全分相無功補償?shù)牟呗匝芯颗c示范應(yīng)用

吳 凡，宋浩杰，王文林

（國網(wǎng)安徽省電力有限公司黃山供電公司，安徽 黃山 245000）

0 引言

無功補償主要的實現(xiàn)方式是采用并聯(lián)電容器。傳統(tǒng)無功補償裝置大多數(shù)采用等容補償方式，只有一種編碼方式即單回路電容器容量相等循環(huán)投切。由于單相負(fù)荷在低壓配電網(wǎng)中大幅增加造成三相不平衡度較高，傳統(tǒng)三相共補補償必然造成不同相之間過補與欠補并存，不利于提高補償精度，而且電網(wǎng)所須要補償?shù)臒o功功率的數(shù)值往往是連續(xù)的、不分等級的。因此，須要對無功補償裝置中電容器回路容量大小搭配及電容器回路投切控制策略進行改進。

1 全分相無功補償?shù)慕榻B

全分相無功補償裝置由三相線路采集裝置、6條補償回路和控制器組成。三相線路采集裝置設(shè)置在三相線路上，檢測每相的電壓和電流，其輸出端連接控制器；6條補償回路并聯(lián)設(shè)置在三相線路，分別與控制器的輸出端連接。6條補償回路采用124888編碼方式分配分補電容器回路容量，對應(yīng)容量比為1∶ 2∶ 4∶ 8∶ 8∶ 8，通過不同組合實現(xiàn)31檔容量連續(xù)調(diào)節(jié)，控制器對6路補償回路進行投切操作。

1.1 全分相無功補償與傳統(tǒng)補償?shù)谋容^

相比于傳統(tǒng)無功補償方式，全分相無功補償在補償方式上能對每一相進行單獨補償，從而達(dá)到任一相無功平衡。如三相有功負(fù)載均為20 kW，無功負(fù)載分別為10、20、30 kvar，傳統(tǒng)無功補償投共補，每相補20 kvar，導(dǎo)致A相過補10 kvar、C相欠補10 kvar，而全分相無功補償，每相按實際需求補償，每相功率因數(shù)均為1，如表1所示。

表1 三相無功不平衡時的補償邏輯

從分組分檔情況來看，傳統(tǒng)無功補償一般為4～8組，而全分相無功補償共6組31檔，補償精度能達(dá)到3.2%，是傳統(tǒng)無功補償?shù)?倍以上；從響應(yīng)時間來看，傳統(tǒng)無功補償?shù)捻憫?yīng)時間一般為3 min（傳統(tǒng)無功補償控制策略，電容器和系統(tǒng)電壓同時在“零”投，故電容器須完全放電后方能投入運行），全分相無功補償可以做到即時響應(yīng)（全分相無功補償控制策略，電容器和系統(tǒng)電壓差值為“零”時投，故電容器無須放電即能投入運行）。如表2對比可知，全分相無功補償裝置的補償效果遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)無功補償方式。

表2 全分相無功補償與傳統(tǒng)無功補償?shù)膶Ρ?/p>

1.2 全分相無功補償與SVG策略補償方法的比較

相比于SVG策略補償，全分相無功補償損耗率為SVG策略補償?shù)?/60，壽命年限約為SVG策略補償?shù)?～4倍，成本約為SVG策略補償?shù)?/8，如表3所示。

表3 全分相無功補償與SVG策略補償方法的對比

2 全分相無功補償?shù)墓こ虒嵺`

2.1 動力用戶就地?zé)o功補償

動力用戶全分相就地?zé)o功補償裝置通過交流采樣方法采集線路的電壓、電流等電氣量，通過計算輸出各路電壓、電流以及3個線電壓的有效值，并計算有功功率、無功功率、功率因數(shù)等參數(shù)，由控制器實時監(jiān)測系統(tǒng)電壓及無功功率的變化。當(dāng)系統(tǒng)電壓低于供電標(biāo)準(zhǔn)或無功功率達(dá)到所設(shè)定電容器組投切門限時，控制器給出投切指令。根據(jù)動力（電機）實際運行需要，一般按照設(shè)備總?cè)萘?0%～60%配置，分相分組容量比為1∶ 2∶ 4∶8∶ 8∶ 8，自動補償或?qū)崪y無功最大需求，安裝在動力用戶產(chǎn)權(quán)分界點供電企業(yè)側(cè)，與動力負(fù)載同步投運或退出；非動力負(fù)載，采用無功全分相6組31檔自動補償設(shè)備總?cè)萘?0%，與動力負(fù)載同步投運或退出，該無功就地補償裝置具有可靠性高、安全性高、配置合理、補償效果好、便于檢修維護等優(yōu)點。低壓就地補償，提高高低壓供電能力20%、30%，提高供電質(zhì)量，大幅降低線損率。

2.2 全分相無功補償閾值設(shè)定

全分相無功補償裝置每相分6回路，每相電容器組容量以“124888”編碼方式分配，調(diào)節(jié)精度高達(dá)3.2%。裝置采用無功功率為主，電壓為輔的控制方式，無功型控制器實時監(jiān)測系統(tǒng)電壓及無功功率的變化，計算出每相所需無功數(shù)量后，結(jié)合設(shè)定的電壓上限值、電壓下限值、無功功率下限，進行無功補償裝置電容投切。當(dāng)控制器監(jiān)測電壓在合格范圍內(nèi)時，無功補償控制器響應(yīng)控制投切最小閾值為電容器組最小電容容量1/3。如某電容器分組為2∶4∶ 8∶ 16∶ 16∶ 16，其最小單相分組為0.67 kvar，按照無功補償“不過補”的基本要求，設(shè)定該裝置無功補償閾值為0.7 kvar，即監(jiān)測到單相無功功率達(dá)到0.7 kvar時無功補償裝置動作。

2.3 配變空載節(jié)能補償

如圖1所示。對于配變空載節(jié)能補償，可通過在變壓器低壓側(cè)（采樣電流互感器電源側(cè)）安裝定補電容方式進行無功就地平衡，電容容量可根據(jù)變壓器額定容量與空載電流計算得出（QB0＝SeIB0，式中：QB0為變壓器空載所產(chǎn)生的無功功率損耗；Se為變壓器額定容量，IB0為空載電流百分比），也可根據(jù)查詢不同型號變壓器空載無功損耗對照表確定。

3 典型案例分析

3.1 未實行全分相無功補償?shù)陌咐?/h3>

黃山供電公司五城中心供電所下芳干臺區(qū)XN20111變臺區(qū)，供電半經(jīng)400 m，自2023年7月下旬線損率由原2%飆升至7%，通過對臺區(qū)所有表計及用電秩序多次進行核查，未發(fā)現(xiàn)竊電及表計故障情況。經(jīng)查看系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)臺區(qū)末端一茶廠用電量顯著增加，占臺區(qū)整體用電量的1/3。自該茶廠生產(chǎn)后，臺區(qū)線損率就偏高，用電負(fù)荷特性為感性負(fù)荷，初步考慮用戶側(cè)功率因數(shù)過低造成無功無法就地補償，反送至配變，導(dǎo)致線路損耗增加，形成高損，初步鎖定該戶。

經(jīng)對比該戶生產(chǎn)時無功功率明顯高于有功功率，且三相電壓為200 V左右。臺區(qū)經(jīng)理與用戶溝通后，在該戶電機側(cè)安裝一套50 kvar（30 kvar共補 +20 kvar分補）全自動無功就地補償裝置。

無功就地補償裝置安裝后，無功功率下降明顯，電壓提高至220 V左右。通過對該戶用電量及臺區(qū)線損率進行跟蹤分析，安裝無功就地補償裝置后，該戶生產(chǎn)時功率因數(shù)由0.5提升至0.95以上，臺區(qū)線損率下降至3%，如表4所示。

表4 無功補償前后對比

該戶安裝50 kvar（30 kvar共補 + 20 kvar分補）全自動無功就地補償裝置雖效果明顯，但因采用傳統(tǒng)無功補償方式，造成單相過補或者欠補，補償效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到理想效果。

3.2 實行低壓無功精準(zhǔn)補償策略的案例

廣德供電公司盧村中心供電所“古嶺#12890015公用變”運行容量200 kV·A，用戶數(shù)77戶，最大負(fù)載率24.33%，臺區(qū)同期日線損率波動較大（4.5%～12.8%），多次現(xiàn)場排查未發(fā)現(xiàn)明顯管理問題。對比分析2023年4月26—27日和5月2—3日合格變高損時用戶電量變化情況，用戶“7226006119×××”均存在電量突增情況，該戶為竹制品加工廠，距離變壓器約500 m，生產(chǎn)時電量占臺區(qū)總售電量的25%左右。通過用采系統(tǒng)透抄該戶電壓、電流和功率因數(shù)，電流未越限，電壓較變壓器出口側(cè)降幅達(dá)10%，功率因數(shù)僅0.45，如表5所示。

表5 竹制品加工廠實測數(shù)據(jù)

該戶生產(chǎn)時功率因數(shù)僅為0.45。根據(jù)公式，配電線路有功損耗Δp為

式中：P為線路輸送有功功率；U為線路電壓；R為線路電阻； cosφ為功率因數(shù)。

得出ΔP與功率因數(shù)的平方成反比，進一步得出負(fù)荷功率因數(shù)降低與線損增加的關(guān)系可用公式求得：

式中： cosφ1為補償前功率因數(shù)； cosφ2為補償后功率因數(shù)。 根據(jù)計算，該臺區(qū)線損率變化的主因是受功率因數(shù)的影響。用戶上月有功最大需量為19 kW，根據(jù)其功率因數(shù)計算后，計劃按2∶ 4∶8∶ 16的比例配置4組共30 kvar電容器，通過無功補償控制器實現(xiàn)低壓動力用戶15檔精準(zhǔn)無功補償。5月10日安裝后，用戶功率因數(shù)由0.3提升至0.99以上。如表6所示，5月11日以后用戶生產(chǎn)時功率因數(shù)保持在0.95以上，電壓提高了5%，臺變功率因數(shù)也顯著提升，線損率下降至7%以內(nèi)，未再出現(xiàn)高損情況。

表6 古嶺公用變臺區(qū)線損明細(xì)

4 結(jié)束語

本文結(jié)合配電網(wǎng)無功補償?shù)膶嶋H需求，對全分相無功補償?shù)牟呗赃M行研究，實現(xiàn)“31檔”全分相自動補償，在補償方式上能對每一相進行單獨補償，從而達(dá)到任一相無功平衡。并通過實例驗證其補償效果，相較于傳統(tǒng)無功補償?shù)姆椒ǎ窒酂o功響應(yīng)及時迅速，補償效果好，可提高電網(wǎng)功率因數(shù)達(dá)到0.98以上。