強化無功補償管理提升電網電壓質量

■ 國網山東省電力公司成武縣供電公司 胡叢飛 孫芳普

隨著產業結構和能源消費方式的改變，配電網供電能力與用電需求差距愈發突出。同時，大量精密制造、自動化設備等敏感負荷的廣泛使用，對配電網供電電壓質量提出了更高要求。

電壓質量管理現狀及痛點

新型電力系統構建對電能質量管理要求更嚴。分布式光伏和儲能設施大規模接入，配電網逐步向源網荷儲多要素共存的有源網絡演變，但目前配網對電能質量污染源用戶接入管控不足，電能質量監測、治理手段缺失，電壓偏差、諧波、功率因數等指標受到一定影響。

10 千伏配網電壓質量是衡量供電質量是否符合標準的一項重要技術指標。例如供電服務坐席人員在供服系統監測到某臺區所接帶用戶低電壓，第一時間派發低電壓工單至臺區經理，臺區經理攜帶工器具現場核查，使用萬用表對用戶側電壓進行測量，發現現場確實存在低電壓問題后應開展以下檢查：首先查用戶表計、JP 柜出線開關等關鍵節點接線端子是否存在氧化、接觸不良等問題，經檢查無問題；檢查配變擋位，經檢查配變擋位已在最高檔；檢查JP 柜內臺區無功補償裝置，發現無功補償裝置存在鼓脹現象、無法正常使用，造成臺區無功缺額較大，用戶側電壓較低。這可以看出無功和電壓管理對用戶側電能質量影響較大。

無功補償優化管理措施

成果介紹

通過全面排查配變電容器設備運行情況，劃分“網格化”無功管理布局，以臺區融合終端作為“邊”設備，部署電能質量在線監測App，與電能表協同應用，實時監測客戶運行狀態、電能質量和上網電量等數據，實現全量運行數據盡收眼底、盡在掌握，在供服系統部署區域（即劃分的網格單元）無功協同聯動控制策略，精準研判區域內無功缺額情況，統籌長遠目標與近期需求，下發運檢工單籌備長期優化方案，依托智能融合終端自動投切區域內閑置電容器組確保短期內無功就地平衡，實現首創區域無功協同聯動控制，有效解決配變電容器利用率低、無功異常大、集中補償難度大的問題。

功能展示

App 配變電容器智能監測。配變低壓側實現智能融合終端全覆蓋，基于智能電容器標準物聯網通信協議，在配電物聯網應用平臺開發無功補償設備控制App，通過物理連接和主站調試，將智能電容器投切狀態、補償容量和功率因數等數據接入融合終端，通過融合終端將數據上傳供服系統電壓質量全景監測平臺，實現配變電容器的運行情況全監測。

平臺劃分區域無功協同聯動。在實現線路所接帶配變智能電容器監測全覆蓋的基礎上，以負荷分布、供電半徑為原則進行網格劃分，在供服系統云主站部署無功缺額計算和電容器投切策略，通過融合終端的遠程控制，實現電容器的精準投切，達到網格內無功協同聯動的目的。

劃分聯動分組。根據線路所接帶配變的實際運行情況，按照如下原則劃分網格化聯動分組：供電半徑超過10 千米或所接帶配變大于30 臺的線路，分組數宜大于3 組；供電半徑小于10 千米或所接帶配變小于30 臺的線路，分組數宜小于或等于3 組；在區域內供電半徑2 千米內有配變集中分布的，宜集中作為1 個聯動分組；若線路接帶配變分布較為分散，根據實踐經驗建議在一定供電半徑內合理劃分聯動分組（分組供電半徑一般不大于2 千米）。

云主站部署計算無功缺額。根據《電力系統無功補償配置技術導則》（Q/GDW 10212—2019）無功補償容量計算方法，配變無功補償容量應按照變壓器實際參數，結合負荷側預測無功缺額，在云主站部署計算無功缺額策略，分別計算各聯動分組內功率因數不達標配變的最大無功缺額。

工單驅動無功優化管理。根據云主站計算得到的存在無功缺額的配變信息，研判可能存在的無功管理問題，下發運檢類工單至臺區經理，制定長期優化方案，查漏補缺，完善區域內無功就地平衡問題，如表1 所示。

表1 配變無功缺額長期優化方案

電容器分組投切。針對目前網格內出現的配變無功缺額，按照從電源側至負荷側的方向，選擇網格組內距離無功補償不足的配變最近的閑置電容器組進行投切。分組投切策略通過云主站布置，判斷所須投入電容器的組數，利用智能融合終端的遠程控制功能對所須投入電容分組進行自動投切，從而滿足當前網格內中壓側無功缺額的補償。分組投切策略應滿足以下原則：當投切電容器最小分組容量滿足網格內配變無功缺額時，可進行遠程投切；當投切電容器最小分組小于網格內配變無功缺額時，須就近選擇其他電容器組，一并投切；當投切電容器未分組或分組容量大于網格內配變無功缺額時，須就近選擇其他電容器組以供投切。

取得成效及社會效益

以10 千伏甲線路為例，線路總長11.5 千米，所接帶配變共計32 臺，均已安裝智能融合終端，配變電容器為智能電容器。按照聯動分組劃分原則，綜合考慮線路負荷大小和供電半徑，從地理位置區域負荷分布選擇，共計劃分為5 個無功聯動分組，分組供電半徑最大1.95 千米、最小1.21 千米，如圖1 所示。

圖1 10千伏線路地理接線圖

以聯動分組1 為例，乙配變額定容量400 千伏?安，功率因數小于0.9，且該配變電容器已全部投入仍無法滿足當前無功須求，系統觸發區域無功聯動調整策略，通過距離乙配變供電距離最小的3 個配變自動投切電容器分組容量，使乙配變該點的中壓側無功缺額得到補充，從而減少無功遠距離傳輸帶來的線路損耗，有效解決部分配變電容器利用率低的問題。在聯動分組1 中，各配變通過無功聯動優化調整前后的數據對比如表2、表3、表4 所示。

表2 優化前配變信息數據表

表3 優化后配變信息數據表

表4 各配變無功聯動優化調整前后數據對比表

通過數據對比，該聯動分組某一時刻無功總缺額397.76 千伏?安，平均功率因數0.91，投入電容器組數為19 組。通過無功聯動優化調整后，該聯動分組原始數據無功總缺額317.67 千伏?安，平均功率因數0.94，新增投入電容器4組，新增補償容量80 千伏?安。

根據DL/T 686—2018《電力網電能損耗計算導則》，電容器的介質損耗角正切值為0.000 5，無功經濟當量取0.08，無功聯動分組內新增補償容量80 千伏?安后，節電量為：

式中：QC為無功補償裝置的額定容量，千伏?安；KQ為無功經濟當量，千瓦/千伏?安； tanδ為電容器的介質損耗角正切值；T為電容器運行時長，月均投入運行10 天，日運行6 小時，T =6×10=60；計算得到，該聯動分組月節省電量667.8 千瓦?時。

甲線路共分5 個聯動分組，累計新增投入無功補償裝置460 千伏?安，該線路月可節省電量2 194 千瓦?時，按照當地當年購電價0.394 9 元/千瓦?時計算，折算月經濟效益866.5 元。

得益于電網傳輸無功功率的大幅度下降，電網輸送有功功率能力提升、輸電線路負載率下降，臺區經理對臺區運行狀況的及時處理，促使設備安全運行水平顯著提高。以成武縣大田集鎮為例，2023年1—5月全面施行無功補償優化管理后，通過紅外測溫儀、局放檢測儀等設備檢測，大田集鎮變電站、線路及臺區共發現發熱缺陷10處，同比減少31 處，減少了設備運維的人工和機械成本，同時提高了供電可靠性；大田集鎮臺區出口低電壓“清零”，同比減少15 個；短時低電壓用戶40 戶，同比減少752 戶；因長時間低電壓產生的工單“清零”，同比減少19件，取得十分顯著的社會效益。

工作展望

下一步，將探索試點建立“站、線、變、戶”四級電能質量監測體系，從中、低壓兩個方面差異化制定監測技術路線，完成臺區融合終端、光伏保護開關、一二次融合開關、智能變電站安裝調試，開發電能質量監測微應用，依托資源業務中臺開展多元數據融合，深化數字挖掘手段，建立指標分析體系，實現多級數據采集和驗證，實現“站—線—變—戶”四級電能質量問題的定位和溯源。