xiàn)時間下載。

 

    4.10kV線路無功補償實例

 

    我們現(xiàn)以1條10kV農(nóng)排線路為例，分別從線路現(xiàn)狀、線路分析、設(shè)備選型，節(jié)能分析等方面來說明一下補償效果：該條10kV線路平均負(fù)荷為1270千瓦，最高負(fù)荷2600千瓦，最低負(fù)荷300千瓦，該線路的自然功率因數(shù)cosφ1為0.75，線路上裝設(shè)的固定電容器補償容量為180千乏。

 

    該線路是35kV變電站出線的一條10kV配電線路。該線路全長33.93公里，線路供電半徑9.4公里，主干線路導(dǎo)線為LGJ-70，其余為LGJ-50、LGJ-35，其中以LGJ-35居多。主要以范圍內(nèi)農(nóng)業(yè)排灌、大米加工、蔬菜冷儲用電和居民生活用電為主，夏秋季負(fù)荷較重，且晝夜及農(nóng)灌期間負(fù)荷變化大，雖經(jīng)更換導(dǎo)線增加導(dǎo)線截面，安裝分散式固定無功補償，線損率有了一些降低，但線損的絕對值仍很大，2011年底該條線路的線損率為10.56%。

 

    為了進一步降低線損，提高供電質(zhì)量，公司采用戶外高壓無功自動補償裝置。戶外高壓無功自動補償裝置用在10kV線路上，是無功分散補償?shù)囊环N，由于采用了編碼自動投切的方式，可以根據(jù)負(fù)荷的變化自動投切電容器，將線路的無功潮流降到較小的程度，經(jīng)過分析計算，將其安裝在適當(dāng)位置，可使線路損耗明顯降低，用較少的投資，收到可觀的經(jīng)濟效益。安裝該裝置后，線路末端電壓有所提高。是一般固定無功補償不可替代的產(chǎn)品。

 

    1)該裝置主要特點：

 

    ⑴根據(jù)線路無功變化自動檢測、分析計算、控制電容器的投切，當(dāng)系統(tǒng)停電后再次送電設(shè)備自動檢測并進入控制狀態(tài);

 

    ⑵采用電壓無功綜合控制，比功率因數(shù)控制更科學(xué)更準(zhǔn)確(有些線路無功很小但功率因數(shù)卻很低，如果采用功率因數(shù)控制就會投電容器造成過補，也可能出現(xiàn)末端電壓“翹辮子”或電網(wǎng)諧振等危害)。

 

    ⑶ 率先在國內(nèi)實現(xiàn)了分級、多級編碼投切，使得高壓線路的無功補償更為精確;

 

    ⑷可通過無線通訊模塊、GPRS和CDMA等通訊方式實現(xiàn)近程控制或遙測遙調(diào)(便于運行管理和數(shù)據(jù)采集)。

 

    2)結(jié)構(gòu)和工作原理

 

    裝置結(jié)構(gòu)主要由電容器、控制器、真空接觸器、電壓互感器和電流互感器、濾波裝置、戶外跌落式熔斷器六部分組成?？刂破鞲鶕?jù)電壓互感器和電流互感器的實時數(shù)據(jù)進行處理和判斷，控制電容器的投切。真空接觸器接收和執(zhí)行來自控制器的指令，完成電容器的投切動作。戶外跌落式熔斷器對裝置進行短路保護，一旦裝置有短路故障，跌落式熔斷器立刻跳開，防止對裝置和線路造成損害。

 

    為了切實了解戶外高壓無功自動補償裝置的功能和使用方法，我們與供電局的技術(shù)人員進行了技術(shù)交流，并針對該線路的實際負(fù)荷情況制定技術(shù)方案，同時現(xiàn)場實際勘察，針對此線路較長，分支負(fù)荷較大，負(fù)載的自然功率因數(shù)較低的情況，確定采用兩點集中補償。

 

    2011年6月，該線路戶外高壓無功自動補償裝置進行了安裝調(diào)試，調(diào)試后即投入運行。 設(shè)備投運后，從變電站到線路出口的功率因數(shù)明顯提高，由 0.75提高到 0.95、線路末端電壓升高了200V、線路無功下降了600kVar(該數(shù)據(jù)為投運時現(xiàn)場讀得)，經(jīng)過半年的試運行，設(shè)備運行正常，確實達到了減少線損，提高供電質(zhì)量的設(shè)計目的。

 

    5.節(jié)能效益分析

 

    我們知道線損和電流的平方成正比。輸電線上的電流越大，線路損失就越大，如果我們在不改變電網(wǎng)輸送能力的前提下，提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，就能夠有效的減小輸電線上的無功電流，也就能有效減小線損。如果安裝點功率因數(shù)從cosφ1提升到cosφ2 ，安裝點補償后的電壓U2將稍大于補償前電壓U1，為分析問題方便，可認(rèn)為U2≈U1=U，則當(dāng)線路上的電流減少為I`。

 

    在10KV線路系統(tǒng)當(dāng)中，各類非線性電力設(shè)備消耗無功功率是比較大，尤其是運行當(dāng)中的變壓器，對無功容量的消耗是比較大的，用戶終端的感應(yīng)電動機也是無功電能消耗的主要單元，如果10kV線路系統(tǒng)的無功消耗過多，無功補償設(shè)備不合理及不準(zhǔn)確的時候，對整個線路系統(tǒng)的功率因數(shù)均有影響，不能維持線路的高質(zhì)量輸送水平，使得電能消耗較多。在10kV線路電網(wǎng)當(dāng)中，無功補償所帶來的經(jīng)濟效益是比較高的，并且應(yīng)該盡量將無功補償點選在線路終端位置，降低符合無功功率的損耗，并增強功率因數(shù)，有效降低線路損耗，這樣可取得較為明顯的經(jīng)濟效果。

 

    在方案設(shè)計和配置時，應(yīng)充分考慮負(fù)荷的變化和分布，一方面首先要做好用戶低壓側(cè)就地集中補償，在此基礎(chǔ)上再采用多點、多級的高壓無功補償裝置，即按線路的無功負(fù)荷分布，設(shè)置2個或3個以上的高壓補償點，補償裝置采用單級容量較小、步長最短，2級以上的高壓無功補償裝置為好?；蛘咄ㄟ^采用調(diào)整電容器受電電壓的方式來調(diào)整補償容量(Q=2πfCU2)

 

    通過無功補償裝置的安裝可行性分析，無功裝置的安裝是非常必要的，不僅能有效提高線路的補償容量，降低線路能量的消耗，還能用較少的資金投入獲得較大經(jīng)濟效益，增強了10kV線路運行的可靠安全性。在分析其他線路的時候，也可通過這類計算公式來分析線路的無功補償情況，并對無功補償裝置的可行性進行分析研究，確定需要補償?shù)臒o功裝置型號，選擇恰當(dāng)?shù)难a償型號，獲得最大的投資效益，增強電力企業(yè)綜合競爭能力。

 

    6. 管理與維護

 

    無功補償裝置安裝后，需要使用筆記本電腦進行現(xiàn)場在線動態(tài)管理，調(diào)出歷史資料，查看裝置是否按照設(shè)置方式和參數(shù)進行自動投切。還要從變電站觀察補償裝置投、切時線路上功率因數(shù)和電流是否發(fā)生了變化，達到預(yù)期的效果。如不理想，應(yīng)該分析原因，調(diào)整設(shè)置參數(shù)，甚至調(diào)整定補和自補容量。是為了做好無功管理工作的保障，必須編寫詳細(xì)，責(zé)任明確，達到閉環(huán)管理。要從補償裝置計劃提出開始，到對設(shè)備的技術(shù)要求、選型定貨、驗收試驗、安裝施工、運行管理、維護檢修、拆遷移位等每個環(huán)節(jié)都要落實到相關(guān)部門，責(zé)任到人。

 

    (1)無功補償裝置的運行情況可以從調(diào)度自動化月報表中或變電站運行月報表中反映出來。

 

    (2)無功補償裝置是重要電氣設(shè)備之一，應(yīng)該結(jié)合線路運行每月檢查一次。

 

    (3)使用紅外線測溫儀測量電容器外殼溫度(特別是在夏季)，并做好測量記錄。

 

    (4)補償裝置主機套管、電容器套管、絕緣子、跌落式熔斷器、避雷器及支架等，應(yīng)結(jié)合每年春防、秋防停電時進行清掃檢查.

 

    源于科技，創(chuàng)新不止。襄陽源創(chuàng)電氣有限公司電話：13507271573.