公變低壓智能無功分散補償裝置的配置與應用

何鋒，章建華，沈麗雯，高久國，劉俊

（國網浙江安吉縣供電公司，浙江安吉313300）

公變低壓智能無功分散補償裝置的配置與應用

何鋒，章建華，沈麗雯，高久國，劉俊

（國網浙江安吉縣供電公司，浙江安吉313300）

介紹了一種在線路的中末端采用分散式小容量智能型無功補償設備進行無功補償的方法。通過對臺區負荷的測試，定制智能無功分散補償裝置，有效降低了線路無功電流，減少了線損，提高了變壓器帶負載能力及線路中末端電壓，經濟效益明顯，供電質量顯著提高。

電容器；功率因數；無功補償；分散補償

0 引言

隨著農村居民生活水平的提高，農村的電氣化設備日漸增多，現有的電器特別是電動機等負荷比重較大，它們在消耗有功功率時也吸收大量無功功率，從而導致低壓線路的供電能力明顯下降。另外，變頻設備的增多也使得農網諧波大幅上升，由于大部分無功補償裝置未考慮電容器投切引起的諧波放大現象，導致電容器受損嚴重，甚至無法正常投切，降低了線路的無功補償水平。

目前，公用變壓器（以下簡稱公變）低壓無功補償普遍采用的方式是在變壓器側集中補償，一般按照變壓器容量的30%左右進行補償。這種補償方式只能提高臺區功率因數，起不到降低配電變壓器（以下簡稱配變）至終端用戶線損的作用，而且一般的補償裝置在諧波環境下很容易損壞，無法投切。

在對臺區負荷情況進行監測分析后，對負荷較集中的幾個點采用分散補償的方式，可以有效降低補償地點到變壓器端的線路損耗。針對監測臺區諧波電壓和電流，選用抗諧波能力強的電容器，利用其過諧波保護功能，在諧波過高時，電容器無法投入，從而保護其不受損壞，大大提高電容器使用壽命。因此，在線路中末端采用分散式補償是一種較為理想的方式。

1 農村電網無功補償工作特點

農村電網無功補償工作具有以下特點：

（1）農村電網末端負荷地點分散。農村人口居住分散，農村配網線路一般都可相差幾公里，這是農村電網的特殊性使然。

（2）農村電網末端負荷波動幅度大。農村用電不穩定，每天不同時段投切頻率高、負荷變化較大。另外，由于農網的特殊性，一般沒有合適的安裝位置，只能將末端補償裝置安裝于末端低壓桿或者懸掛于用戶墻上，這也增加了維護和管理的難度。

（3）農村電網配變容量普遍偏小，如果采用傳統無功補償設備需配備多路小容量電容器，為實現控制功能，每一路都需要安裝接觸器、斷路器、熱繼電器，使得設備及回路接點多，維護極不方便。

2 農網配變補償位置的選擇原則

采用中末端無功補償裝置前，應組織人員對各條線路的用電情況進行摸底，并按照在線路較長、電壓波動較大處進行補償的原則安裝裝置。同時，盡可能兼顧安裝位置的安全性和方便性。

舉例來說，一般將裝置安裝于中末端低壓桿上，便于對一小片用戶進行補償，對無功消耗大的用戶也可安裝于末端用戶計量箱旁。補償位置參見圖1，選擇用戶相對集中的A點、B點、C點進行末端補償比較合適。

圖1 補償地點的選擇

3 數據分析

3.1 補償地點電能參數分析

以西畝街配變臺區1號線路上A點無功補償為例，利用電能質量測試儀測得A點電能數據如表1所示。該配變臺區容量為160 kVA，由表1可以看出，A點無功補償需量較大，功率因數基本處于0．5～0．7區間，嚴重低于正常水平，造成此臺區嚴重出力不足。

3.2 A點諧波數據分析

隨著農村節能電器、變頻設備的增加，電網中產生了一定的諧波。利用諧波測試儀對A點進行測試，得到諧波分量數據，選取其中一段如表2所示。

通過對臺區負荷高峰時期的數據監測，結合表2數據知，A點諧波電壓分量約6%，而國家公共電網諧波相關標準GB/T 14593－93《電能質量公用電網諧波》要求不得高于5%。A點諧波電流含量約23%，也遠超標準規定的10%的合理范圍。諧波分量過大極易使電容器擊穿并引起相間短路，因此在配置智能無功補償裝置時必須考慮電容器的抗諧波能力。

表1 西畝街配變臺區A點電能數據

表2 西畝街配變臺區A點諧波數據

4 補償設備的配置

4.1 智能無功補償設備的技術特點

4.1.1 全自動、免維護設計

智能型無功補償裝置采用數字處理器為核心的設計方案，自動跟蹤接入點無功功率需求的變化，采用“等壓投、零流切”控制技術，實現電容器組平滑投切，無合閘涌流，無分閘過電壓。同時，投切開關響應速度快，無投切次數限制。

4.1.2 模塊化設計

智能型無功補償裝置采用整體設計，集智能控制器、保護開關、投切開關、電力電容器于一體。可單臺獨立使用，亦可多臺并聯組網使用。組網時，采用等位通信方式，隨機產生主機，不必另外配備控制器，節省柜內空間。與普通的無功補償設備相比，優勢明顯。

4.1.3 多種自保護功能

據統計，普通的戶外無功補償設備由于工作環境惡劣（高/低溫，潮濕），平均使用壽命在1～2 a左右。而智能無功補償設備具備自診斷、自保護功能（包含過流保護、過壓保護、欠壓保護、過溫保護、過諧波保護、不平衡保護等），可最大限度提高其使用壽命，一般可使電容器壽命達到5～10 a。

4.2 無功補償配置方案

4.2.1 提高功率因數

根據1號線路A點測量數據知，其最大無功缺額為55．6 kvar，由此確定無功補償設備容量為60 kvar。遵循低壓無功補償“容量夠用，級差最小”原則，采用智能無功補償裝置進行補償。智能無功補償裝置有37個檔位，分別為：0，2，3，5，7，8，10，12，13，15，17，18，20，22，23，25，27，28，30，32，33，35，37，38，40，42，43，45，47，48，50，52，53，55，57，58，60 kvar，如此精細的檔位設置完全能滿足線路中末端負載頻繁變化的場合，因此，A點選擇3臺智能電容器分別為：（20+20）kvar，（10+5）kvar，（3+2）kvar。

4.2.2 消除諧波影響

電網諧波是導致電容器損壞的主要原因之一。根據表2知，A點諧波電壓分量約6%，故應選擇抗諧波電壓能力不低于7%的電容器，智能無功補償裝置具備過諧波保護功能，可滿足要求。該裝置在諧波電壓低于7%時能夠正常投切使用，高于7%時過諧波保護功能啟動，電容器不投入使用，從而保護電容器不受損壞，大大提高其使用壽命。

5 經濟效益分析

5.1 降低線損

表3為西畝街配變臺區經無功補償后A點的電能數據。根據用電信息采集系統數據，該配變1號線路年平均有功負荷為36 kW，平均電壓為225 V，平均功率因數為0．6，安裝無功補償裝置后平均功率因數達0．9。假設補償地點距變壓器距離為150 m，線路為120 mm2的鋁芯線。

線路單相電阻R按式（1）計算：

式中：ρ為導線材料的電阻率；L為導線長度；S為導線的額定截面積。

單相線損降低按式（2）計算：

代入數值，計算可得R=0．035 Ω，ΔP=0．46 kW，則一天可節電0．46×24×3=33．12 kWh。

5.2 提高變壓器經濟效益

經過無功補償后，臺區的平均功率因數由0．6提高到0．9左右。則補償后的有功出力增量為：

表3 無功補償后西畝街配變臺區A點電能數據

可見，在視在功率S不變的前提下，線路傳輸的有功出力增加率ΔP/P為：

表明變壓器的帶負載能力提高了50%，經濟效益顯著。

5.3 提高線路中末端電壓

測試期間1號線路最高負荷為78 kW時，單相電壓為221 V，安裝無功補償裝置前功率因數為0.6，安裝后功率因數為0.92，電壓提升幅度按式（5）計算：

代入數值，計算可得ΔU=4.13 V。

6 結語

分散式小容量智能型無功補償設備具有安裝維護方便、體積小、壽命長等特點，在線路中末端安裝該設備，可直接為附近負載提供所需的無功功率，降低了線損，提高了線路中末端電壓，對配網變壓器節能降損、低電壓治理有顯著作用。

[1]丁毓山，楊勇.農村電網規劃與改造[M].北京：中國電力出版社，2001.

[2]苑舜.配電網無功優化及無功補償裝置[M].北京：中國電力出版社，2003.

[3]李宏仲.電網無功控制與無功補償[M].北京：機械工業出版社，2012.

（本文編輯：方明霞）

Configuration and Application of Low-voltage Intelligent Reactive Power Dispersion Compensation Device in Common Transformer

HE Feng，ZHANG Jianhua，SHEN Liwen，GAO Jiuguo，LIU Jun
（State Grid Zhejiang Anji Power Supply Company，Anji Zhejiang 313300，China）

This article describes a reactive power compensation method，which uses decentralized small-capacity intelligent reactive compensation device in the middle and the end of power line.Through load test of transformer area and customization of an intelligent reactive power dispersion compensation device，the reactive current of line is effectively reduced and line loss is decreased；load capacity of transformer is improved and the voltage in the middle and the end of the line is increased.The method obtains significant economic benefits and significant improvement of power supply quality.

capacitor；power factor；reactive power compensation；decentralized compensation

TM714.3

：B

：1007-1881（2016）03-0018-04

2015-10-13

何鋒（1987），男，助理工程師，從事無功電壓管理工作。