無功自動補償技術在6KV配電網絡的應用

摘要本文對配電網固定式無功補償現狀進行調查，對造成配電系統電能質量不穩定，配電網絡損耗大的固定補償方式進行了分析，提出在6KV配電系統應用無功自動補償技術對配電網絡進行無功補償，改善了配電網絡的電能質量，同時產生顯著地經濟效益和社會效益。

關鍵詞現狀分析無功自動補償效果評價。

一、配電網現狀

2009年，筆者所在的單位共管轄有1座變電站及8座6kV配電站。各配電站無功補償方式均為固定電容器組進行補償，電容器在功率因數變化時需人工頻繁調節以達到系統要求，工作量大；電容器合閘時產生很大的合閘涌流，有時甚至激發諧振過電壓，致使供配電系統電壓質量低，供配電系統穩定性差。

隨著冶化生產持續擴能以及工人村用電負荷的持續增加，供配電系統對電網的電壓質量及穩定性要求日益提高，供配電系統靜態無功補償方式已逐漸不能適應電網需求，在高峰負荷期間，功率因數只能達到0.88左右，系統供配電損耗大幅增加；在負荷低谷期間，功率因數超過1.0造成系統過補，嚴重影響供配電系統安全運行，此時需值班人員對電容器組頻繁進行人工調節，耗時長，工作量大。而且此種運行方式下，配電站全年平均功率因數始終在0.91左右，年平均供配電損耗率約1.2%，年平均供配電損失率約600萬kWh，配電損耗資金約354萬元。另外，根據供電部門的規定，對于功率因數完成較好的用電單位可以在固定電費上進行適當優惠獎勵。依據以上情況，應用動態無功補償技術對6KV配電站改造，著力減少電網供配電損耗，改善電壓質量，提升供配電系統穩定性。

二、無功自動跟蹤補償技術應用

（一）DWZT型電壓無功自動調節裝置原理簡介

DWZT型電壓無功自動調節裝置采用新的無功補償理念，根據Q=2πfCU2通過電壓調節器改變電容器端部輸出電壓，從而達到改變無功輸出容量、調節系統功率因數、改善系統無功功率的目的。該裝置在調節過程中無過電壓、無電容器充放電、無涌流等不良現象，它可以實現實時調節，保證電容器運行在電容器額定電壓以下，延長了電容器的使用壽命。整套電容器組固定接入，不采用傳統的分組投切，其輸出容量可從（100～25）%分9級輸出，調節更細致，從而避免傳統分組出現的過補或欠補情況。DWZT電壓無功自動調節裝置已廣泛應用于35～220kV變電站，可以在6～66kV母線上進行無功調節，在保證電壓合格的基礎上，保證功率因數合格，有效降低線損。當串接電抗器后具有抑制諧波放大的功能。

（二）應用實例

以筆者所在的一配電站為例，配電站母線分為4段，總補償容量為6400Kvar（考慮串聯電抗器的消耗，每段補償容量增加了100Kvar），無功補償運行方式：四段母線無功補償分段運行，每段補償容量1600Kvar。

由于現場負荷變化表較大，為了實現動態調節電容器組的無功輸出，可采用DWZT6.3～1600型無功調節裝置。該裝置可實現電容器組無功容量在400～1600kvar之間變化，分9檔輸出，最小級差為150kvar；裝置可在1分鐘內可實現1—9檔的連續動作，每檔動作時間小于5秒，這樣即可滿足補償要求，每級極差又小，調節更細致，滿足現場功率因數及電壓的要求。

裝置控制策略以功率因數為判據，自動適應配電站各種運行方式，進行綜合控制，達到功率因數最高，母線電壓合格。在總容量范圍內實現無功功率適時、快速調節，電容器組部分串有電抗率為6%的空芯串聯電抗器，可有效抑制5次及以上的諧波，整套裝置不產生諧波；調節過程無需人工倒閘操作；運行過程中或自身發生故障時裝置不會對系統電能質量、相關電力設備及周圍環境造成不利影響。

方案一次原理圖：（圖1）

DWZT電壓無功自動調節裝置特點

（1）裝置能根據系統電壓無功參數，按照九位圖及模糊控制原理保證母線電壓在合格范圍內，保證功率因數在設置范

圍內，保證功率因數最佳，線損最小。（2）裝置電容器固定接入，不采用投切電容方式調節無功，而是根據Q=2πfCU2改變電容器端電壓來調節無功輸出，滿足系統無功出力要求。目前電容器調節容量為（100-25）%×額定容量輸出。（3）電壓調節器在調節過程中無過電壓存在，可以保證電容器安全，延長其使用壽命。（4）采用電容器低電壓合閘，有效降低電容器合閘涌流對系統及電容器本身的沖擊。（5）調壓過程電容器始終不脫離電網，無充放電現象，無調節延時，可實現適時調節。

微機控制器的特點和功能

（1）控制器的主要特點：①控制器應使用可靠的“軟件電子狗”電路和容錯技術，可以自動發現程序運行錯誤并瞬間自動復位計算機，徹底解決了“死機”問題；②微機控制器采用大屏幕液晶顯示器，圖形界面，中文顯示和操作提示，菜單式選擇，八按鍵操作，使用簡單，操作人員無需培訓；③應采用“傻瓜機”的設計風格，簡單、實用的個性。自動運行時完全不需人為干預。

（2）控制功能：①主變分接開關在用戶允許的情況下能實現自動調節，電壓調節器能實現手動、自動調節，無功補償裝置可與上位機通訊，實現對電壓調節器的遠方遙控調節；②裝置能夠根據電力系統需要自動調節電容器的無功出力；③裝置具備用戶提供的閉鎖信號接口，當閉鎖信號動作時，能可靠閉鎖裝置不動作；④控制器能夠根據采集的實時數據，按無功九區圖的控制策略，得到分接頭和無功補償設備的最優配合，控制電壓調節器和主變分接頭的調整。

（3）現場參數設置功能。控制器具有供值班員使用的參數設置功能，所有設置的內容可保存十年以上而不丟失，不受停電和干擾信號的影響。

（4）顯示功能：①可分別顯示主變的高（低）壓側電壓、電流、功率因數、有功功率，低壓側電壓、無功功率；②顯示主變和電壓調節器的分接開關檔位；③顯示電容器無功出力；④顯示調壓和調節動作提示，顯示相應的高壓斷路器的通斷狀態。

（5）事件順序記錄。當各類保護動作、升降動作或監視的狀態發生變化時，控制器應自動記錄事件發生的類型、相別及動作值，事件按順序記錄，可通過液晶進行查詢，并以通訊方式遠傳。動作次數可永久保存。事件的清除靠液晶菜單中的“信號復歸”完成。

（6）通信接口。微機控制器具有RS-232或RS-485通信接口和成熟的接口程序，可全面可靠地實現遙信，遙控。

（7）先進的保護和閉鎖功能：①控制器具有CT斷線檢測及閉鎖調節功能：三相電流中最小一相小于0.2A，最大一相電流大于0.5A即認為CT斷線；發生CT斷線將閉鎖所調節功能（包括調主變分接頭和電壓調節器）。②控制器具有PT斷線檢測及閉鎖調節功能：三個線電壓中最小一相小于70V，即認為PT斷線；發生PT斷線將閉鎖所調節功能（包括調主變分接頭和電壓調節器）。③電壓調節器重瓦斯、有載調壓重瓦斯作為開關量通過光耦輸入至微機控制器，可傳到中央信號屏，并根據用戶要求直接接入電容器跳閘回路。④引入電容器開關和中（低）壓側開關信號作為調節器動作的閉鎖條件。⑤獨有硬件保護電路，微機內部出現任何電路故障均不會有誤動作輸出。⑥電容器故障跳閘時，報警并閉鎖調節。

三、主要技術創新點

1、自動無功補償裝置工藝先進，結合該裝置工作原理，根據系統電壓無功參數，開發出按照九位圖及模糊控制原理工作的無功自動補償裝置，保證輔修配母線電壓在合格范圍內，保證功率因數在設置范圍內，保證功率因數最佳，改投切的滯后調節為實時調節，穩定系統電壓，調節系統功率因數，有效降低電力系統損耗，提高供電系統運行的可靠性，創造經濟效益、節約能源。

2、由于不采用投切方式，所以不存在電容器投切引起的充放電問題，調節可以隨系統無功變化隨時進行，不需要延時，可以實現適時調節，而且單套裝置分9級調節，補償更加精細，保證系統隨時都工作在最佳狀態，有效提高功率因數，降低線損。該產品能把變電站功率因數有效提高至0.95～0.98之間，減少發熱損耗。

3、控制策略多樣化，具體在不同的典型應用中采用不同的控制方法，多種控制策略可供選擇。

4、通信完善，可和配電站進行實時通信。

四、效果評價

1、年創經濟效益

2010年1月筆者所在的一配電站為例，自動無功補償裝置投入使用后，節約電能及經濟效益如表2：

通過以上數據分析得出：每月節約電量7837 kWh左右。每年節約配電損耗資金約53605元。

目前，已在所在的配電站推廣使用自動無功補償技術，調試運行后，在提高供配電系統功率因數、減少供配電損耗、改善電能質量、節約能源、以及提高系統穩定性等方面效果顯著。

據測算，各配電站在進行自動無功補償改造后，年平均可節約配電損耗資金213.7萬元。

五、結束語

由于固定式無功補償裝置，維護簡單，先行投入的固定式無功補償技術在一些配電網絡還在應用，但隨著對配電網絡電能質量要求的提高，固定式無功補償技術已經不能滿足配電系統的技術和經濟要求，無功自動補償技術在變配電網絡中應用的要求越來越迫切，且經濟效益和社會效益顯著。

參考文獻：

[1]電力系統運行操作和計算[M].水利電力出版社，1977.

[2]電氣設計規范[M].中國建筑工業出版社，1996.

（作者單位：大冶有色集團控股有限公司動力分公司）