论10KV配电网无功补偿技术
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摘要:本文主要对10KV配电网无功补偿技术的定义、无功补偿的方式、补偿方式的选择以及应用实践做了简单的分析, 因为它对提高系统电压水平、降低线路损耗、改善功率因数、增强系统稳定起着非常重要的作用.
关键词:10KV配网; 补偿方式;无功补偿;分散补偿
1无功补偿的定义及意义
无功补偿是在电网中安装并联电容器等无功补偿设备以后，可以提供感性电抗所消耗的无功功率，减少了电网电源向感性负荷提供由线路输送的无功功率，由于少了无功功率在电网中的流动，因此可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗.它对提高系统电压水平、降低线路损耗、改善功率因数、增强系统稳定起着十分重要的作用，是一项投资少，收效快的降损节能措施。
1.1无功补偿的方式
配电网中常用的无功补偿方式包括：①变电所集中补偿；②配电线路分散补偿；③负荷侧集中补偿；④用户负荷的就地补偿（在电动机处安装并联电容器）等。图 1 表示了这几种方式在配电网中的接线情况。
图 1配电系统各种无功补偿方式示意图
1.1.1变电站集中补偿方式
要平衡输电网的无功功率, 可在变电站进行集中补偿, 图1 是配电系统各种无功补偿方式示意图。图中方式补偿装置包括并联电容器、同步调相机、静止补偿器等, 主要目的是改善输电网的功率因数。集中补偿装置一般连接在变电站的 10 kV 母线上, 优点是管理容易、维护方便, 缺点是对配电网的降损起不到作用。
1.1.2 中补偿方式
目前, 国内较普遍采用的另外一种无功补偿方式, 是在配电变压器 380V 侧进行集中补偿, 见图 1中的方式2。集中补偿分为固定容量补偿和自动补偿, 均可最大限度的挖掘变压器的容量潜力, 增大负载能力。根据P = S・cos∮当功率因数cos∮= 1时,有功功率P 等于变压器的视在功率S , 而一般自然功率因数在 0. 6～ 0. 7 之间, 如不进行补偿, 供电变压器的效率就很难提高。例如, 1 000 kVA 的变压器仅能带 600～ 700 kW 的有效功率。特别是自动补偿, 功率因数可控制到 0. 95～ 0. 98, 其增容效果显著。电容器的充、放电功能, 可以有效的稳定电压, 提高供电质量。电容器的安装环境选择有利于日常维护、保养的地方, 有利于延长电容器的使用寿命。
在这种方式下, 补偿装置通常采用微机控制的低压并联电容器柜, 容量在几十至几百kvar 不等,它是根据用户负荷水平的波动, 投入相应数量的电容器进行跟踪补偿。主要目的是提高专用变压器用户的功率因数, 实现无功功率的就地平衡, 对配电网和配电变压器的降损有一定作用 也保证该用户的电压水平。这种补偿方式的投资及维护均由专用变压器用户承担。目前国内各厂家生产的自动补偿装置通常是根据功率因数来进行电容器的自动投切,也有为了保证用户电压水平而以电压为判据进行控制。
这种补偿方式虽然利于保证用户的电能质量,但对电力系统并不可取。因为线路电压的波动主要由无功量变化引起, 而线路的电压水平由系统情况决定。当线路电压基准偏高或偏低时, 无功功率的投切量可能与实际需求相差甚远, 可能出现无功功率补偿过多或补偿不足的情况。其次它不能解决低压网络内部无功电流的流动, 补偿容量大, 投入资金高, 特别是自动补偿, 按循环方式投、切, 被切除的电容要有充足的放电时间, 才能再次投入, 电容配置容量相对较大, 相应损耗也大。固定补偿虽然投资小,但如果补偿的容量过大, 在低负荷时, 易出现过补现象。在开、停过程中涌流较大, 易造成设备损坏。
1. 1.3 低压分散无功补偿
在变压器低压侧的输电线路中, 分散进行电容器固定容量的补偿, 见图 1 中的方式 3, 克服了集中固定补偿中容量较大时的涌流过大等问题, 并能有效地增大配电线网的供电能力, 节电效果较好。其优点是在低负荷时, 可以相应停运数组, 以防过补。投资较为经济。其缺点是需要人工频繁投、切。在投、切不及时或投、切容量不合适时, 也易造成过补或欠补现象。
1. 1.4 无功功率就地补偿
见图 1 中的方式 4, 在电机等感性负载旁和电容器直接并联, 与电机等同开、同停, 停机后电容器通过电机直接放电, 电容器不再另需放电装置。运行时, 电机所需无功由电容器就地供给, 能量交换距离最短, 可以最大限度地降低线路的电流。在线路相同的条件下, 线路损耗和电流的平方成正比, 所以电容就地补偿, 节电效果最好, 投资也小。特别是能够有效抑制设备瞬间出现的电流波动冲击电网。但是一般工业生产, 现场环境相对较差, 特别是冶金企业,金属粉尘含量高, 维护、保养若不能定时进行, 往往最易损坏。同时, 对于频繁操作的设备, 由于瞬间大电流的频繁冲击, 也是造成电容器易损坏的一个方面。所以, 使用寿命短。由于随机开、停, 电容器的有效使用率也最低。
2补偿方式的选择
为改善配电网的功率因数, 可选择变电站集中补偿方式, 以提高功率因数为主要目的。线路中仅带变压器只有低压系统时, 有 2 种情况: (1)在所带设备容量较小、负荷稳定, 可选择低压集中补偿和就地补偿相结合的方式。(2)在所带设备容量较大、负荷变化大, 需要选用低压自动补偿和就地补偿相结合的补偿方式。就地补偿仅侧重于一些负荷较大或易冲击电网的设备。
3补偿容量的确定
已知感性负载的实际功率 P、补偿前的功率因数cos<1、补偿后要达到的功率因数cos<2, 所需补偿电容器的容量Q 可按式计算。
就地补偿容量可按电机空载电流计算。电机空载电流I0 可以按电机型号在电工手册中查到, 也可以在额定电压U 下实测得到。
4应用计算
以某变电站为例, 城区 10 kV 母线上没有无功补偿, 参照《广东电网电压质量和无功电力管理办法》规定: 无功补偿容量一般可按主变容量的 15%～ 30%进行, 以满足主变在最大负荷时, 一次侧功率因素不低于 0. 95; 在最小负荷时, 一次侧功率因素不高于 0. 98。以提高一次侧功率因素为目的, 我们可以计算出 10 kV 母线上应补偿的无功电量, 如表1 所示。表中最大负荷时间为 2004年 9月 1 日, 最小负荷时间为2004年9 月20 日。
表 1城区 10 kV 母线无功补偿情况
可以取6 000～ 8 000 kvar 的无功补偿容量, 符合主变容量的15%～ 30%的范围。
5应用实践
按照先易后难 ,结合电费力率奖惩的原则进行城区线无功补偿应用 ,第一步修复投入公变台区损坏电容补偿装置 ,对专变户实行功率因数考核 ,促使已安装了无功补偿装置的用户投运补偿装置。第二步调整补偿装置的容量和位置 ,在调整阶段 ,着重对最佳位置前后的台区进行补偿 .经 2 个月工作 ,调整位置 ,补充容量 ,线路无功补偿趋于合理 ,功率因数提高到 0.95 ,一方面线路末端的电压水平得到较大改善, 实测末端公变三相电压从347 V上升到367 V;另一方面线损率从16.2 %下降到11.77 %,下降了27.3 %.
实践表明, 对树枝式放射状结构的公用线路, 合理调整补偿位置和补偿容量 ,能够以较小的代价, 大幅降低损耗。
6 结束语
由此可见,在进行线路无功补偿应用时, 要根据实际情况和存在的具体问题进行分析,做综合性的全方位电容无功补偿, 才能得到更好的补偿效果, 达到电网降损节能的目的。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
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