城市10KV線路無功補償降低線損情況分析

王燕

摘要：現代化進程的加快，帶動了電力行業的快速興起，城市供電基礎設施的建設也不斷完善。因而近些年以來，如何有效改善電壓質量以提高運行效率一直是供電部門所仔細研究的問題之一。

關鍵詞：城市10KV線路無功補償降 低線損分析

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一、對10KV線路方面無功補償系統的闡述

從通常情況下來講，所謂10KV線路方面無功補償系統，主要指的是通過優化原有的管理系統以便供電部門能夠隨時對全線路無功電壓的各種狀況進行了解與掌握，繼而在分析整體線路的負荷分布以及電壓是否合格的基礎上，能夠促使供電部門有效提高電能數據和檢測、計量以及檢測整線路數據的準確程度。另一方面，當前10KV線路方面的無功補償主要有在變電站10KV母線按主變容量的15%左右集中安裝補償電容器組，在用戶配變低壓側分散安裝低壓補償電容器柜，在10KV線路若干符合中心處或線路2/3處集中安裝10KV線路補償電容器組等三種補償方式。

從另一層面上來講，以上第三種補償方式較之前兩種具有補償裝置集中、減少線路損耗、設備利用率高以及便于管理和維護等多種優點，因而在當前供電企業當中廣泛應用。而無功補償通過對無功功率進行補償能夠提升電網運行過程中的有功功率比例，亦能夠有效降低供電企業的生產成本與經濟效率。往往供電企業在10KV線路方面安裝無功補償裝置會對配網損耗以及供電電壓產生一定作用與影響，因而降低線路損耗與提高供電速率對于供電企業與城鎮居民而言是至關重要的。所以，在10KV線路方面安裝無功補償裝置呈現出了必要性。

二、l0kV供電網無功補償問題的提出

在城市l0kV供電網中所需的無功功率主要是一些供、用電設備所消耗的無功功率，這些設備主要包括配電變壓器、線路、異步電動機等。

其損耗為

式中：

——配變所消耗的無功功率；

——線路所消耗的無功功率；

——異步電動機所消耗的無功功率。

1、 配電變壓器無功損耗

配電變壓器無功損耗包括兩部分。一部分是勵磁電流所產生的損耗，它近似地等于變壓器的空載損耗，即為固定無功損耗；另一部分是漏磁通所產生的無功損耗。它與負荷電流的平方成正比，即為可變損耗。

式中：

—— 變壓器空載電流的百分數；

—— 配變容量；

If——負荷電流；

XL——變壓器的漏抗。

2、 線路無功損耗

線路無功損耗是指負荷電流在線路感抗上的損耗。

式中：

——線路感抗值。

3 、三相異步電機的無功損耗

三相異步電機的無功損耗由兩部分構成。一部分是空載損耗，另一部分是負荷電流平方成正比的漏磁損耗。

式中：

P——負荷功率；

η——電動機效率；

Pe——電動機額定功率；

φ——電動機額定功率因數角。

由于以上無功損耗的存在，使得l0kV供電網功率因數下降，供電電壓降低，線損增加，因而必須對l0kV供電網按一定原則進行無功補償，提高供電電壓同時減少線路損耗。

三、無功功率補償原則

1、為減少無功功率與電源交換能量所造成的有功損失，無功功率應就地就近進行平衡。

2、對于變壓器空載無功損耗應采取固定方式補償。

3、對于電動機隨時啟動、停止這一工作性質，無功補償采取隨機投切方式。

4、根據我國電網結構情況，宜采取欠補償方式(IL>Ie)。

四、無功補償方式

針對變壓器空載無功負荷進行無功補償。為防止過補償，采取高壓側(10kV側)補償、考核補償前后的線損率。

1、 補償前情況

按首端參數計算的有功電能損失應等于按各分支路參數計算的有功電能損失之和。

式中：

RD一線路等值電阻；

Ai一線路分支電量；

Ri一線路分支電阻；

Ap一線路首端電量。

已知出口有功電量239200kW?h；功率因數0．7；母線電壓10kV；運行時間720h；負荷系數1．2；出口無功電量244007kW/h。

計算結果：

線路等值電阻：

線損電量：

2、 補償后情況

變壓器空載無功負茼曲線把變壓器空載無功功率就地就近平衡，根據鏡呈象原理在X軸下方同樣呈現X軸上方的曲線，這就應逐臺區進行補償，為防止過補償，電容器補償容量應等于變壓器空載無功功率乘上小于l的系數，一般取K=0．95為宜，電容器補償容量見表l。

計算結果：

電容器總容量：l28．74kVAR；

無功電量：92692kVAR；

補償后力率：0．84；

線損電量：4l72kVAR：

線損率：1．74％。

五、10kv電容補償在運行中存在的一些問題

1、無功補償支路數過少時，可能造成有效補償容量過大。在無功補償支路中，往往沒有電抗器配置，因此無法有效抑制合閘涌流。目前，電抗器的配置電抗率大部分為1%少量為6%還有極少量為12%對抑制合閘涌流及諧波有一定的作用。電抗器的電抗率應根據裝設點諧波情況，結合實際、科學配置，而不應該參照統一模式，按固定電抗率的參數配置。

2、由于設計方面的局限性而引起諧波放大，使背景電壓總諧波畸變率偏高，并頻繁造成補償裝置過載、運行故障等事故，如熔絲熔斷、爆炸、鼓肚等。在部分補償點，因諧波放大或過載，補償裝置在很多情況下甚至無法投入運行。

3、部分補償裝置采用三角形接線方式，當系統發生故障，或發生操作過電壓時，設備的正常運行存在一定的安全隱患。

4、10kv系統中無功補償的應用面較廣，如能將這些補償裝置的改造與諧波污染治理、無功電壓優化控制、綜合自動化改造工作結合考慮，將有助于改善配網面臨的較為突出的電能質量問題。

六、配電網無功補償優化

1、配電網無功補償的特點

10kv配電網中的無功補償必須重視系統的特點，不能因為其電壓等級低、補償容量小而忽視補償設備對系統側的影響。如果需降損的線路能基于一個完善的補償方案來進行配置，那么系統的收益將比分散的純用戶行為的補償方式要大得多。

中壓配電線路的分散補償是根據每條線路所帶負荷選取1~3個位于線路末端的中心點進行補償。每個點裝一臺三相大容量的電容器（60、75、100kvar）。補償容量一般按配電變壓器總容量的5%~10%考慮為宜，并據此來選擇容量相近的標準容量電容器。這種補償主要是補償配電線路本身和所在配電變壓器的無功損耗。其作用是以降損為主，同時能夠提高線路末端電壓。當線路電容器固定安裝不需投切時，容量不宜選擇過大，要防止在低谷負荷時向變電站倒送無功功率。10kv配電線路可選用BWF-11-100-3W十二烷基苯電容器進行補償，這種電容器內部裝有放電電阻和保護熔絲，比較適合露天運行的條件，比在變電站補償要節省投資。

2 、配電網無功補償優化方法

配電網的無功補償裝置調整及優化應根據無功負荷的需求進行。主要包括以下幾種方法：

1）安裝并聯電容器，提高電壓質量，降低線損在系統無功不足或聯網線路較長時，改變變壓器分接頭來調整電壓的作用不大。此時，一般采取在變電站或配電線路上安裝電容器進行無功補償，減少線路無功分量，使線路損耗降低，同時還能減少電壓損失，提高運行電壓，進一步降低電網損耗。

2）無功補償容量與電壓、電壓與線損的關系電力電容器是目前電力系統在農網推廣的主要無功電源之一，無功功率與其電容器安裝處的電壓平方成正比。

3）采用電壓無功自動控制（VQC）技術。VQC采用“井”字形原理進行無功電壓綜合控制，測量精確、功能齊全、效果較好。這種補償方法存在的問題是：VQC要求在無功很充足的情況下才能采用；還要求電容器每段母線至少分兩組，否則沒有意義；同時，由于VQC機械調整變壓器分接開關和電容器投切開關，動作次數頻繁，從而降低了可靠性。

4）推廣動態補償新技術。無功功率動態補償裝置通常包括同步調相機、飽和電抗器、晶閘管控制電抗器、晶閘管投切電容器、混合型靜止補償裝置以及靜止無功發生器等。具體選擇應根據實際需求，主要應綜合考慮動態補償裝置應用的必要性、有效性、可靠性、經濟性和合理性，并進行認真比較，慎重選型，以使其能取得較好的成效。目前，配電系統和一些大型煉鋼企業采用晶閘管投切電容器（TSC）較普遍，TSC是基于無觸點、無沖擊電流的開關，而應用于電容器投切并進行配電網無功補償的設備?？梢匝a償周期性變化負荷的無功需求，且不向系統注入暫態或高次諧波。同時，TSC具有響應速度快、運行可靠性高、使用壽命長的優點，其分級和分相補償方式能滿足電力系統的補償要求。應用中，應對變電站中壓側的無功需求進行基底和變量兩部分的定量分解，對基底部分采用固定聯接補償設備進行補償；而對變化量部分則使用大功率電力電子器件進行無觸點的快速投切補償，達到靈活調節補償和調壓的目的。目前，TSC在變電站中應用較多，以便動態補償中壓配電系統中的無功。

七、安裝無功補償裝置注意事項

由于桿上安裝的并聯電容器遠離變電站，容易出現保護不易配置、控制成本高、維護工作量大、受安裝環境和空間等客觀條件限制等工程問題。因此，桿上無功優化補償工作必須結合以下實際工程要求來進行。(1)補償點宜少，一條配電線路上宜采用單點補償，不宜采用多點補償。(2)控制方式從簡，桿上補償不設分組投切。(3)補償容量不宜過大。補償容量太大將會導致配電線路在輕載時的過電壓和過補償現象；另外桿上空間有限，太多的電容器同桿架設，既不安全，也不利于電容器的散熱，線路分散補償時電容器組的容量應控制在150 kvar及以下。(4)接線宜簡單。最好是每相只采用一臺電容器裝置，以降低整套補償設備的故障率。(5)保護方式也要簡化。主要采用跌落熔斷器和氧化鋅避雷器分別作為過電流和過電壓保護，其熔斷器的額定電流按電容器組額定電流的1．43～1．55倍選??；150 kvar及以上的電容器組應采用柱上斷路器或負荷開關自動控制。

結束語：

在10 kV線路安裝無功補償裝置，對10 kV線路電壓的調節有積極的促進作用，是調壓措施的一種補充，具有很強的可行性和可操作性。同時對降損起到了良好的效果，具有可觀的經濟效益。

參考文獻：

[1] 徐懿;陸東生;馮小明，10kV線路無功優化補償系統《高電壓技術》2007年第07期

[2]胡成群淺析10KV配電線路無功補償 《中國高新技術企業》2008年第21期