10千伏及以下配网电容无功补偿及节能分析

10千伏及以下配网电容无功补偿及节能分析

张继衡

国网内蒙古东部电力有限公司兴安供电公司

内蒙古 乌兰浩特市 137400

摘要：随着我国电力行业的快速发展，国内电网基本实现了全面覆盖。10kV及以下配电网电容无功补偿在电网配置中得到了广泛应用，在很大程度上降低了电能损耗问题。同时，无功补偿还能促进电力资源的合理利用，为我国的可持续发展奠定基础。

关键词：10千伏及以下配网电容；无功补偿；节能

随着经济的发展，各行业对电能的需求不断增加，这对电力系统的供电质量提出了更高要求。10kV及以下配网是电力系统的重要组成部分，其运行安全稳定直接关系到整个电力系统的运行效率。通过电容无功补偿措施能有效改善配网电压质量，起到节能降耗作用，对电力行业的发展具有重要意义。本文重点探讨了10千伏及以下配网电容无功补偿及节能。

一、我国农村电网的应用与现状

我国是一个农业大国，农村人口占总人口的大多数。因此，农村的实际用电量将极大地影响我国电力行业的发展。当前，农村用电还存在一些不同的问题，如配电线路和配电设备超负荷运载、线路陈旧、配电线路供电半径长等。为满足农村用电需求，有关部门各方筹集资金，加强农村电网改造，提高设计标准，科学合理配置线路设施设备，农村电网网架结构趋于合理，供电能力有了很大提高。

在我国，许多地区10kV及以下配电方式通常属于单向辐射状态，其特点是：电力线路易损坏、电力末端质量不合格、电力负荷易受季节影响、无用电耗高、功率低。若采用无功补偿方法对电力线路进行分散补偿，不仅能起到有效维护供电线路的作用，而且使用方便，有利于提高线路可回收利用率和补偿率。我国实施了10kV及以下无功补偿的良好应用，起到了降损节能、提高线路末端供电质量的问题。

二、对10kV及以下配网进行无功补偿的意义

在配电系统中，无功功率主要通过补充电能量及磁能量转换引起的能量损失实现整个系统的稳定，虽然它不同于有功功率会产生能耗，配电系统的电气设备在电场、磁场能量的转换中会因电压降而产生电能损耗。在电力系统实际运行中，不仅系统网络元素会产生一定的无功功率消耗，而且电力系统中各种负荷(如变压器、电机端等)在正常运行时也会吸收无功功率，无功功率流动及传输无功功率将产生损耗，对发输配三方产生不利影响。因此，采用适当的补偿方法对整个配电网的无功功率进行补偿，使无功功率稳定在合适的系统运行范围内，能有效降低无功功率输送造成的有功功率损耗，以从根本上提高电力线传输电能的能力。

三、10kV及以下配网无功补偿难点

1、线路组合复杂。10kV及以下配网网络结构大多采用闭环设计、开环运行的结构模式。在正常情况下，各变电站供电优化相互独立，如在线路组合方面，配电网通过直接分配将电能分配给用户，若采用多样组合线路，选择更多的负荷节点进行无功补偿，虽然能达到更好的补偿效果，改善供电质量，但也会增加配电网复杂性，导致无功补偿优化算法更加复杂，无功补偿需面临更大的困难。

2、约束条件多。在10kV配电网无功补偿中，除基本的功率平衡及电压约束等限制外，还需考虑各种客观约束束条件。例如，尽管经配电网潮流计算后，某些区域是变电站的最佳选址，然而，由于该地区人口密集，线路架设困难，导致一些无功补偿工作较难实现。此外，常见的约束因素还包括环境约束、能源约束、线损约束、线路容量约束等。

3、相关因素在短期内变化大。与输电网络相比，配电网直接面向用户，无论是负荷增长方式及速度，还是供电区域的具体分布，易在短时间内发生较大变化。因此，配电网近阶段的无功补偿不可避免地需充分考虑长期发展的相关要求，整个配电网也需适应各种变化并做出相应的调整。

四、10kV及以下配网电容无功补偿方式

1、晶闸管控制电抗器的无功补偿方式。如图1所示，为晶闸管控制电抗器无功补偿方式示意图。在这种补偿模式下，两个可控晶闸管并联，方向相反，电感L串联形成一个支路(三相电力系统通常采用三角形连接方式)，然后与多个电容器串联运行。在无功补偿运行过程中，反向并联形成的可控晶闸管可根据设定的单相半波参数进行交流式运行，电工可通过改变可控晶闸管上的触发角或电容器的等效电容值来改变整个运行电路的等效电抗，这样，通过电感的电流能在一定程度上与需要补偿的无功功率补偿容量相匹配。在10kV及以下配网系统中，这种补偿方法优点明确，能根据电网实际运行情况及时调整。同时，它具有快速的动态响应速度和较强的连续性，能向电网系统提供感性和容性无功功率。需了解的是，整个补偿模式下的LC谐振回路也能有效吸收配电网中电力设施运行时的高次谐波分量，其自身形成的损耗也处于较低水平。但这种补偿方式也有一定的局限性，例如，由于谐振回路的特性，很难为超高压电网系统提供适当的无功补偿，反向并联可控晶闸管的运维困难等，这使得该补偿方法在低压配电网无功补偿方法中得到普遍应用。

图1 晶闸管控制电抗器无功补偿法原理示意图

2、晶闸管投切电容器无功补偿模式。对于晶闸管投切电容器的无功补偿方式，在整个电路中，补偿器由两个方向上可控性不同的晶闸管并联组成，然后与多个电容器C串联组成无功补偿电路。与晶闸管控制电抗器的无功补偿方法相比，其工作理念简单明了，只需先设置可控晶体管的导通参数即可，这样，在一定程度上，当端电压为零时，可控晶体管的两端可与配电系统连接，从而使与电容C串联的总回路中有电流存在。在这种补偿方法中，补偿回路的端电压与电容器的组数N成正比，能为配电网提供实时无功补偿。一般来说，为有效抑制电路突然导通引起的过大电流冲击，应在电容器的支路中串联几个小数值电抗器，以有效降低电流的变动性。在日常应用进程中，晶闸管投切电容无功补偿具有控制灵活、响应速度快、噪声低、抗干扰性能好、自身谐波难以形成等优点。另外，由于电路结构的多样性，电网的运维非常困难，谐波吸收能力也相对较低。

3、自饱和电抗器的无功补偿方式。对于自饱和电抗器的无功补偿原理，其电路由可切换电容器和多相谐波补偿电抗器组成，二者并联而成。其中，电容器可作为一种偏置现象来提高超前功率，电抗器可利用自身特性有效控制无功补偿电路中的补偿幅度。工作人员可通过切换晶闸管的导通角来提高饱和电抗器中的电流水平，从而达到适合无功功率补偿电路具体要求的效果。客观地说，与晶闸管投切电容器无功补偿方法相比，自饱和电抗器无功补偿方法耗电量大，但在电流超前偏置和电压偏移幅度控制方面有着广阔的应用前景。

五、无功补偿的实际节能

1、确定线路的实际补偿容量。在确定配电线路无功补偿装置容量时，必须事先将线损降至最低，并以此作为设定原则。一般来说，最佳条件是无功补偿装置的容量设置为平均无功负荷的2/3，因此，在安装无功补偿装置时，有必要优先对安装线路的实际负荷值进行更全面的调查和探索，以确定无功补偿装置的实际容量范围。

2、确定补偿装置的安装位置。在选择无功补偿装置的位置时，先要遵循无功就地平衡准则。同时，在装置的安装过程中，需考虑配电线路上的无功电流，并且最好将要求降至最低。通过长期实践及相关研究发现，在每条配网线路上安装无功补偿装置是最佳的，其最优位置约在符合的2/3处附近。只有合理选择电容器的位置，确定无功补偿容量，才能在一定程度上降低配电网运行过程中的线损，并有效提高电压质量，从而满足社会经济发展过程中的实际供电需求。

综上所述，采取适当的方式补偿配网的无功功率，降低电力系统的有功功率损耗，提高系统的功率因数及设备利用率，对保证电力系统的稳定运行具有重要意义。

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(01).

[2]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,2016(03).