有关10kv配网无功补偿装置降损节能技术的探讨

有关10kv配网无功补偿装置降损节能技术的探讨

刘达

身份证号码：43038119880310xxxx广东湛江524006

摘要：电网中的电力负荷如电动机和变压器等，大部分属于感性负荷，在运行过程中电网电源需向这些设备提供相应的无功功率。在电网中安装并联电容器等无功补偿设备后，可以补偿感性负荷所消耗的无功功率，从而减少通过电力线路输送的由电网电源向感性负荷提供的无功功率。文章对10kv配网无功补偿装置降损节能技术进行了研究分析，以供参考。

关键词：10kv配网；无功补偿装置；降损节能技术

1前言

10kv配网处于电力系统的末端，是为用户输送与分配电能的重要组成部分，对10kv配网节能降损技术的研究具有重要的现实意义。对10kv配网的结构与负荷进行分析，寻找最优的运行方式，为10kv配网的优化运行提供理论基础。10kv配网运行方式的优化，就是改变10kv配网络中各支路分段开关与支路之间的联络开关的状态，对10kv配网的结构进行重构。

2无功补偿的意义

电网输出功率分为有功功率和无功功率两个部分。有功功率是指直接消耗电能，把电能转变为机械能、热能、化学能或声能，利用这些能作功的功率；而无功功率不消耗电能，只是把电能转换为另外一种形式的能，这种能作为电气设备能够作功的必备条件，同时这种能能够在电网中与电能进行周而复始的转换。电流在电感元件中作功时，电流超前电压90kW·h，电流在电容元件中作功时，电流滞后电压90kW·h，同一电路中，电感电流和电容电流方向相反，相差180kW·h。为了提高电能作功的能力，往往在电磁元件电路中有比例地安装电容元件，使两者的电流相互抵消，使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小，从而提高电能作功的能力，这就是无功补偿装置的工作原理。

2.1提高功率因数

功率因数是供电系统中衡量电气设备效率高低的一个系数。功率因数低，说明用于交变磁场转换的无功功率大，反之，说明转换的无功功率小。功率因数的高低准确反映了电源所输出的最大平均功率用以作功的效率，即功率因数的高低是由电源容量的利用率决定的，而负载的性质决定了功率因数的高低。

2.2提高供电系统的利用率

所有用电设备均存在无功功率，并在设备和电源间周期性交换，而这些无功功率占用了供电系统中的很多容量，从而导致供电线路供电能力下降，变压器容量利用率降低，同时各级控制开关带载容量下降。安装无功补偿后，使井下有功功率提高，接近变压器视在功率，从而使变压器视在功率利用率提高，达到理想程度。

2.3稳定电网电压

设备运转，感性用电负荷将产生大量无功功率。供用电系统中电动机在不同时段或相同时段频繁起动、停止，直接影响无功功率的大小，这种无功功率因感性负载作功而必然存在：其变化的频率快慢导致电网电压波动频率加快或变慢，电压波动范围扩大会直接影响电气设备正常工作，而设备不能在允许电压下稳定工作，会提高设备损坏的可能性。加装无功补偿后，无功功率降低，供电系统中电压、电流相对变化较小，电容在交流电路中与阻感性负载并联运行，因电容极板的充电、放电过程使两端电压不能突变，从而起到稳定电网电压的作用。

2.4减少电气事故延长设备寿命

流过供电线路、变压器、各级控制保护开关及供电系统所有主回路连接点的电流与该系统的温度升高成正比，电流大定然导致温度升高快，而温度升高、超过其绝缘强度后，必然使其绝缘老化，从而发生接地、放电、弧光短路等各类事故。事故发生后，不但增加维修工作量、缩短设备使用周期，还会加大检修资金支出、增加设备投资费用。加装无功补偿后，通过无功补偿，可以使系统电流大幅度下降，所有电气设备实际承受电流降低，减少因大电流而造成各类电气事故的几率，减少检修维护时间、提高开机时间，降低事故率、延长设备使用寿命。

3无功补偿方式

无功补偿方式包括集中补偿、分散补偿、就地补偿三种。

3.1集中补偿

地面变电站主变加集中补偿，有利于电网提高输电能力和降低长距离输电路线路中电阻消耗电能的作用；井下低压供电系统在变压器二次进行集中补偿，特点是靠近负荷中心，提高变压器视在功率利用率，减少从地面电源值移动变电站供电电缆中大量的无功损耗。

3.2分散补偿

常用于高压电容器分散安装于电网10kV或6kV配电线路的干架上，一级公用配电变压器低压侧用户各支路配电母线上，达到提高功率因数、降低线路电流、减少线损的目的。

3.3就地补偿

就地补偿通常采用电容器直接安装，与电动机供电回路相并联，主要用于低压10kv配网络，运行的电动机所需无功量由电容器就地供给。缩短能量交换距离，从而最大程度地降低线路电流。在供电线路同等的条件下（指截面、距离、材质）线路损耗与电流的平方成正比，故电容就地补偿的节能效果是三种补偿方式中的最佳方式，但因为井下作业场所条件有限，要受顶底板条件、周围巷道环境等因素的限制，同时要考虑到便于设备检修、维护等，实现用电设备全部补偿的可能性较小。

410kv配网运行方式降损节能优化

4.1数学方法求解10kv配网重构

运用数学方法的优势是可以在有限的时间内求解出局部的最优解，现如今随着10kv配网逐渐增大，利用数学方法计算重构问题，计算时间有时会长到无法满足工程的要求，故数学方法求解10kv配网重构问题只适用于小规模的配电系统当中，无法满足当前大规模的10kv配网络。

4.2启发式算法求解10kv配网重构

运用启发式算法对10kv配网进行重构时，需要与10kv配网重构的特性结合，计算速度较数学方法有了一定的提高，但由于10kv配网重构自身的特点，系统初始状态会比较容易对结果产生影响，结果不能确定为最优解。

4.3人工智能算法求解10kv配网重构

人工智能算法包括：模拟退火法、粒子群算法、禁忌搜索法、蚁群优化算法、混沌优化算法、遗传算法、和声搜索法以及其他人工智能算法。但是单一的人工智能算法常常具有收敛速度较慢，易于陷入局部最优解，鲁棒性不强的特点，现代研究10kv配网重构问题时通常运用改进的人工智能算法或者将两种算法相结合后再用以求解10kv配网重构问题。目前在对10kv配网进行重构时，利用人工智能算法，可以较快地提升寻找全局最优解的速度，但收敛速度却下降了，同时在求解较为复杂的结构时，通常使得计算量过大，再利用该方法对10kv配网进行重构时会遇到许多困难。

4.4新型电力电子器件

智能软开关SNOP（softnormallyopenpoint）是安装在联络开关处的新型电力电子装置，是一种能够比较精确地传输相连接的两条线路的有功功率与无功功率的交换。

5结束语

10kv配网无功补偿适用于各供电企业和各用电客户，特别是区级供电企业，加强无功的管理对降低线路损耗、提高电压质量意义重大，此外，从节能减排的长远发展的目标出发，建立节约能源长效生产机制，加强无功管理，引导企业使用无功补偿装置，合理补偿无功以节约国家能源，对降低能量损耗；对降低供电成本，提高企业的经济效益同时，减轻国家电能供应不足的压力，在倡导节约型社会的今天尤为重要。

参考文献：

[1]马草原，孙展展基于双重混合粒子群算法的配电网重构[J].电工技术学报，2016，31（11）：120-128.

[2]余贻鑫，段刚.基于最短路算法和遗传算法的配电网络重构[J].中国电机工程学报，2000，20（9）：44-49.