無(wú)功補(bǔ)償裝置在10kV配電網(wǎng)的應(yīng)用

周勝峰

電力系統(tǒng)中的無(wú)功功率是一個(gè)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，供用平衡。我局的10kV配電線路所帶的負(fù)荷季節(jié)性很強(qiáng)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)排灌期感性負(fù)載大。經(jīng)常出現(xiàn)無(wú)功不足，功率因數(shù)下降，導(dǎo)致電網(wǎng)電網(wǎng)輸送的無(wú)功電流加大，線損增加、系統(tǒng)電壓降低、負(fù)載設(shè)備出力下降，一尺來(lái)維持能量轉(zhuǎn)換的守衡。為使電網(wǎng)中的無(wú)功電流最小，最好的辦法是在電網(wǎng)中無(wú)功負(fù)荷存在的各個(gè)環(huán)節(jié)配置無(wú)功電源。從而減少電網(wǎng)中的無(wú)功電流，減少網(wǎng)損，提高設(shè)備效率。無(wú)功功率的平衡應(yīng)按照“全面規(guī)劃、合理布局、分級(jí)補(bǔ)償”的原則進(jìn)行，采用集中與分散相結(jié)合，以分散補(bǔ)償為主，調(diào)壓與降損相結(jié)合，以降損為主。為此，我局在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用電設(shè)備的投運(yùn)前要求用戶加裝無(wú)功補(bǔ)償裝置，同事我局也根據(jù)負(fù)荷的變化進(jìn)行無(wú)功裝置的投切，取得了較好的效果。

1 我縣農(nóng)網(wǎng)無(wú)功平衡現(xiàn)狀分析

慶安縣電網(wǎng)子1998以來(lái)進(jìn)行了系列改造、農(nóng)網(wǎng)升級(jí)工程、技改項(xiàng)目等電力建設(shè)。土地整理、水利工程建設(shè)、農(nóng)民自建提水線路等。通過(guò)使用JP柜或無(wú)功補(bǔ)償箱和自動(dòng)補(bǔ)償柜等方式，基本解決了0.4kV層面的變壓器隨器補(bǔ)償，通過(guò)安裝10kV線路無(wú)功補(bǔ)償電容器，基本解決了10kV層面的線路補(bǔ)償。這兩個(gè)層面的武功不補(bǔ)償設(shè)備的設(shè)置，是按照“分級(jí)、就地”的原則，單點(diǎn)補(bǔ)償容量小，一般在實(shí)際千乏到幾百千乏之間。我局在農(nóng)網(wǎng)中無(wú)功潮流最集中地環(huán)節(jié)是60kV變電站。我局共有60kV變電站12座，主變?nèi)萘?42100kVA/17臺(tái)。平均單臺(tái)容量在6300kVA以上，大負(fù)荷時(shí)，全部主變負(fù)荷率達(dá)到100%以上，可見(jiàn)我局負(fù)荷的特殊性，故主變本身就是個(gè)容量很大的感性負(fù)載，小號(hào)的無(wú)功公率相應(yīng)較大。另外。10kV層面的配電線路分散補(bǔ)償不能完全平衡掉線路上的無(wú)功需求，每個(gè)60kV變電站都有幾條出線，0.4kV的感性負(fù)載的增加，這些無(wú)功需求疊加在一起集中到變電站10kV母線側(cè)，數(shù)值可達(dá)幾千千乏。無(wú)功功率的增加，大大的增加了線路的損耗，電壓降曾大，導(dǎo)致用電設(shè)備出力不足，嚴(yán)重的導(dǎo)致設(shè)備燒毀。

2 60kV變電站的集中無(wú)功補(bǔ)償裝置分析

我局對(duì)60kV變電10kV母線側(cè)的集中無(wú)功補(bǔ)償都是按照20～30%的集中補(bǔ)償裝置，然而，這些集中補(bǔ)償裝置均是固定容量不分組或簡(jiǎn)單分為兩組，這也是問(wèn)題所在。這幾千千乏的集中補(bǔ)償設(shè)備，均是手動(dòng)投切的，要么不投切，要么投上一組就是一半或是全部無(wú)功容量。根據(jù)我局的季節(jié)性負(fù)荷的特點(diǎn)，我們?cè)谄桨沧冸娝惭b了一套“有級(jí)調(diào)壓式動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)”器工作原理是采用特種自耦調(diào)壓變壓器與又在分接開(kāi)關(guān)配合，實(shí)現(xiàn)若干檔自動(dòng)調(diào)壓，從而調(diào)節(jié)輸出的無(wú)功功率。此裝置在我局的應(yīng)用過(guò)程中，效果相對(duì)固定模式的補(bǔ)償電容器組，補(bǔ)償?shù)男Ч茫ㄗh采納此種形式。但是這種模式不是真正的動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償模式。

在當(dāng)前廣泛采用的補(bǔ)償模式下，補(bǔ)償設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行中經(jīng)常工作在下面幾種狀態(tài)：比如城東變單組裝置2000kVar，在某一個(gè)時(shí)間段需要補(bǔ)充1000KVarde無(wú)功。可供選擇的方案只有兩種，其一，不投入補(bǔ)償設(shè)備，欠補(bǔ)運(yùn)行，導(dǎo)致無(wú)功負(fù)荷需穿越主變到60kV線路，并向上到上級(jí)變電站。導(dǎo)致主變輸出能力減小、運(yùn)行效率低、損耗增加，線路線損增加、上級(jí)變電站無(wú)功負(fù)荷增加；其二，投入補(bǔ)償設(shè)備，則過(guò)補(bǔ)運(yùn)行，致使無(wú)功過(guò)剩，向上一級(jí)返送，使主變二次電壓升高、系統(tǒng)設(shè)備絕緣壽命降低，主變輸出能力降低，運(yùn)行效率降低，主變、線路損耗降低。

由此可見(jiàn)，上述補(bǔ)償模式是最適合大型工廠、企業(yè)變電集中補(bǔ)償?shù)姆绞健４笮凸S、企業(yè)的負(fù)荷特點(diǎn)是穩(wěn)定、變化率小，所以很適合采用此種方式。然而我局60kV變電站的負(fù)荷性質(zhì)，恰恰相反，具有不穩(wěn)定、變化率大的特點(diǎn)。上述不分組或簡(jiǎn)單分組型式補(bǔ)償裝置，存在不能跟隨無(wú)功潮流變化而變化補(bǔ)償容量的問(wèn)題。即便是前述“有級(jí)調(diào)壓式動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)”調(diào)節(jié)范圍僅為補(bǔ)償電容器容量的36～100%

進(jìn)年來(lái)，隨著大功率電力可控硅技術(shù)的發(fā)展和完善，電力科技領(lǐng)域出現(xiàn)了一種真正意義上的動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償裝置——變電站動(dòng)態(tài)無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置，使解決隨負(fù)荷變化進(jìn)行合理動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償成為現(xiàn)實(shí)。

3 變電站動(dòng)態(tài)無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置

此裝置采用一種全新的技術(shù)理念，根據(jù)結(jié)構(gòu)原理的不同，動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償（SVC）技術(shù)又分為：自飽和電抗型、晶閘管相控電抗器型、晶閘管投切電容器型、高阻抗變壓器型和勵(lì)磁控制的電抗器型等。它突破了用斷路器、真空接觸器等開(kāi)關(guān)分組投切電容器的傳統(tǒng)方式。壓控調(diào)容智能無(wú)功補(bǔ)償裝置，利用電容器在無(wú)功補(bǔ)償中的容性無(wú)功和器端電壓的平方成正比的原理，通過(guò)調(diào)節(jié)電容器的電壓來(lái)改變電容器發(fā)出的無(wú)功出力，從而達(dá)到精細(xì)補(bǔ)償無(wú)功的目的。由于不采用機(jī)械投切方式，故不會(huì)產(chǎn)生因投切引起的充、放點(diǎn)涌流及過(guò)電壓等問(wèn)題。從而減少了對(duì)電網(wǎng)和電容器的沖擊，延長(zhǎng)了電容器的使用壽命。

其特點(diǎn)是：①實(shí)時(shí)跟蹤、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，是功率因數(shù)達(dá)到95%以上；采用了電力可控硅，利用串聯(lián)技術(shù)投切電容器組，實(shí)現(xiàn)零投切，無(wú)沖擊、無(wú)涌流、無(wú)操作過(guò)電壓，大大提高了設(shè)備的使用壽命。②改善電壓質(zhì)量，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，抑制電壓閃變；降低線損，高效節(jié)能，提高電器設(shè)備運(yùn)行效率，增加變壓器的出力及效率。③控制器實(shí)現(xiàn)智能化、數(shù)字化，顯示清晰、操作簡(jiǎn)單并且具有良好的通信接口。④保護(hù)齊全。具有多重保護(hù)性，可與綜合自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)聯(lián)合保護(hù)。此裝置有多重容量的產(chǎn)品可供選擇。可應(yīng)用新建變電站，并可通過(guò)增加調(diào)壓、控制系統(tǒng)的方式，對(duì)現(xiàn)有的設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造。將原有集成TBB不補(bǔ)償裝置升級(jí)成自動(dòng)補(bǔ)償裝置。和好的解決變電站存在的補(bǔ)償不細(xì)、投切產(chǎn)生的過(guò)電壓和涌流等問(wèn)題。

4 改造存在的問(wèn)題和解決的辦法

推廣應(yīng)用此項(xiàng)新技術(shù)裝置，目前主要存在以下問(wèn)題：一是資金不足。目前此類裝置價(jià)格較高，一般電容器補(bǔ)償裝置每千乏約一百多元或更少。而變電站動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置市場(chǎng)價(jià)約為每千乏二百多元左右。如10000KVAx2的變電站補(bǔ)償率按20%計(jì)算需要補(bǔ)4000kVar，包括后臺(tái)控制在內(nèi)全部新建約需要資金80萬(wàn)元左右。二是保護(hù)控制。一種情況是采用廠家獨(dú)立控制屏單獨(dú)控制，能夠?qū)崿F(xiàn)本站范圍內(nèi)科學(xué)合理運(yùn)行。但它一般均未納入本站綜合自動(dòng)控制。另一種情況是與變電站的綜合自動(dòng)化裝置融洽結(jié)合，這要求現(xiàn)有的綜自裝置要與之結(jié)合，需要綜自裝置做一定的后續(xù)軟件銜接。

5 改造方案和效益分析

對(duì)現(xiàn)有的變電站補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行改造升級(jí)，不用更換原電容器組，之需要增加相應(yīng)調(diào)壓設(shè)備和控制屏，每個(gè)站需要的資金就大幅減少了。主要采用在原有電容器的基礎(chǔ)上，增加相應(yīng)的調(diào)壓控制裝置，有如下兩種方案：一是采用可控硅調(diào)壓型的動(dòng)態(tài)無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置，可真正實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)0～100%調(diào)節(jié)范圍的補(bǔ)償。此方案投資相對(duì)多一點(diǎn)但是可靠。目前匹配3000kVar約需要資金50萬(wàn)元左右。二是采用帶有載分接開(kāi)關(guān)的自耦調(diào)壓變壓器控制裝置，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)分若干檔調(diào)壓的補(bǔ)償裝置，匹配3000kVar約需要資金25萬(wàn)元左右。以一座10000KVAx2變電站改造安裝此裝置為例，若10kV側(cè)功率因數(shù)由0.92提高到0.96，主變按平均0.65負(fù)荷系數(shù)計(jì)算：2×10000×（0.96-0.92）×365×24×0.65=4555200kWh。每年可多供電量4555200kWh，按0.10元/kWh利潤(rùn)計(jì)算，年可增收約為45.55萬(wàn)元，主變本身因功率因數(shù)提高也可以減少損耗，還可以保證電壓質(zhì)量。我局12座變電站，若均改造為動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償模式，每年經(jīng)濟(jì)效益可達(dá)幾百萬(wàn)元，效益十分可觀。

農(nóng)網(wǎng)無(wú)功平衡工作，需要認(rèn)真務(wù)實(shí)地搞好調(diào)查研究，堅(jiān)持從實(shí)踐中來(lái)到實(shí)踐中去。以農(nóng)村電網(wǎng)更科學(xué)、更安全、更經(jīng)濟(jì)委目標(biāo)，降低電網(wǎng)損耗，提高電壓質(zhì)量、提高經(jīng)濟(jì)效益。做好無(wú)功平衡工作就等于減少了能源的損耗，提高了企業(yè)效益、增加了社會(huì)效益。