有關(guān)10kV線路無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法，包括補(bǔ)償點(diǎn)及補(bǔ)償容量的確定、補(bǔ)償位置確定、無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)要求，以及10kV線路無(wú)功補(bǔ)償實(shí)例等，一起來(lái)了解下。
10kV線路無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計(jì)
一、補(bǔ)償點(diǎn)及補(bǔ)償容量的確定
為求出在滿足運(yùn)行約束條件下的最優(yōu)無(wú)功補(bǔ)償容量及位置，本文以年支出費(fèi)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(bǔ)償容量等運(yùn)行限量為不等式約束。
年支出費(fèi)用包括補(bǔ)償設(shè)備的年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)、投資的回收、補(bǔ)償電容的有功損耗和補(bǔ)償后10kV網(wǎng)線損而支付的能損費(fèi)用。
總的有功損耗由兩部分組成：(1)因有功電流的流動(dòng)產(chǎn)生，(2)由無(wú)功電流的流動(dòng)產(chǎn)生。通過在線路上安裝補(bǔ)償電容器，能夠減小無(wú)功電流，從而減小無(wú)功電流的流動(dòng)引起的有功損耗。對(duì)網(wǎng)絡(luò)中除電源節(jié)點(diǎn)外的所有節(jié)點(diǎn)實(shí)施此算法，按照每個(gè)節(jié)點(diǎn)補(bǔ)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(bǔ)償節(jié)點(diǎn)。
此系統(tǒng)利用遺傳算法對(duì)得到候選的補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)來(lái)求解補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)及補(bǔ)償容量 ，補(bǔ)償點(diǎn)只能選在節(jié)點(diǎn)處。
而這些節(jié)點(diǎn)有可能不是最佳補(bǔ)償點(diǎn)，為此系統(tǒng)提出基于非節(jié)點(diǎn)的補(bǔ)償算法，即利用遺傳算法并行尋優(yōu)的特點(diǎn)，在每個(gè)補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)的上接和下接支路中，按電線桿的位置，增加相應(yīng)節(jié)點(diǎn)(稱為非節(jié)點(diǎn))，以節(jié)點(diǎn)與非節(jié)點(diǎn)的電氣距離作為控制變量集，再利用遺傳算法求出最佳補(bǔ)償位置及補(bǔ)償容量。
通過算例分析顯示在不增加無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備費(fèi)用的前提下，這種“非節(jié)點(diǎn)”補(bǔ)償方式能進(jìn)一步提高電壓水平及降低線損。
二、補(bǔ)償位置確定
無(wú)功補(bǔ)償裝置安裝地點(diǎn)的選擇應(yīng)符合無(wú)功就地平衡的原則，盡可能減少主干線上的無(wú)功電流為目標(biāo)。不同電容器組最佳裝設(shè)位置的計(jì)算公式如下：Li=(2i/2n+1)L式中，L為線路長(zhǎng)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(cè)算，根據(jù)實(shí)踐中經(jīng)驗(yàn)，一條線路安裝一臺(tái)無(wú)功補(bǔ)償柜一般安裝在線路負(fù)荷三分之二處。
通過合理配置無(wú)功補(bǔ)償容量，選擇電容器最佳裝設(shè)地點(diǎn)，能改善電壓質(zhì)量，還能降低線路損耗。
一般來(lái)講，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(yùn)行維護(hù)的工作量，同時(shí)也增加了補(bǔ)償設(shè)備的投資成本上升。因此，一般在負(fù)荷分布相對(duì)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(hù)不易配置、控制成本高、維護(hù)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(wú)功優(yōu)化補(bǔ)償必須結(jié)合以下實(shí)際工程要求來(lái)進(jìn)行：
1)補(bǔ)償點(diǎn)宜少，一條配電線路上宜采用單點(diǎn)補(bǔ)償，不宜采用多點(diǎn)補(bǔ)償; 來(lái)自：電工技術(shù)之家
2)控制方式從簡(jiǎn)。桿上補(bǔ)償不設(shè)分組投切;
3)補(bǔ)償容量不宜過大。補(bǔ)償容量太大將會(huì)導(dǎo)致配電線路在輕載時(shí)的過電壓和過補(bǔ)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(bǔ)償電容器組容量應(yīng)控制在150kV及以下;
4)接線宜簡(jiǎn)單。最好是每相只采用一臺(tái)電容器裝置，以降低整套補(bǔ)償設(shè)備的故障率;
5)保護(hù)方式也要簡(jiǎn)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(hù)，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(shí)應(yīng)采用柱上斷路器或負(fù)荷開關(guān)自動(dòng)控制。
三、無(wú)功補(bǔ)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：?jiǎn)涡切停行渣c(diǎn)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(hù)：過流、過流速斷、過電壓、欠電壓、零序、電容器放電時(shí)間禁合。測(cè)量精度:電壓電流±0.5%。
控制功能：功率因數(shù)控制電容器投切。統(tǒng)計(jì)功能：日最高最低電壓、電流、功率因數(shù)，電容器投切前后運(yùn)行數(shù)據(jù)，運(yùn)行電容器運(yùn)行時(shí)間。遠(yuǎn)程通信和抄表：RS485接口，實(shí)現(xiàn)當(dāng)前運(yùn)行數(shù)據(jù)下載、整定值下載修改上傳、遙控投切、統(tǒng)計(jì)記錄下載。本期采用近距離射頻無(wú)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(yùn)行數(shù)據(jù)下載:線路電壓、線路電流、線路無(wú)功、線路功率因數(shù)、三相電容器電流、電容器累計(jì)動(dòng)作次數(shù)、電容器投入時(shí)間、系統(tǒng)時(shí)間;整定值或運(yùn)行參數(shù)下載上傳;遙控投切;電容器投切前后運(yùn)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(shí)間下載。(www.dgjs123.com)
四、10kV線路無(wú)功補(bǔ)償實(shí)例
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(lái)說(shuō)明一下補(bǔ)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(bǔ)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(zhǎng)33.93公里，線路供電半徑9.4公里，主干線路導(dǎo)線為L(zhǎng)GJ-70，其余為L(zhǎng)GJ-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(chǔ)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(wú)功補(bǔ)償，線損率有了一些降低，但線損的絕對(duì)值仍很大，2011年底該條線路的線損率為10.56%。
為了進(jìn)一步降低線損，提高供電質(zhì)量，公司采用戶外高壓無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置。戶外高壓無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置用在10kV線路上，是無(wú)功分散補(bǔ)償?shù)囊环N，由于采用了編碼自動(dòng)投切的方式，可以根據(jù)負(fù)荷的變化自動(dòng)投切電容器，將線路的無(wú)功潮流降到較小的程度，經(jīng)過分析計(jì)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(jì)效益。安裝該裝置后，線路末端電壓有所提高。是一般固定無(wú)功補(bǔ)償不可替代的產(chǎn)品。
1、該裝置主要特點(diǎn)：
⑴根據(jù)線路無(wú)功變化自動(dòng)檢測(cè)、分析計(jì)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(dòng)檢測(cè)并進(jìn)入控制狀態(tài);
⑵采用電壓無(wú)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(wú)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(huì)投電容器造成過補(bǔ)，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(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了分級(jí)、多級(jí)編碼投切，使得高壓線路的無(wú)功補(bǔ)償更為精確;
⑷可通過無(wú)線通訊模塊、GPRS和CDMA等通訊方式實(shí)現(xiàn)近程控制或遙測(cè)遙調(diào)(便于運(yùn)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。控制器根據(jù)電壓互感器和電流互感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)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(lái)自控制器的指令，完成電容器的投切動(dòng)作。戶外跌落式熔斷器對(duì)裝置進(jìn)行短路保護(hù)，一旦裝置有短路故障，跌落式熔斷器立刻跳開，防止對(duì)裝置和線路造成損害。
為了切實(shí)了解戶外高壓無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置的功能和使用方法，我們與供電局的技術(shù)人員進(jìn)行了技術(shù)交流，并針對(duì)該線路的實(shí)際負(fù)荷情況制定技術(shù)方案，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際勘察，針對(duì)此線路較長(zhǎng)，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(diǎn)集中補(bǔ)償。
2011年6月，該線路戶外高壓無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置進(jìn)行了安裝調(diào)試，調(diào)試后即投入運(yùn)行。 設(shè)備投運(yùn)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(wú)功下降了600kVar(該數(shù)據(jù)為投運(yùn)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)讀得)，經(jīng)過半年的試運(yùn)行，設(shè)備運(yùn)行正常，確實(shí)達(dá)到了減少線損，提高供電質(zhì)量的設(shè)計(jì)目的。
五、節(jié)能效益分析
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(wú)功電流，也就能有效減小線損。如果安裝點(diǎn)功率因數(shù)從cosφ1提升到cosφ2 ，安裝點(diǎn)補(bǔ)償后的電壓U2將稍大于補(bǔ)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(wú)功功率是比較大，尤其是運(yùn)行當(dāng)中的變壓器，對(duì)無(wú)功容量的消耗是比較大的，用戶終端的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)也是無(wú)功電能消耗的主要單元，如果10kV線路系統(tǒng)的無(wú)功消耗過多，無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備不合理及不準(zhǔn)確的時(shí)候，對(duì)整個(gè)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(wú)功補(bǔ)償所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益是比較高的，并且應(yīng)該盡量將無(wú)功補(bǔ)償點(diǎn)選在線路終端位置，降低符合無(wú)功功率的損耗，并增強(qiáng)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(jì)效果。
在方案設(shè)計(jì)和配置時(shí)，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(bǔ)償，在此基礎(chǔ)上再采用多點(diǎn)、多級(jí)的高壓無(wú)功補(bǔ)償裝置，即按線路的無(wú)功負(fù)荷分布，設(shè)置2個(gè)或3個(gè)以上的高壓補(bǔ)償點(diǎn)，補(bǔ)償裝置采用單級(jí)容量較小、步長(zhǎng)最短，2級(jí)以上的高壓無(wú)功補(bǔ)償裝置為好。或者通過采用調(diào)整電容器受電電壓的方式來(lái)調(diào)整補(bǔ)償容量(Q=2πfCU2)
通過無(wú)功補(bǔ)償裝置的安裝可行性分析，無(wú)功裝置的安裝是非常必要的，不僅能有效提高線路的補(bǔ)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(jì)效益，增強(qiáng)了10kV線路運(yùn)行的可靠安全性。
在分析其他線路的時(shí)候，也可通過這類計(jì)算公式來(lái)分析線路的無(wú)功補(bǔ)償情況，并對(duì)無(wú)功補(bǔ)償裝置的可行性進(jìn)行分析研究，確定需要補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功裝置型號(hào)，選擇恰當(dāng)?shù)难a(bǔ)償型號(hào)，獲得最大的投資效益，增強(qiáng)電力企業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)能力。
六、管理與維護(hù)
無(wú)功補(bǔ)償裝置安裝后，需要使用筆記本電腦進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)在線動(dòng)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(jìn)行自動(dòng)投切。
還要從變電站觀察補(bǔ)償裝置投、切時(shí)線路上功率因數(shù)和電流是否發(fā)生了變化，達(dá)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(bǔ)和自補(bǔ)容量。是為了做好無(wú)功管理工作的保障，必須編寫詳細(xì)，責(zé)任明確，達(dá)到閉環(huán)管理。要從補(bǔ)償裝置計(jì)劃提出開始，到對(duì)設(shè)備的技術(shù)要求、選型定貨、驗(yàn)收試驗(yàn)、安裝施工、運(yùn)行管理、維護(hù)檢修、拆遷移位等每個(gè)環(huán)節(jié)都要落實(shí)到相關(guān)部門，責(zé)任到人。
1、無(wú)功補(bǔ)償裝置的運(yùn)行情況可以從調(diào)度自動(dòng)化月報(bào)表中或變電站運(yùn)行月報(bào)表中反映出來(lái)。
2、無(wú)功補(bǔ)償裝置是重要電氣設(shè)備之一，應(yīng)該結(jié)合線路運(yùn)行每月檢查一次。
3、使用紅外線測(cè)溫儀測(cè)量電容器外殼溫度(特別是在夏季)，并做好測(cè)量記錄。
4、補(bǔ)償裝置主機(jī)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(shí)進(jìn)行清掃檢查。
