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浅析10KV配电网的无功补偿

作者：宋德江 韩晓柱

来源：《中国科技纵横》2010年第15期

摘要:由于无功补偿对电网安全、优质、经济运行具有重要作用,合理选择无功补偿方案,提高发输电设备的利用率,对降损节能,改善电压质量意义重大,是电力部门关注的问题。本文重点对配电网常用无功补偿方案、应用技术特点进行分析。 关键字:无功补偿。 1、电力电容器的作用

电力电容器分为串联电容器和并联电容器,它们都改善电力系统的电压质量和提高输电线路的输电能力,是电力系统的重要设备。

1.1 串联电容器的作用:(1)利用电容器容抗xc补偿线路的感抗xl,一般可将线路末端电压最大可提高10%～20%。(2)具有随负荷的变化而瞬时调节的性能,能自动维持负荷端(受电端)的电压值,降低受电端电压波动。(3)由于电容器的补偿电抗xc,线路的电压降落和功率损耗减少,相应地提高线路输电能力。(4)在闭合网络中的某些线路上串接一些电容器,部分地改变了线路电抗,使电流按指定的线路流动,改善了系统潮流分布。(5)当线路故障被部分切除时,系统等效电抗急剧增加,将串联电容器进行强行补偿,临时增加容抗xc,使系统总的等效电抗减少,提高了输送的极限功率(Pmax=U1U2/xl-xc),从而提高系统的动稳定。

1.2并联电容器的作用:并联电容器并联在系统的母线上,它吸收系统的容性无功功率,相当于并联电容器向系统发出感性无功,减少了线路上感性无功的输送,减少了电压和功率损耗,因而提高了线路的输电能力。 2、配电网无功补偿方案比较

配电网无功补偿方案有变电所集中补偿、配电线路集中补偿、变压器低压补偿和用电设备分散补偿。

2.1、变电所集中补偿

变电所集中补偿装置包括并联电容器、静止补偿器等,主要目的是平衡输电网的无功功率,改善输电网的功率因数,提高系统终端变电所的母线电压,补偿变电所主变压器和高压输电线路的无功损耗。应根据负荷的增长安排、设计好变电所的无功补偿容量,运行中在保证电压合格和无功补偿效果最好的情况下,尽可能使电容器组投切开关的操作次数为最少。这些补偿装置一般集中接在变电所10kV母线上,因此具有管理容易、维护方便等优点,但这种补偿方案对10kV配电网的降损不起作用。

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2.2、配电线路集中补偿

大量配电变压器要消耗无功,很多变压器没有安装低压补偿装置,造成的很大无功缺额需要变电所或发电厂承担,大量的无功沿线传输使得配电网的网损居高难下,这种情况下可考虑配电线路无功补偿。

线路补偿既通过在线路杆塔上安装电容器实现无功补偿。由于线路补偿远离变电所,存在保护难配置、控制成本高、维护工作量大、受安装环境限制等问题。因此,线路补偿的补偿点不宜过多;控制方式应从简,一般采用整组投切控制;补偿容量也不宜过大,避免出现过补偿现象;保护也要从简,可采用熔断器和避雷器作为过电流和过电压保护。

线路补偿主要提供线路和变压器需要的无功,工程问题关键是选择补偿地点和补偿容量,线路补偿具有投资小、回收快、便于管理和维护等优点,适用于功率因数低、负荷重的长线路。线路补偿一般采用固定补偿,因此存在适应能力差,重载情况下补偿度不足等问题。 2.3、配电变压器低压补偿

配电变压器低压补偿是目前应用最普遍的补偿方法。由于用户的日负荷变化大,通常采用微机控制、跟踪负荷波动分组投切电容器补偿,总补偿容量在几十至几百千乏不等。目的是提高专用变用户功率因数,实现无功的就地平衡,降低配电网损耗和改善用户电压质量。

配变低压无功补偿的优点是补偿后功率因数高、降损节能效果好。但由于配电变压器的数量多、安装地点分散,因此补偿工程的投资较大,运行维护工作量大。因此要求厂家要尽可能降低装置的成本,提高装置的可靠性。

低压补偿装置安装地点分散、数量大,运行维护是补偿工程需要重点考虑的问题;另外,配电系统负荷情况复杂,系统可能存在谐波、三相不平衡,以及防止出现过补偿等问题。 2.4、用电设备分散补偿

在10kV以下电网的无功消耗总量中,变压器消耗占30%左右,低压用电设备消耗占65%以上。由此可见,在低压用电设备上实施无功补偿十分必要。从理论计算和实践中证明,低压设备无功补偿的经济效果最佳,综合性能最强,是值得推广的一种节能措施。

感应电动机是消耗无功最多的低压用电设备,对于油田抽油机、联合站、转油站等较大容量电动机,应该实施就地无功补偿。与前三种补偿方式相比,能体现以下优点:线损率可减少20%;改善电压质量,减小电压损失,进而改善用电设备启动和运行条件;释放系统能量,提高线路供电能力。

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由于用电设备分散补偿的投资大,确定补偿容量需要进行计算,以及管理体制、重视不够等原因,目前随机用电设备分散补偿的应用情况和效果都不理想。因此,对随机补偿需加强宣传力度,增强节能意识。

根据以上常用无功补偿方案的分析、讨论,可归纳、整理四种补偿方案的特点和基本性能,见表1所示。

电力部门可以根据电网实际情况,进行多种补偿方式有机结合,因地制宜开展10KV电网补偿改造,合理选择无功补偿方案。