配電網(wǎng)無功優(yōu)化
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摘要：當(dāng)今，電力已作為現(xiàn)代社會的主要能源，與國民經(jīng)濟建設(shè)和人民生活有著極為密切的關(guān)系，越來越多的用戶對電壓質(zhì)量提出了更高的要求，如何提高電壓質(zhì)量已經(jīng)成為電力企業(yè)的一個重要目標(biāo)，而其中無功優(yōu)化又是提高電壓質(zhì)量的重要手段。
關(guān)鍵詞：電壓質(zhì)量；配電網(wǎng)；無功補償；線損；優(yōu)化
電壓質(zhì)量是衡量電能的主要質(zhì)量指標(biāo)之一。電壓質(zhì)量對電網(wǎng)穩(wěn)定、電力設(shè)備安全運行以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重大影響，無功則是影響電壓的一個重要因素。對確定規(guī)模的10kV配電網(wǎng)絡(luò)終端系統(tǒng)，無功過剩時一方面會提高系統(tǒng)運行電壓，導(dǎo)致運行中的用電設(shè)備的運行電壓超出額定工況，縮短設(shè)備的使用壽命；另一方面，無功過剩也會影響線路傳輸?shù)陌踩€(wěn)定性，導(dǎo)致系統(tǒng)的輸送容量下降，給電網(wǎng)運行調(diào)度帶來不利的影響。而系統(tǒng)無功不足時，一方面會降低電網(wǎng)電壓，另一方面，電網(wǎng)中傳送的無功功率還增加了電能傳輸時的網(wǎng)絡(luò)損耗，加大了電網(wǎng)的運行成本,電力系統(tǒng)無功潮流分布是否合理，不僅關(guān)系到電力系統(tǒng)向電力用戶提供電能質(zhì)量的優(yōu)劣，而且還直接影響電網(wǎng)自身運行的安全性和經(jīng)濟性。因此，解決好配電網(wǎng)絡(luò)無功補償?shù)膯栴}，優(yōu)化無功，對電網(wǎng)的安全性和降損節(jié)能有著重要的意義。
1無功與線損的關(guān)系
因此合理的選擇無功補償點以及補償容量，能夠有效地維持系統(tǒng)的電壓水平，提高系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，避免大量無功的遠距離傳輸，從而降低有功網(wǎng)損，減少發(fā)電費用。而且由于我國配電網(wǎng)長期以來無功缺乏，尤其造成的線損相當(dāng)大，因此無功功率補償是降損措施中投資少回報高的方案。2配電系統(tǒng)無功補償方案
2.1變電站集中補償方式
針對輸電網(wǎng)的無功平衡，在變電站進行集中補償，補償裝置包括并聯(lián)電容器、電抗器等，主要目的是改善輸電網(wǎng)的功率因數(shù)、提高終端變電站的電壓和補償主變的無功損耗。這些補償裝置一般連接在變電站的10kV母線上，通常無功補償裝置（一般是并聯(lián)電容器組）結(jié)合有載調(diào)壓抽頭來調(diào)節(jié)，通過兩者的協(xié)調(diào)來進行電壓/無功控制，然而操作上還是較為麻煩的，需要運行人員根據(jù)實時電壓及有、無功進行分組投切。并且這種方案對配電網(wǎng)的降損起不到什么作用。
VQC裝置的投入運行能有效地調(diào)節(jié)系統(tǒng)的電壓和做到無功平衡，并減少運行人員日常調(diào)整電壓、投切電容器組的工作量。但是目前一些廠家的電壓無功綜合控制系統(tǒng)仍存在較多的問題，以至于不少的變電站中雖然安裝有VQC裝置，但是實際卻沒有投入運行，或者雖然投入運行，卻存在較大的事故隱患。
2.2桿上補償方式
目前10千伏配網(wǎng)上很大的無功缺口需要由變電站來填補，大量的無功沿線傳輸使得配電網(wǎng)網(wǎng)損仍然居高難下。因此可以采用10kV戶外并聯(lián)電容器安裝在架空線路的桿塔上（或另行架桿）進行無功補償，以提高配電網(wǎng)功率因數(shù)，達到降損升壓的目的。由于桿上安裝的并聯(lián)電容器遠離變電站，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,安裝位置的確定線路出口電壓較高，無需進行補償，線路末端電壓偏低，電容器運行困難，可以將自動補償裝置安裝在距線路電源側(cè)2/3處。如果線路較長，可根據(jù)負荷情況選擇兩處補償點，一處安裝在線路2/5處，另一處在4/5處；（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；（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。主要采用熔斷器和氧化鋅避雷器分別作為過流和過電壓保護。顯然，桿上無功補償主要是針對10kV饋線上沿線的公用變所需無功進行補償，這種補償方式具有投資小，回收快，補償效率較高，便于管理和維護等優(yōu)點，適合于功率因數(shù)較低且負荷較重的長配電線路，但是因負荷經(jīng)常波動而該補償方式是長期固定補償，故其適應(yīng)能力較差，主要是補償了無功基本負荷，在線路重載情況下補償度一般是不能達到0.95。應(yīng)該開發(fā)電容器組能自動投切的桿上自動無功補償技術(shù),可以根據(jù)配網(wǎng)無功潮流分布情況實時補償，達到最佳效果。
2.3用戶終端分散補償方式
《供電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》指出，容量較大，負荷平穩(wěn)且經(jīng)常使用的用電設(shè)備無功負荷宜單獨就地補償。故對于企業(yè)和廠礦中的電動機，應(yīng)該進行就地?zé)o功補償，即隨機補償；針對小區(qū)用戶終端，由于用戶負荷小，波動大，地點分散，無人管理，因此應(yīng)該開發(fā)一種新型低壓終端無功補償裝置，并滿足以下要求：①智能型控制，免維護；②體積小，易安裝；③功能完善，造價較低。
與前面三種補償方式相比，本補償方式將更能體現(xiàn)以下優(yōu)點：①線損率可減少20%；②減小電壓損失，改善電壓質(zhì)量，進而改善用電設(shè)備啟動和運行條件；③釋放系統(tǒng)能量，提高線路供電能力。缺點是由于低壓無功補償通常按配電變壓器低壓側(cè)最大無功需求來確定安裝容量，而各配電變壓器低壓負荷波動的不同時性造成大量電容器在較輕載時的閑置，設(shè)備利用率不高。
3配電網(wǎng)無功優(yōu)化遇到的問題
(1)優(yōu)化的問題。目前無功補償?shù)某霭l(fā)點往往放在用戶側(cè)，只注意補償用戶的功率因數(shù)。然而要實現(xiàn)有效的降損，必須從電力系統(tǒng)角度出發(fā)，通過計算全網(wǎng)的無功潮流，確定配電網(wǎng)的補償方式、最優(yōu)補償容量和補償?shù)攸c，才能使有限的資金發(fā)揮最大的效益。無功優(yōu)化配置的目標(biāo)是在保證配電網(wǎng)電壓水平的同時盡可能降低網(wǎng)損。由于它要對補償后的運行費用以及相應(yīng)的安裝成本同時達到最小化，計算過程相當(dāng)復(fù)雜。
(2)量測的問題。目前10kV配電網(wǎng)的線路上的負荷點一般無表計或部分安裝了負荷測錄儀，人員的技術(shù)水平和管理水平參差不齊，表計記錄的準(zhǔn)確性和同時性無法保證。這對配電網(wǎng)的潮流計算和無功優(yōu)化計算帶來很大困難。要爭取帶專變房的用戶的支持，使他們能按一定要求進行記錄。380V終端用戶處通常只裝有有功電度表，要實現(xiàn)功率因數(shù)的測量是不可能的。這也是低壓無功補償難于廣泛開展的原因所在。
(3)諧波的問題。電容器本身具備一定的抗諧波能力，但同時也有放大諧波的副作用。諧波含量過大時會對電容器的壽命產(chǎn)生影響，甚至造成電容器的過早損壞；并且由于電容器對諧波的放大作用，將使系統(tǒng)的諧波干擾更嚴(yán)重。因而做無功補償時必須考慮諧波治理，在有較大諧波干擾，又需要補償無功的地點，應(yīng)考慮增加濾波裝置。
(4)無功倒送的問題。無功倒送會增加配電網(wǎng)的損耗，加重配電線路的負擔(dān)，是電力系統(tǒng)所不允許的。尤其是采用固定電容器補償方式的用戶，則可能在負荷低谷時造成無功倒送，這引起充分考慮。
綜上所述，10kV配電網(wǎng)的無功補償工作應(yīng)更多地考慮系統(tǒng)的特點，不應(yīng)因電壓等級低、補償容量小而忽視補償設(shè)備對系統(tǒng)側(cè)的影響（包括網(wǎng)損）。如果需降損的線路能基于一個完善的補償方案進行改造，則電力系統(tǒng)的收益將比分散的純用戶行為的補償方式要大得多。
