全球经济、科技快速发展下, 电力系统及其自动化控制技术也更为完善。为了进一步延长电气设备的使用寿命, 就必须为电源电压的稳定性提供保障。而在电力系统运行中无功功率的调节这一问题十分关键, 它能对整个系统的功率因素、电荷平衡及电压水平时刻造成影响。而随着人们不断提高的生活质量, 对于用电的需求也在不断提升, 这也就使得整个电力系统的负荷增加, 相应的也增加了无功功率。
一、无功功率平衡
电力系统中, 与有功功率一样, 无功功率也需保持平衡, 其负载需求的感性无功功率jQL的补偿主要来自于电网中调相机、发电机、并联电容器、静止无功补偿器等无功电源发出的容性无功功率-j Qc。对于电网电压与线损而言, 无功补偿与无功平衡极其关键, 能对电网经济与运行的安全可靠性造成直接影响。
无功补偿应以分级就地平衡、电压便于调整的原则为根据展开配置。高压与低压补偿相结合, 主要采用低压补偿;集中与分散补偿相结合, 主要采用分散补偿;调压与降损相结合, 主要采用降损。同时, 还需同步于配电网建设改造工程的规划、设计、施工及投运。
二、配电网无功补偿基本原理
正弦交流电路中, 复阻抗Z、电抗元件Xl-Xc和电阻R之间的关系可由下图1表示。当若电抗元件并未存在于负载中时, 电压与电流之间构成同相位角, 而无功功率则不会存在于该情况下的负载中[1]。而若是仅有感性元件存在于负载中时, 负载中也就会消耗无功功率;而若是仅有容性元件存在于负载中时, 负载中就会产生无功功率。
功率因数代表的是复阻抗角的余弦函数cosϕ。对于功率因数来说, 负载性质是其主要决定因数, 与电源电压及电流大小无关, 但与电源频率有关。电力网需负担有功与无功功率, 但是功率因数的表示可以采用 , 即有功功率与视在功率的比值。当有功功率P处于不变, 且无功功率Q不断增长时, 那么功率因数cosϕ就会呈现出不断下降的趋势, 视在功率S则会呈现出不断上升的趋势[2]。由于功率因素Q始终都在下降, 而若是想保持设备的正常运转, 发电与输电设备容量的扩增是必须落实的, 而在扩增容量之后就会有更大的电力系统损耗形成, 这也变相的增加了投资成本。
无功补偿技术以往的方法是以并联感性负载、电容器为主。通过无功补偿能够进一步提高电网功率因素, 而若想推动该目标的实现, 就必须确保原负载工作状态保持不变, 也就是保持负载上增添的电压与负载有功功率状态的一致性。然而在具体的无功补偿中, 对于系统的有功功率在补偿电路增添后也必须确保保持不变的状态。
三、电网无功补偿效益分析
(一) 无功补偿经济当量
线路补偿前有功功率损耗为: ;加装补偿容量之后, 有功功率损耗有功损耗减小
无功经济当量的意义在于线路投入单位补偿容量时, 有功损耗减小值, 也就是:
式中, 代表Q个单位无功功率通过线路时, 由线路等效电阻R引起的损耗 (KW) ;CQ代表单位无功功率通过线路时, 由线路等效电阻R引起的损耗 (KW) ; 代表无功功率相对降低值, 即补偿度。
依据上述公式得知, 补偿容量越大, 对减小有功功率损耗的作用也越小。当功率因素与1更近时, 无法发挥出明显的降损效果。因此, 补偿度在0.9～0.95的功率因素时最经济。
(二) 降损效益分析
正常情况下电能损耗降低 (即供电企业购电量减少) , 此值与购电单价乘积为省下的购电费支出, 即:Fc=Fs+Fg=∆As⋅a+∆Ag⋅β。其中Fc代表降损总收益 (万元) ;Fs代表售电收入 (万元) ;Fg代表购电费 (万元) ;∆As代表增加的售电量 (万kWh) ;a代表售电单价;∆Ag代表减少的购电量;β代表购电单价。
四、无功优化补偿
线路与变压器损耗是主要的电网线损, 故而配电网降损节能实质上便是优化电网中的各个电力线路与变压器。无功优化主要是在对无功潮流分布进行调整的基础上将网络有功功率的损耗降低, 并将电压水平维持在最优状态。在城乡电网建设与改造相结合的前提下, 对配电网展开无功优化补偿, 以便将电网高压综合线损率控制在10%以内, 并控制低压线损率不超过12%。
(一) 配电线路分散补偿
配电线路分散补偿主要就是说在负荷重、功率因素低、供电距离远的10kV架空线路上, 通过分散安装的方式安装一定容量的高压并联电容器, 通过这类方式对线路上感性电抗消耗的无功功率及配电变压器励磁无功功率损耗进行补偿, 同时也能实现线路末端电压的提升。
确定安装位置及补偿容量:在安装无功补偿装置前选择地点时, 应遵循无功就地平衡原则, 以主干线上武功电流尽量减少为目标。通常情况下, 针对均匀分布无功负荷的配电线路安装位置及补偿容量是以 (其中n是不小于1的整数) 规则为主, 将最优补偿方案求出[3]。由于无功补偿装置运行维护、补偿效益等相关内容因素存在的缘故, 所以沿线无功补偿点最多不能超过二处, 最佳应控制在一处, 可在主干线及较大分支线上直接进行连接, 而针对补偿点容量来说, 每个都应控制在100~150kvar范围内。
针对配电线路无功补偿来说, 需合理控制其容量, 同时在线路负荷低谷时, 需要避免有补偿向系统倒送无功的情况出现。线路上负荷的不同分布状况及不同的安装地点, 具体位置应以负荷分布特点与容量大小为根据进行计算、明确, 如下表1所示。
(二) 配电变压器随器补偿
配电变压器随器补偿指的是在配电变压器低压侧直接安装低压补偿电容器, 通过与配电变压器同投同切, 对配电变压器自身损耗的励磁无功功率和感性用电设备损耗的无功功率进行补偿。容量不低于30kVA的配电变压器可就地补偿, 就地平衡无功, 具有一定的降损节能作用。然而, 仅在个别实行功率因数调整的不低于100kVA的城网公用变中安装补偿电容器, 基本上未对农村综合变进行无功补偿, 如此一来就会有补偿电容器安装容量不足的情况出现, 而电网会有更大的无功缺额需求, 最终会使配电网功率因数变低, 出现严重的无功损耗。
而在选择无功补偿装置的容量时, 应以具体负荷水平为根据, 并遵循功率因数提高的要求合理进行配置。由于无功补偿容量会因负荷的变化而产生变化, 故而配电变压器随器补偿方式因以负荷的变化而调整, 也就是说配电变压器随器补偿方式应采用无功自动补偿装置, 对部分电容器组自动投切, 追求补偿功率因数的最佳化[4]。针对不低于100kVA的配电变压器应以无功补偿微机监测及自动投切装置为主, 通过对无功自动补偿装置功率因数整定值的合理调整, 确保低压电网下无功功率的就地平衡。
五、无功补偿应注意事项
其一, 当线路分散补偿电容器容量不超过150kvar时, 跌落式熔断器可发挥控制与保护的作用, 在选取熔断器额定电流时应参考电容器组具体额定电流值的1.43~1.55倍;而在其容量超过150kvar时, 则应以柱上断路器或负荷开关自动控制为主。
其二, 当线路非全相运行时, 会有铁磁谐振引发过电压与过电流进而对电容器、变压器造成损害的情况发生, 为了避免该情况, 线路分散补偿电容器组不应架设在与配电变压器相同的位置, 跌落式熔断器的使用也不能为同一组。
其三, 无功补偿电容器回路上, 可进行适当参数的阻尼式限流器或串联电抗器的装设, 以此对电容器容抗与系统感抗匹配而产生的谐振进行控制, 进而对高次谐波电流进行控制。其四, 应尽量控制补偿电容器中性点直接接触地面, 并且针对电容器某相贯穿性击穿导致的线路相间短路也必须尽量控制;在安装配电变压器随器补偿时, 主要采用的方式应以杆架式为佳, 同时以1.2m的距离控制补偿装置箱与地面的间距。
六、结语
10kV配电线路由于是以单项辐射型供电这一方式为主, 故而该线路有随季节变化而产生负荷变化这一特点普遍存在, 其配电变压器平均负荷率低、具有较大的无功功率消耗, 这也是其功率因数偏低的原因之一, 会有电力资源浪费的情况出现。本文黎姿与无功功率平衡角度, 通过分析无功优化补偿, 并采取配电线路分散补偿、配电变压器随器补偿的方式, 为降损节能的效果提供保障, 进而推动配电网经济效益的提升。
摘要：10kV配电网通常都会有供电质量差、线损大及功率因数低等缺点存在, 甚至有个别会有不合理的电网结构、较低的配电变压器负载率等问题, 使得网络功率因数变化十分频繁, 同时也加大了电网线损率。鉴于此, 本文入手于配电网无功补偿基本原理, 从无功功率平衡角度出发, 对无功优化补偿进行了探讨, 并提出了无功补偿应注意事项, 以便获得更好的降损节能效果, 推动配电网经济效益的提升。
关键词：10kV配电网,无功功率平衡,优化补偿
参考文献
[1] 王先勇, 陈建党.农村10Kv配电网无功补偿优化研究[J].中国科技博览, 2015 (48) :353.
[2] 张文龙.浅谈10kV配电系统无功功率补偿[J].数字化用户, 2017 (18) .
[3] 王腊梅.关于配电网的无功优化探讨研究[J].商品与质量, 2016 (23) .
[4] 柏国茂.刍议农村10kV配电网无功补偿优化[J].工程技术:全文版, 2016 (6) :00174.