淺談10kV城市配網(wǎng)系統(tǒng)中無功補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)及應(yīng)用

淺談10kV城市配網(wǎng)系統(tǒng)中無功補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)及應(yīng)用

Summary：在社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展的推動(dòng)下,城市配電網(wǎng)系統(tǒng)也得到了更多的完善，尤其在當(dāng)下城市生產(chǎn)生活中電力的需求在不斷增長(zhǎng)，城市配網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)和應(yīng)用越來越受到社會(huì)上下的關(guān)注和重視。10kV配電線路中如果無功補(bǔ)償設(shè)計(jì)不合理,不能及時(shí)進(jìn)行有效的無功補(bǔ)償,就會(huì)導(dǎo)致配網(wǎng)電壓損耗過大等一系列問題的出現(xiàn)?；诖?，本文結(jié)合案例實(shí)踐對(duì)10kV配電線路存在的問題進(jìn)行分析，并對(duì)配網(wǎng)系統(tǒng)的進(jìn)行無功補(bǔ)償優(yōu)化設(shè)計(jì)和應(yīng)用,以作參考。Keys：10kV配電網(wǎng)；城市配網(wǎng)；無功補(bǔ)償；應(yīng)用研究一、引言隨著城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模的日益擴(kuò)大，城市用電需求與電力供應(yīng)的問題凸顯，城市配網(wǎng)系統(tǒng)無功補(bǔ)償對(duì)于城市供電可持續(xù)發(fā)展有著重大意義。很多城市傳統(tǒng)電網(wǎng)存在設(shè)備落后，電網(wǎng)系統(tǒng)過于陳舊的問題，而城市新建配電網(wǎng)系統(tǒng)及其新增工業(yè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)負(fù)荷往往比較大，城市配電系統(tǒng)更新和改善是當(dāng)前很多城市用電的普遍問題，但因建設(shè)和投產(chǎn)計(jì)劃遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)容量，由此導(dǎo)致城市電網(wǎng)經(jīng)常出現(xiàn)電壓水平與功率因數(shù)偏低，進(jìn)而使電能質(zhì)量下降，電網(wǎng)穩(wěn)定水平降低。造成為其建造的大型變電站長(zhǎng)時(shí)間低負(fù)載率運(yùn)行，10kV電纜線路的用電負(fù)荷比例逐年增大，因此城市配網(wǎng)系統(tǒng)中的無功補(bǔ)償設(shè)計(jì)和應(yīng)用是解決當(dāng)前問題的一大有效舉措，必須加以重視。二、案例分析由于城市用電在持續(xù)增長(zhǎng)，尤其是夏季負(fù)荷的不斷增加，城市電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和電源分布持續(xù)地發(fā)生著改變，可能造成無功不足、降低電壓水平，直接影響到電力系統(tǒng)向電力用戶提供的電能質(zhì)量，這在與用戶直接相關(guān)的配電網(wǎng)中顯得十分重要。因此，對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行無功補(bǔ)償，在降低電網(wǎng)的損耗、改善用戶的電能質(zhì)量等方面具有重要意義。然而，在對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)，使用的非線性補(bǔ)償設(shè)備會(huì)產(chǎn)生諧波問題。諧波會(huì)直接影響變壓器、通信設(shè)備、繼電保護(hù)裝置等設(shè)備的正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)绊懙诫娏ο到y(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。廣東省縣級(jí)供電企業(yè)功率因數(shù)考核管理一般有如下規(guī)定：首先，有功正送時(shí)，高峰時(shí)段：10kV負(fù)荷功率因數(shù)應(yīng)控制在0.90及以上，無功不得倒送。低谷時(shí)段：10kV負(fù)荷低谷時(shí)段功率因數(shù)應(yīng)控制在0.88～0.97之間。其次，有功倒送時(shí)，允許無功倒送，但功率因數(shù)不應(yīng)高于0.97。凡有功功率倒送，無功功率正送時(shí)，該點(diǎn)按合格統(tǒng)計(jì)。再次，有功功率為零時(shí)，無功不得倒送。另外，峰谷時(shí)段定義為，高峰時(shí)段：6：30～23：00；低谷時(shí)段：0：00～6：30、23:00～24:00。為提高當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)主網(wǎng)電壓質(zhì)量及安全穩(wěn)定水平，改善電能質(zhì)量，供電局通過加裝無功裝置、合理應(yīng)用無功補(bǔ)償設(shè)計(jì)，提高用戶的功率因數(shù)合格率、電網(wǎng)運(yùn)行方式調(diào)整等，提高當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)功率因數(shù)合格率。2.1案例中配網(wǎng)系統(tǒng)功率因數(shù)合格率現(xiàn)狀分析根據(jù)省電力公司文件規(guī)定，考核點(diǎn)的采樣周期為15min，即每天考核96點(diǎn)。對(duì)當(dāng)?shù)啬尘€路連續(xù)5個(gè)月供電局轄區(qū)的10kV線路的功率因數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表1所示：2.2原因分析國(guó)標(biāo)規(guī)定35kV及以上供電電壓正、負(fù)偏差的絕對(duì)值之和不超過標(biāo)稱電壓的10%；20kV及以下三相供電電壓偏差為標(biāo)稱電壓的±7%；220V單相供電電壓偏差為標(biāo)稱電壓的+7%，-10%。電壓過高或過低都會(huì)使連入系統(tǒng)中的用電設(shè)備運(yùn)行不正常，效率低下，甚至造成異步電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)，嚴(yán)重時(shí)更可能損壞設(shè)備。當(dāng)電壓偏離額定值過多時(shí)，甚至?xí)绊懙秸麄€(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。因此，改善供電質(zhì)量，降低電壓偏差幅度，是電力企業(yè)需要面對(duì)的重要問題。為提高當(dāng)?shù)毓╇娋挚偟墓β室驍?shù)合格率水平，需要對(duì)表1述線路進(jìn)行分析，采取相應(yīng)措施，提高以上線路的功率因數(shù)水平。根據(jù)表1所示10kV線路平均功率因數(shù)情況進(jìn)行分析，功率因數(shù)合格率較低的主要原因可分為6類，具體如下：（1）該線路負(fù)荷過小，影響其功率因數(shù)，造成合格率較低。（2）該線路為用戶專用線路，一方面受用戶側(cè)負(fù)荷功率因數(shù)影響，另一方面用戶不生產(chǎn)時(shí)線路負(fù)荷過小，這兩方面影響線路總功率因數(shù)，導(dǎo)致合格率較低。（3）該線路最大負(fù)荷出現(xiàn)在夜間低谷時(shí)段，高峰時(shí)段時(shí)負(fù)荷較小，一方面受用戶側(cè)負(fù)荷功率因數(shù)影響，另一方面用戶不生產(chǎn)時(shí)線路負(fù)荷過小，這兩方面影響線路總的功率因數(shù)，導(dǎo)致合格率較低。（4）該線路最大負(fù)荷出現(xiàn)在夜間低谷時(shí)段，高峰時(shí)段負(fù)荷也較大，用戶負(fù)荷功率因數(shù)較低，影響線路總功率因數(shù)合格率。（5）該線路最大負(fù)荷出現(xiàn)在高峰時(shí)段，高峰時(shí)段線路功率因數(shù)會(huì)受用戶側(cè)負(fù)荷影響，而在低谷時(shí)段線路功率因數(shù)因線路負(fù)荷過小受影響，這兩方面因素均影響線路總功率因數(shù)，導(dǎo)致合格率較低。（6）該線路最大負(fù)荷出現(xiàn)在高峰時(shí)段，但低谷時(shí)段負(fù)荷也較大，用戶側(cè)功率因數(shù)較低，影響該線路總功率因數(shù)的合格率。2.3設(shè)計(jì)無功補(bǔ)償要點(diǎn)及應(yīng)用根據(jù)地調(diào)新的功率因數(shù)考核辦法，首先，基于無功補(bǔ)償?shù)膬?yōu)化考慮對(duì)上述線路進(jìn)行配電網(wǎng)重構(gòu)，被研究的配電線路通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)與另一條配電線路相連，對(duì)兩條配電線路合并后的電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配網(wǎng)重構(gòu)計(jì)算；其次，考慮改變電壓越限臺(tái)區(qū)配電變壓器分接頭位置對(duì)電壓質(zhì)量的影響，需要根據(jù)實(shí)況調(diào)整變壓器分接頭，當(dāng)然在10kV配電網(wǎng)中有些配電變壓器只有三個(gè)分接頭檔位，即只能在9.75kV、10kV、10.25kV中選擇，則通過調(diào)整變壓器分接頭只能將最大電壓偏移量降至-5.86%，亦可滿足要求；再次，對(duì)原有線路的設(shè)備進(jìn)行更新優(yōu)化，改變輸電線路型號(hào)，當(dāng)?shù)毓╇娋謱?duì)上述6種線路采取了的相應(yīng)措施：（1）對(duì)第一類線路，因地調(diào)無功取樣是整條母線的無功，所以，該線路負(fù)荷很小時(shí)，線路功率因數(shù)對(duì)母線功率因數(shù)的影響可忽略，對(duì)該類線路可不采取任何措施。（2）對(duì)第二類線路，營(yíng)銷、客服及相關(guān)供電所對(duì)客戶的電容器進(jìn)行檢查，對(duì)于補(bǔ)償度不夠的應(yīng)及時(shí)加裝電容器，對(duì)于損壞的電容器則督促及時(shí)更換，提高用戶的功率因數(shù)合格率。對(duì)于季節(jié)性變化較強(qiáng)的用戶，在生產(chǎn)淡季時(shí)，停用大容量變壓器。（3）對(duì)第三類線路，營(yíng)銷、客服及相關(guān)供電所做好用戶側(cè)工作，鼓勵(lì)大容量用戶在低谷時(shí)期加大生產(chǎn)，盡量使用戶錯(cuò)峰用電。（4）對(duì)第四類線路，營(yíng)銷、客服及相關(guān)供電所做好用戶側(cè)工作，提高用戶的功率因數(shù)合格率。另外，在用戶側(cè)功率因數(shù)滿足要求的情況下，在線路上加裝補(bǔ)償電容。（5）對(duì)第五類線路，營(yíng)銷、客服及相關(guān)供電所做好用戶側(cè)工作，提高用戶的功率因數(shù)合格率。（6）對(duì)第六類線路，營(yíng)銷、客服及相關(guān)供電所做好用戶側(cè)工作，提高用戶的功率因數(shù)合格率。另外，通過聯(lián)絡(luò)關(guān)系，將負(fù)載率較高的配電線路的一部分負(fù)荷調(diào)至負(fù)載率低的線路供電，以使線路負(fù)載率分布更為合理。在用戶側(cè)功率因數(shù)滿足要求的情況下，在線路上加裝補(bǔ)償電容。此外，每月由調(diào)度所統(tǒng)計(jì)10kV功率因數(shù)沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的線路（要求10kV線路功率因數(shù)不低于0.9），并提供給安全運(yùn)檢部和營(yíng)銷部，由安全運(yùn)檢部在每月的停電平衡檢修會(huì)議上布置落實(shí)整改。三、結(jié)束語可見，改善配電網(wǎng)供電質(zhì)量是一個(gè)極其復(fù)雜的問題，要在原有配網(wǎng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行合理的無功補(bǔ)償，需要結(jié)合具體配電網(wǎng)的實(shí)際情況才能得出最優(yōu)方案，通常還需要考慮配網(wǎng)系統(tǒng)的電壓幅值、頻率、諧波含量三個(gè)指標(biāo)，對(duì)于處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的配電網(wǎng)來說，最受關(guān)注的是電壓幅值偏離額定電壓值幅度的問題，即所謂電壓偏差問題，從而使10kV城市配網(wǎng)系統(tǒng)能夠合理的進(jìn)行無功補(bǔ)償，提高