配網(wǎng)長(zhǎng)線(xiàn)路加裝串補(bǔ)改善電壓質(zhì)量問(wèn)題探究

李華軍

摘要：隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，農(nóng)村的用電量和用電需求迅速增加，在促進(jìn)農(nóng)村電力實(shí)業(yè)迅速發(fā)展的同時(shí)，也對(duì)供電的穩(wěn)定性和可靠性提出了更高的要求。文章首先對(duì)配網(wǎng)長(zhǎng)距離配電線(xiàn)路中存在的低電壓?jiǎn)栴}進(jìn)行了分析，然后闡述了加裝固定串聯(lián)電容器在10kV線(xiàn)路中對(duì)電壓改善的作用，通過(guò)加裝串補(bǔ)的仿真計(jì)算加以驗(yàn)證，證實(shí)了該方法的有效性。

關(guān)鍵詞：配電線(xiàn)網(wǎng)；長(zhǎng)線(xiàn)路；串補(bǔ)；電壓質(zhì)量；低電壓；串聯(lián)電容器 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TM714 文章編號(hào)：1009-2374（2016）32-0032-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.32.015

目前，農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，導(dǎo)致農(nóng)村的用電需求和用電量迅速上升，對(duì)供電電壓的穩(wěn)定性要求也越來(lái)越高。但是從當(dāng)前農(nóng)村電網(wǎng)的實(shí)際情況來(lái)看，還存在著很多問(wèn)題，其中比較突出的就是，10kV配網(wǎng)線(xiàn)路的運(yùn)輸距離比較長(zhǎng)，導(dǎo)致電壓下降，因而無(wú)法滿(mǎn)足農(nóng)村用電的電壓需求。電壓過(guò)低造成很多農(nóng)用機(jī)械無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)甚至啟動(dòng)，成為制約農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要限制因素。與此同時(shí)，該問(wèn)題的存在也降低了農(nóng)電網(wǎng)電壓的合格率，無(wú)法高質(zhì)量地完成上級(jí)部門(mén)提出的農(nóng)電網(wǎng)考核任務(wù)。為了解決問(wèn)題，我們制定了很多方案，并進(jìn)行了對(duì)比分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采用固定串聯(lián)補(bǔ)償方案具有較高的可行性，具有較好的經(jīng)濟(jì)適用性，可以用最少的經(jīng)濟(jì)投入，最大限度地改善10kV配網(wǎng)長(zhǎng)線(xiàn)路的電壓質(zhì)量，而且不需要進(jìn)行人工干預(yù)，減少人力資源的投入。本文以當(dāng)?shù)啬称瑓^(qū)的10kV配網(wǎng)長(zhǎng)線(xiàn)路為例，對(duì)加裝串補(bǔ)改善電壓質(zhì)量的問(wèn)題展開(kāi)具體分析。

1 農(nóng)網(wǎng)電壓質(zhì)量的影響因素分析

就目前的情況來(lái)看，農(nóng)村配電網(wǎng)主要是以10kV為主，且電網(wǎng)規(guī)模較大，電力負(fù)荷情況相對(duì)復(fù)雜。同時(shí)由于農(nóng)村配電網(wǎng)的線(xiàn)路較長(zhǎng)，導(dǎo)致其電壓質(zhì)量并不穩(wěn)定，容易受到多種因素的影響。下文就對(duì)影響農(nóng)網(wǎng)電壓質(zhì)量的主要因素進(jìn)行簡(jiǎn)單分析：

第一，農(nóng)村電網(wǎng)的架設(shè)比較薄弱，而且分布格局缺乏科學(xué)性和合理性，再加上供電的半徑距離較大，供電設(shè)備老化現(xiàn)象嚴(yán)重，進(jìn)一步加劇了配電線(xiàn)路的電壓損耗，如果其承擔(dān)的負(fù)荷較重，就容易導(dǎo)致線(xiàn)路末端電壓降低，無(wú)法滿(mǎn)足農(nóng)村的用電需求。

第二，由于農(nóng)村的配電變壓器較多，且其地域分布十分廣泛，這些都使得農(nóng)村電網(wǎng)的負(fù)荷存在巨大的峰谷剪刀差，而且農(nóng)村電網(wǎng)的季節(jié)性十分明顯，上述情況都對(duì)農(nóng)網(wǎng)送電效率和電能質(zhì)量起到了負(fù)面影響。

第三，在農(nóng)網(wǎng)的部分線(xiàn)路中，會(huì)使用一些大容量電動(dòng)機(jī)，但由于對(duì)電動(dòng)機(jī)的接入缺乏良好的技術(shù)管理，在電動(dòng)機(jī)啟停的過(guò)程中就會(huì)對(duì)農(nóng)網(wǎng)線(xiàn)路的電壓造成影響。

除了上述三點(diǎn)因素外，農(nóng)村電網(wǎng)建設(shè)的資金缺乏也是重要的原因，資金的缺乏拖延了電網(wǎng)的改造速度。另外，農(nóng)網(wǎng)管理體制的不完善等因素也阻礙了農(nóng)網(wǎng)電壓質(zhì)量差等問(wèn)題的改善。

2 電壓串補(bǔ)基本原理分析

在配電線(xiàn)路中，可串聯(lián)增加一個(gè)容性設(shè)備（如電容器）。其中電容器的容抗會(huì)與線(xiàn)路中的電抗進(jìn)行抵消作用，這樣電力輸送端和接收端間的電氣距離就會(huì)相應(yīng)縮短。所謂串聯(lián)補(bǔ)償度，通俗來(lái)講，就是串聯(lián)容的抗值和線(xiàn)路電抗值之間的比值，即Xc/SL，該比值應(yīng)該<1/2。目前，國(guó)內(nèi)串聯(lián)補(bǔ)償度的數(shù)值在30%～45%之間（圖1）。

式中：U為線(xiàn)路末端電壓；P為線(xiàn)路末端有功；R為線(xiàn)路等效電阻；Q為線(xiàn)路末端無(wú)功；X為線(xiàn)路等效電抗。

通常情況下，P、R、Q、X的數(shù)值均>0，所以△U的結(jié)果也>0，末端電壓<首端電壓。但是在線(xiàn)路中加裝串聯(lián)電容器之后，X的數(shù)值會(huì)下降，甚至?xí)?lt;0，所以△U的結(jié)果也可能轉(zhuǎn)變?yōu)?。根據(jù)這一原理，只要升高負(fù)荷側(cè)的電壓，就能使電壓保持在合理范圍，促進(jìn)電壓治理工作的開(kāi)展。串聯(lián)電容器中無(wú)功總量的計(jì)算公式如下：

在線(xiàn)路正常運(yùn)行的過(guò)程中，如果產(chǎn)生的負(fù)荷較大，I（線(xiàn)路電流）的數(shù)值也會(huì)比較大，根據(jù)上述公式，電容器的無(wú)功總量就會(huì)增加；反之，如果負(fù)荷較小，I的數(shù)值越低，電容器的無(wú)功總量就會(huì)降低，直至降為0。由此推導(dǎo)，串聯(lián)補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功總量是隨著負(fù)荷的變化而變化的，而且二者成反比例關(guān)系。也正因?yàn)槿绱?，要改善農(nóng)網(wǎng)長(zhǎng)線(xiàn)路中的電壓，可以采用串聯(lián)補(bǔ)償方式，具有顯著優(yōu)勢(shì)。

3 模擬仿真

3.1 建立仿真模型

本次仿真模型的建立主要采用Matpower潮流計(jì)算工具包（Matlab），具體步驟為：（1）結(jié)合客戶(hù)提供的線(xiàn)路圖紙，對(duì)每一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)和命名；（2）根據(jù)線(xiàn)路圖紙，通過(guò)查表的方式，分別計(jì)算出每一條線(xiàn)路中的R值、X值和C值；（3）收集近1.5年中該線(xiàn)路的最大有功功率、無(wú)功功率和視在功率以及上述數(shù)值的平均值，明確線(xiàn)路的最大負(fù)載率及其平均值；（4）將每一個(gè)節(jié)點(diǎn)變壓器的參數(shù)作為參考值，參考上一步得出的最大負(fù)載率和平均負(fù)載率，計(jì)算出每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的最大功率和平均功率；（5）將并補(bǔ)的參數(shù)及串補(bǔ)的參數(shù)都轉(zhuǎn)化成線(xiàn)路參數(shù)；（6）將上述數(shù)據(jù)按工具包要求格式進(jìn)行輸入工作，然后進(jìn)行仿真。

3.2 仿真的重難點(diǎn)

3.2.1 選擇合適的串補(bǔ)部位。串補(bǔ)部位的選擇不能盲目，需要對(duì)多種因素進(jìn)行綜合考慮，注意以下問(wèn)題：（1）應(yīng)和線(xiàn)路的末端保持距離，切忌過(guò)分靠近。這是因?yàn)?，如果它們的間距較短，一旦發(fā)生重載等情況，位于線(xiàn)路中段的變電站電壓數(shù)值就會(huì)大幅度下降，即使加裝串補(bǔ)，也無(wú)法對(duì)之前的線(xiàn)路進(jìn)行補(bǔ)償，還會(huì)影響到后段線(xiàn)路的補(bǔ)償效果；（2）應(yīng)和線(xiàn)路的首端保持一定的距離。在加裝串補(bǔ)電容器進(jìn)行補(bǔ)償，會(huì)大幅升高兩相鄰變電站的電壓，使之接近線(xiàn)路開(kāi)始端的電壓值，但是電壓仍會(huì)在一定時(shí)間后不斷下降。假設(shè)在線(xiàn)路的首端進(jìn)行串補(bǔ)，那么線(xiàn)路末端的電壓就無(wú)法得到提升；（3）建議串補(bǔ)部位盡量加裝于主干線(xiàn)上，因?yàn)橐话惴种潆娋€(xiàn)的整體距離較短，電流比較小，產(chǎn)生的負(fù)荷也比較強(qiáng)。所以如果只能加裝1套串補(bǔ)裝置，應(yīng)該盡量安裝在距離比較長(zhǎng)，而且電流比較大的主干線(xiàn)上。

3.2.2 選擇合理的串補(bǔ)容量。配電線(xiàn)路的自身電抗值以及串補(bǔ)度是串補(bǔ)容量的決定性影響因素。在本次研究中，我們?cè)O(shè)計(jì)了2段串補(bǔ)，其中1段的串補(bǔ)度約為1/2，2段串補(bǔ)度的綜合約為1。如果線(xiàn)路的負(fù)載較輕，可以只投入1段。