10千伏及以下配网电容无功补偿及节能分析梁钦贤

10千伏及以下配网电容无功补偿及节能分析梁钦贤

梁钦贤

（广西广信电力设计有限公司广西南宁市530000）

摘要：提高运行电网的功率因数对于减少能耗损失和提升运行稳定性都具有较大意义，我国目前主流补偿方式是在变电所电容器组集中补偿和面向用户的组合就地补偿二种方式相结合，但电力系统结构多种多样，不能完全补偿低压电网中的无功损耗和电压下降。

关键词：10千伏及以下配网电容；无功补偿；节能效益

引言

为了确保电网能够实现安全运行的目标，需要采取有效措施使其电压处于稳定状态。其中，电压稳定是当外界因素对电力系统造成干扰后，系统电压依然可以维持或快速恢复至原先的情况，不会引起电压崩溃的结果。根据相关统计资料可知，我国有许多大范围停电现象是由于电网发生电压崩溃所导致的。由此可见，电压稳定问题已经变成当前电网发展需重点解决的一项问题。

1电压失稳机理分析

1.1直流故障

当直流电网出现单级闭锁、双极闭锁或者是在检修线路时出现直流双极闭锁的现象时，都不会使系统电压出现失稳的情况。通过重新分配电网有功功率与无功功率，电网运行状态将形成一个新平衡状态，但需注意此时可能会存在出现某些故障问题时电网系统实际可以恢复的电压不高，无法实现系统的稳定安全运行，可将其归为第二种状况，即处于暂态稳定状态，而且长期电压保持在0.9pu以下，电压无法恢复到较高的质量。当出现直流闭锁的情况时，电网电压将发生最大程度的下降，表现为缺少无功补偿，需要通过本地发电机来弥补动态缺额，为了能够保持恒定的发电机机端电压，随着励磁电压的升高，发电机的无功功率也会随之增大。考虑到某些地区实际接入的电源数量很少，因此会快速丧失大量有功功率，这就需要剩下的交流联络通道来担负额外的潮流，从而引起电网系统的电压降低现象。

1.2交流故障

在电网出现交流系统故障时，直流系统是否会发生换相失败的现象；同时还要考虑遇到换相失败的情况，电网系统能否继续恢复到新的稳定状态。当遇到交流线路与直流线路，同时会出现双极闭锁现象，将会在瞬间产生大量有功与无功功率，而无法在故障通道中完成电能的输送过程，此时需要重新分配系统潮流。之后，交流联络线路将获得更高的输送功率，从而可以通过此线路为受端电网输入更大的电流，使受端电网在正常状态下获得更高的无功需求。如果不对原先网络进行无功补偿，便会引起受端电压的降低，甚至还会引起受端电压出现明显波动的现象。对于电网负荷中心而言，其中有一个重要特征是有很大比例的负荷需通过来自远距离区域的特超高压直流或交流线路进行接入。因此，负荷中心需合理配置无功补偿设施才能确保电压保持稳定状态。通常是以电容器作为无功补偿设备，一旦当系统受到外界扰动因素影响导致受端电网无法及时获得无功时，便会引起电压减小，此时来自电容器的无功功率将通过电压平方的方式快速降低，使电压继续下降。

2目前常用的电容补偿方式

2.1变电站、配电所集中补偿

在变电站、配电所内设置若干个并联电容器组，用硬导线或高压电缆将电容器组与配电母线相连接，通过无功补偿器进行选择性投入，实现对变电站、配电所内所有负荷进行补偿。其主要目的是提高配电网的功率因数及终端电压，并对主变压器的无功损耗进行补偿，平衡该用电区域内的无功功率需求。

2.2组合就地补偿(分散就地补偿)

组合就地补偿是针对专用变等特定用户进行无功功率的就地平衡，一般在配电变压器0.4kV侧进行补偿。组合式就地补偿具有较好的电压改善效果和较高的设备利用率，设备维护和管理也较为方便，但投资较大，对补偿装置安装点到负荷段的设备功率因数不能进行补偿。

2.3单独就地补偿

单独就地补偿方式针对终端用电客户，将箱式并联电容器布置在生产车间的动力母线桥架上，对车间范围的用电设备无功补偿，称为单独就地补偿。需要经常进行投切操作时采用接触器；非经常操作可采用手动分合式空开对补偿电容器进行投切；面向用户的单独就地补偿，是用户大型用电设备的重点补偿方式。就地补偿可有效降低线损率，改善电压质量，提高线路供电能力。

2.4杆上无功补偿方式

把10kV户外并联电容器安装在架空线路的杆塔上来进行无功补偿，以达到降损升压的目的。由于杆上安装的并联电容器远离变电站，所以容易出现保护不易配置，控制成本高，维护工作量大，受安装环境限制等工程问题。杆上补偿多为固定电容补偿，在轻载时，需要防止配电线路出现过电压和过补偿现象。

3动态无功补偿配置方案研究

3.1动态无功补偿装置类型选择

考虑到变电站的布点非常密集，整体网架结构比较复杂，需要承担很高的负荷，在500kV电网中产生的短路电流裕度非常有限。在这种情况下，调相机已经不适合对其进行动态无功补偿。通过比较SVC与STATCOM可以发现，因为SVC通过晶闸管来调控电抗器的时候使用的是不能关断的晶闸管；当晶闸管导通后，需要等电流变至零时才可以完成自然关断的过程。综上所述，从SVC发送指令直至晶闸管到达10ｍｓ的最大响应延时，再加上ＴＣＲ所占的过渡时间，使整个SVC装置约需消耗60ｍｓ或更长的响应时间。STATCOM是一个可控电流源，发生延时的原因是该装置存在自身的固有时间。根据以上分析，可以通过STATCOMＳ来有效处理动态无功的问题。

3.2配置容量分析

动态无功补偿设备的配置容量除了会对系统的稳定性造成影响以外，还会改变工程经济性，并决定最终选择何种方案，因此必须对配置容量进行精确分析。１）对于第二种系统电压稳定状况进行动态无功补偿研究。为了确保电压能够恢复到0.9pu，应至少将无功补偿容量设定为100Mvar。２）对第三种电压稳定状况进行研究后选择相应的动态无功补偿方案。为保证系统遇到故障问题时依然可以保持电压稳定状态，应设置300Mvar的最低无功补偿容量。经综合考虑，为保证电网电压能够保持长期稳定，应将动态无功补偿容量设定为30Mvar。

4智能电网与无功补偿

配网无功补偿与智能电网协调发展是今后电网的发展方向，一方面，电网规模的扩大，使得以人管理为主导的电网管理模式向智能化、精益化的智能电网管理模式转变。未来配网无功补偿将出现全局管理，精益化管理的特点。智能电网管理模型中，配电自动化对每条配电线路及其负荷特性进行采集，在智能调度系统中进行整理和分析，同时调用上述智能算法，通过大数据的计算，得出整个电网无功最优化控制策略。

5补偿的经济性

无功补偿的经济性与电网功率因数有关，无功缺额越大，补偿的经济性越好。某供电公司研究表明无功补偿装置两年内可以收回成本并有一定盈余。广西电网研究认为定功率因数补偿回报年限一般为三年，对与供电质量较差的边远农网，补偿回报年限则缩短至两年以内。

结语

配网是无功功率的主要来源，由于配网电流大，补偿不足，配网无功损耗问题较主网更加突出。研究配网配网电网结构以及与之相适应的无功补偿方式，确定配网无功补偿的地点和补偿容量，得到投资与补偿效果总体的最优方案，是解决配网无功问题的主要途径。

参考文献

[1]王涛.10kV及以下配网电容无功补偿及其节能[J].通讯世界,2016,10(18):57-58.

[2]肖修斌.10千伏及以下配网电容无功补偿与节能的浅析[J].中华民居,2011(11):663-664.

[3]陈大志.10kV及以下配网电容无功补偿与节能分析[J].机电信息,2013(03):11.

作者简介

梁钦贤（1989-），女，汉族，广西贵港市人，本科，助理工程师，主要从事电力行业用户工程设计工作。