嘉禾配網電能質量綜合治理技術及應用

雷將鋒，彭賽紅，王忠明

(國網湖南省電力公司郴州供電分公司，湖南 郴州 423000)

嘉禾配網電能質量綜合治理技術及應用

雷將鋒，彭賽紅，王忠明

(國網湖南省電力公司郴州供電分公司，湖南 郴州 423000)

介紹一種配網電能質量綜合治理系統，基于無功補償就地分散補償和線路集中補償相結合的原則，將多學科知識有機融合，通過研究電能治理點的確定、無功補償設備的優化配置以及無功優化集成控制系統的開發，優化區域電網無功潮流，消除低電壓、諧波等問題，改善電能質量。

配網；電能質量；無功優化；治理

嘉禾縣素有 “鑄鍛造之鄉”的美譽，近年來，嘉禾大力發展鑄造產業，重點打造江南鑄都和鍛造基地。隨著鑄造工業蓬勃發展、工業用電負荷的增加，大量非線性設備接入電網，導致電能質量的惡化，諧波電流注入到電網，引起公用電網公共連接點電壓波形畸變程度更為嚴重〔1〕。

隨著嘉禾配網負荷結構的變化，負荷功率因數較低、配電變壓器低壓側無功缺額較大、無功補償設備技術落后、補償效果不佳等問題凸顯〔2〕。在負荷高峰階段，配電線路末端出現不同程度的低電壓現象，嚴重影響用戶電氣設備的正常運行。由于配網底層無功補償能力不足，導致大量無功潮流從主網向低壓配網流動，降低有功輸送能力，增加系統損耗，進而導致系統電壓水平低，電壓合格率低〔3〕。

目前，湖南電網范圍尚無以上配網電能質量問題綜合治理的試點，集中解決這類問題是智能配網建設工作的重要內容。為了提高嘉禾配網電能質量，向用戶輸送優質電能〔4〕，本文基于建立一個配網電能質量綜合治理系統，選取合理的電能治理點，從站、線、變3個維度自動調節電網無功功率潮流，改善電能波形和電壓質量，實現嘉禾配網電能質量的綜合治理〔5〕。

1 系統的組成和基本原理

1.1 系統的組成

系統根據電網無功分層分區綜合治理的特點，建立由主站監控中心、子站監控中心、光纖通訊通道、GPRS通訊通道、終端治理設備組成的系統結構〔6〕。監控中心按業務功能可劃分為配電網建模、潮流計算及網損分析、輔助決策及優化方案、采集數據接收、設備監控及優化評估5個模塊。

主站監控中心是整個系統監控的核心部分，安裝在調度監控中心，工作人員通過主站監控中心完成電網運行狀況的實時監控和各類運行管理，主站監控中心與子站監控中心之間采用光纖進行通訊，光纖采用變電站原有的通訊系統。主站監控中心也可與調度中心的SCADA或MIS等系統接口共享數據。

子站監控中心安裝在變電站中，通過GPRS與該變電站域內的終端治理設備進行數據通訊，然后通過光纖將數據上傳到主站監控中心，同時接收主站監控中心對終端設備的各種指令，下發到各終端設備。

終端治理設備由電壓調節設備、無功補償設備、諧波濾除設備組成，分布于變電站、饋電線路、臺變等區域，其控制器采集終端要求數據采集齊全、準確，數據傳輸快。支持多種傳輸手段，控制參數和方式可遠程設定，工程施工維護量小，適宜戶外使用，運行成本低。

1.2 基本原理

項目基于無功補償就地分散補償和線路集中補償相結合的原則，將先進的信息技術、電網控制技術、高電壓技術、電力電子技術、智能信息處理技術等多學科知識有機融合，通過研究區域電網電能治理點的確定、先進的無功補償設備的優化配置以及區域電網電壓無功優化集成控制系統的開發，優化區域電網在配電、用電過程中的無功潮流，實現無功就地平衡，消除低電壓、諧波等問題，提高電網電壓調控能力，改善電能質量。

2 技術實施方案

2.1 電能質量治理點選取

選取最具代表性的龍潭片區為試點，在35 kV龍潭變電站配置一定容量的變電站無功自動補償裝置，在10 kV配線上配置一定容量的高壓柱上無功自動補償裝置，在諧波注入點安裝濾波裝置，在配變上配置一定容量的低壓無功自動補償裝置。具體實施方案包括:35 kV龍潭變電站無功優化；10 kV龍沖線諧波治理；10 kV龍馬線低電壓治理；新安裝或升級改造配電臺區低壓集中補償裝置。

2.1.1 35 kV龍潭變無功優化改造

龍潭變SVQR基本接線原理圖如圖1所示。

圖1 龍潭變SVQR基本接線原理圖

2013年5月，對無功補償裝置進行升級改造，將原有的TBBA－10改造為SVQR調壓式調無功變電站無功補償裝置，SVQR型號為SVQR－1000－10.5。通過改變電容器的端電壓來調整無功輸出的大小，調壓器調壓范圍60%～100%，控制系統根據無功缺額大小分9級進行自動精細調節。該項目的實施充分考慮到原有的斷路器、隔離開關和放電線圈等一次設備被繼續利用，使總的投資費用和工程量最小。

2.1.2 10 kV龍沖線諧波治理

在龍沖線91號桿裝設濾波裝置 MDB－10－1500/2250－H5/H7/H11，設置5次、7次、11次濾波支路，各支路的配置見表1。可調電抗器采用MCR型磁控電抗器BKSMC－1500/10，額定容量為1 500 kvar，該磁控電抗器采用晶閘管控制，可實現快速連續可調。

表1 濾波裝置配置表

2.1.3 10 kV龍馬線低電壓治理

針對龍馬線 “低電壓”問題，新建變電站經濟性和可行性均欠佳，而運用SVR饋線自動調壓器投入資金少、周期短、運行維護簡單，于2013年5月15日在干線127號桿安裝1臺型號為SVR－2000/10－7(－5%～＋15%)的SVR饋線自動調壓器，即SVR的電壓等級為10kV，容量為2000kVA。

2.1.4 新安裝或改造配電臺區低壓集中補償裝置

龍沖線上宅＃1變、龍沖線大方元新村變分別安裝戶外智能綜合配電柜JP－315/2－2(補償量為80 kvar)、JP－200/2－2(補償量為50 kvar)。電容器投切以電壓為約束條件，根據無功功率或無功電流分組 (共補和分補)自動投切電容器。

2.2 區域電網電壓無功優化集成控制系統開發

采取區域電網從站、線、變3個維度自動調節電網無功潮流，優化區域電網無功分布。項目致力于開發由主站監控中心、子站監控中心、光纖通訊通道、GPRS通訊通道、終端治理設備組成的區域電網無功優化集成控制系統。

3 應用效果分析

3.1 龍潭變無功優化改造效果分析 (見表2)

無功設備優化改造后，該片區功率因素有了顯著提高，取得的良好效果主要體現在:

1)穩定系統電壓，減少主變分接頭動作頻率:將主變分接頭設置在合適檔位，當負荷增加或減小導致電壓不符合標準時，自動逐級增大或減小無功量輸出，自動調節無功輸出量，滿足功率因數的要求。

2)延長設備使用壽命，保持電容器較高的使用率:通過對有載調壓器9個檔位的調節，改變端電壓來改變電容器的無功容量，不會對補償系統和其他設備產生沖擊。電容器大部分時間工作在較低電壓下，延長其使用壽命。

3)實現變電站的無人值守，節約人力:該裝置采用全自動控制，設備投切、容量變換完全由控制器自動控制，不需要再通過人為的投切電容器控制。

4)補償較為精細，降低系統損耗。

從改造前、后測試數據的對比分析可知:在系統無功需求較小時，也能充分發揮無功補償的作用；原功率因數取0.85，后功率因數取0.98，則線損率可以降低25%。

表2 龍潭變無功改造前后功率因素對照表

3.2 10 kV龍沖線諧波治理效果分析

濾波裝置投運前后波形對比如圖2，在諧波治理方面取得了良好效果:

1)無源濾波器安裝投運后，諧波電流濾除效率高，濾除效果好，電流波形基本為正弦波形。

2)5次諧波電壓由投運前的 2.1%降低到0.1%；7次諧波電壓由1.6%降低到0.1%。5次諧波電流由投運前的15.015 A降低到7.585 A；7次諧波電流由7.843 A降低到3.735 A。各項諧波指標均達到國家標準《電能質量公用電網諧波》(GB/ T14549—1993)的要求。

3)濾波裝置投運后可以有效地提高電網供電品質，延長了電氣設備的使用壽命，對電氣設備及電網的安全運行起到了積極作用，有效地解決了騰龍電站在鑄造廠生產時電機振動甚至導致停運的問題。

4)無源濾波器安裝后，提供了固定的基波容性無功功率，磁控電抗器快速連續地跟蹤無功功率的變化，使累計平均功率因數由補償前 0.77提高到0.98。

圖2 濾波裝置投運前后波形對比

3.3 10 kV龍馬線低電壓治理

2013年8月2日調壓器運行數據如圖3所示。

圖3 調壓器輸入電壓與輸出電壓對比分析

安裝調壓器后，輸出電壓較輸入電壓提高了0.3～0.6 kV，輸出端電壓基本維持在10.1～10.6 kV，線路末端馬家坪配變高壓側電壓達到10.0 kV以上。2013年5月15日至8月23日，龍馬線上安裝的調壓器共運行76 370 min，其中超上限時間為50 min，超下限時間為0，電壓合格率為99.93%。

安裝SVR饋線自動調壓器能有效解決龍馬線的低電壓問題，提高供電質量，穩定線路電壓，增強線路輸電能力，減少了農網季節性負荷對線路電壓的影響以及因電壓不合格造成用電設備燒毀帶來的用電投訴，從而確保企業效益。

3.4 新安裝或改造配電臺區低壓集中補償裝置

戶外智能綜合配電柜，是集數據采集、無功補償、電網參數分析、通訊等功能于一體的新型配電測控設備，可對感性無功進行集中、分散、就地自動補償。該配電柜提高變壓器及輸電線路的利用率及區域發電設備的帶負荷能力，有效改善用電負荷的功率因數，降耗節能效果顯著。

4 結束語

開發區域電網無功優化集成控制系統，將變電站無功優化改造、低電壓線路上運用SVR饋線自動調壓器、諧波電源注入點安裝濾波裝置以及對無功缺額較大的配變臺區進行集中補償4種方法應用于縣級配電網，進行電能質量的綜合治理。

〔1〕林海雪.現代電能質量的基本問題 〔J〕.電網技術，2001，(10):5-12.

〔2〕彭卉，鄒舒，付永生，等.沖擊性負荷接入電網的電能質量分析與治理方法研究 〔J〕.電力系統保護與控制，2014，(1): 54-61.

〔3〕冀連甫.影響電能質量的因素分析及其改善 〔J〕.能源技術與管理，2014，(3):154-155.

〔4〕肖湘寧.電能質量分析與控制 〔M〕.北京:中國電力出版社，2004.

〔5〕郭慶來，吳越，張伯明，等.地區電網無功優化實時控制系統的研究與開發 〔J〕.電力系統自動化，2002，(13):66-69.

〔6〕張明軍，董潔，厲吉文，等.區域分布電壓無功監測與優化控制系統 〔J〕.電力自動化設備，2004，(3):42-44.

Technology and application of power quality comprehensive treatment in Jiahe distribution network

LEI Jiangfeng，PENG Saihong，WANG Zhongming
(State grid Hunan Electric Power Corporation Chenzhou Power Supply Company，Chenzhou 423000，China)

This paper mainly introduces a comprehensive treatment system for power quality of distribution network.Based on the principle that combining distributed reactive compensation on the spot and central reactive compensation on transmission lines，this paper studies the determination of power quality control spot，optimal configuration of reactive compensation devices and development of integrated control system of reactive power optimization by organic integration of multi-discipline knowledge，in order to optimize reactive power flow of area network，and improve power quality by eliminating problems like low-voltage，harmonic，etc.

distribution network；power quality；reactive power optimization；treatment

10.3969/j.issn.1008-0198.2015.04.013

TM933

A

1008-0198(2015)04-0052-04

2015-06-16

雷將鋒 (1983)，工程師，主要從事電網調度運行與管理工作。

彭賽紅 (1974)，高級工程師，主要從事電力生產與管理工作。

王忠明 (1987)，主要從事電網調度運行與管理工作。