淺談中低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)方案

摘要：中低壓配電網(wǎng)作為電力系統(tǒng)與客戶(hù)聯(lián)系的紐帶，其電壓質(zhì)量是衡量電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，它的好壞直接決定電力系統(tǒng)無(wú)功潮流分布是否合理，關(guān)系到電力系統(tǒng)向電力用戶(hù)提供電能質(zhì)量的優(yōu)劣問(wèn)題，而且還直接影響電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此，確定無(wú)功補(bǔ)償?shù)暮侠砼渲煤头植挤浅Ｖ匾?。本文?duì)中低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)的4種無(wú)功補(bǔ)償方案進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，分析他們各自的優(yōu)缺點(diǎn)，以尋求一種配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖顑?yōu)方案。最后對(duì)配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償工作中遇到的問(wèn)題提出自己的看法。

關(guān)鍵詞：中低壓配電網(wǎng);無(wú)功補(bǔ)償;方案;優(yōu)化

1.前 言

中低壓配電網(wǎng)作為電力系統(tǒng)與客戶(hù)聯(lián)系的紐帶，其電壓質(zhì)量是衡量電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，它的好壞直接決定電力系統(tǒng)無(wú)功潮流分布是否合理。這不僅關(guān)系到電力系統(tǒng)向電力用戶(hù)提供電能質(zhì)量的優(yōu)劣問(wèn)題，而且還直接影響電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。若中低壓配電網(wǎng)無(wú)功電源容量不足，系統(tǒng)運(yùn)行電壓將難以得到保證。隨著中低壓配電網(wǎng)容量的不斷增加，對(duì)中低壓配電網(wǎng)無(wú)功功率的要求也與日增加。因此，還需考慮中低壓配電網(wǎng)的功率因數(shù)和電壓，因?yàn)橹械蛪号潆娋W(wǎng)功率因數(shù)和電壓的降低會(huì)使電氣設(shè)備得不到充分利用，從而降低網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力，并引起損耗增加。因此，解決好中低壓配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題，對(duì)中低壓配電網(wǎng)的安全和降損節(jié)能有著重要的意義。

中低壓配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償點(diǎn)的合理選擇以及補(bǔ)償容量的確定，能夠有效地維持中低壓配電網(wǎng)的電壓水平，提高中低壓配電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性，避免大量無(wú)功功率的遠(yuǎn)距離傳輸，從而降低有功網(wǎng)損，達(dá)到提高電壓水平的目的。我國(guó)中低壓配電網(wǎng)長(zhǎng)期以來(lái)無(wú)功匱乏，由其造成的網(wǎng)損嚴(yán)重，因此，進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償，能達(dá)到投資少回報(bào)高的目標(biāo)。通常采用的方法是在配電變壓器低壓側(cè)進(jìn)行補(bǔ)償，既可降低線(xiàn)路損耗，也能降低配電變壓器損耗，電壓質(zhì)量也有較大的改善。

2.中低壓配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償方案及其比較

2.1" 變電站集中補(bǔ)償方案

要平衡10kV輸電網(wǎng)的無(wú)功功率，可在變電站進(jìn)行集中補(bǔ)償，見(jiàn)圖1中的方案1。此方案是在變電站10kV母線(xiàn)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，在這種方案下，補(bǔ)償裝置包括并聯(lián)電容器、同步調(diào)相機(jī)、靜止補(bǔ)償器等，主要目的是改善輸電網(wǎng)的功率因數(shù)。優(yōu)點(diǎn)是管理容易、維護(hù)方便;缺點(diǎn)是對(duì)中低壓配電網(wǎng)的降損起到作用較小。

2.2" 低壓集中補(bǔ)償方案

目前，國(guó)內(nèi)較普遍采用的另外一種無(wú)功補(bǔ)償方案，是在配電變壓器380 V側(cè)進(jìn)行集中補(bǔ)償，見(jiàn)圖1中的方案2。在這種方案下，補(bǔ)償裝置通常采用微機(jī)控制的低壓并聯(lián)電容器柜，容量在幾十至幾百千乏不等，它是根據(jù)用戶(hù)負(fù)荷水平的波動(dòng)，投入相應(yīng)數(shù)量的電容器進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償。主要目的是提高專(zhuān)用變壓器用戶(hù)的功率因數(shù)，實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率的就地平衡，對(duì)配電網(wǎng)和配電變壓器的降損有一定作用，也保證該用戶(hù)的電壓水平。這種補(bǔ)償方案的投資及維護(hù)均由專(zhuān)用變壓器用戶(hù)承擔(dān)。目前國(guó)內(nèi)各廠(chǎng)家生產(chǎn)的自動(dòng)補(bǔ)償裝置通常是根據(jù)功率因數(shù)來(lái)進(jìn)行電容器的自動(dòng)投切，也有為了保證用戶(hù)電壓水平而以電壓為判據(jù)進(jìn)行控制。這種補(bǔ)償方案雖然利于保證用戶(hù)的電能質(zhì)量，但對(duì)電力系統(tǒng)并不可取。因?yàn)榫€(xiàn)路電壓的波動(dòng)主要由無(wú)功量變化引起，而線(xiàn)路的電壓水平由系統(tǒng)情況決定。當(dāng)線(xiàn)路電壓基準(zhǔn)偏高或偏低時(shí)，無(wú)功功率的投切量可能與實(shí)際需求相差甚遠(yuǎn)，可能出現(xiàn)無(wú)功功率補(bǔ)償過(guò)多或補(bǔ)償不足的情況。

對(duì)中低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，存在許多專(zhuān)用柱上變壓器與公用柱上變壓器，其通常安裝在戶(hù)外的桿塔上，進(jìn)行低壓無(wú)功功率集中補(bǔ)償則是不現(xiàn)實(shí)的，難維護(hù)、控制和管理，容易成為生產(chǎn)安全隱患。這樣，中低壓配電網(wǎng)的補(bǔ)償度就受到了限制。

2.3" 桿上無(wú)功補(bǔ)償方案

在“方案2”中提到了低壓集中補(bǔ)償方案的局限性，由此看出中低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)桿上進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)谋匾浴Ｓ捎谂潆娋W(wǎng)中大量存在的專(zhuān)用及公用柱上變壓器沒(méi)有進(jìn)行低壓補(bǔ)償，補(bǔ)償度受到限制。由此造成很大的無(wú)功功率缺口需要由變電站或發(fā)電廠(chǎng)來(lái)填，大量的無(wú)功功率沿線(xiàn)傳輸，配電網(wǎng)網(wǎng)損居高難下。因此可以把10 kV戶(hù)外并聯(lián)電容器安裝在架空線(xiàn)路的桿塔上（或另行架桿）的方法來(lái)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償（見(jiàn)圖1中的方案3），以提高配電網(wǎng)功率因數(shù)，達(dá)到降損升壓的目的。由于桿上安裝的并聯(lián)電容器遠(yuǎn)離變電站，容易出現(xiàn)保護(hù)不易配置，控制成本高，維護(hù)工作量大，受安裝環(huán)境和空間等客觀(guān)條件限制等工程問(wèn)題。因此，桿上無(wú)功功率優(yōu)化補(bǔ)償必須結(jié)合以下實(shí)際工程要求來(lái)進(jìn)行：

a）補(bǔ)償點(diǎn)宜少。一條配電線(xiàn)路上宜采用單點(diǎn)補(bǔ)償，不宜采用多點(diǎn)補(bǔ)償。

b）控制方案從簡(jiǎn)。桿上補(bǔ)償不設(shè)分組投切。

c）補(bǔ)償容量不宜過(guò)大。補(bǔ)償容量太大，將會(huì)導(dǎo)致配電線(xiàn)路在輕載時(shí)過(guò)電壓和過(guò)補(bǔ)償現(xiàn)象。桿上空間有限，太多的電容器同桿架設(shè)，既不安全，也不利于電容器散熱。建議按重載補(bǔ)償后電源節(jié)點(diǎn)功率因數(shù)不超過(guò)0.95和輕載時(shí)功率因數(shù)達(dá)到1左右即可的方法去處理。

d）接線(xiàn)宜簡(jiǎn)單。最好是每相只配置一臺(tái)電容器裝置，以降低整套補(bǔ)償設(shè)備的故障率。

e）保護(hù)方案也要簡(jiǎn)化。分別用熔絲和氧化鋅避雷器分別作為過(guò)流保護(hù)和過(guò)電壓保護(hù)。

f）防止電容器安裝后產(chǎn)生諧振現(xiàn)象。

顯然，桿上無(wú)功補(bǔ)償主要是針對(duì)10 k V配電網(wǎng)線(xiàn)路上沿線(xiàn)的公用變壓器所需無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償，因這種補(bǔ)償方案具有投資小、回收快、補(bǔ)償效率較高、便于管理和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，適合于功率因數(shù)較低且負(fù)荷較重的長(zhǎng)距離配電線(xiàn)路，但是因負(fù)荷經(jīng)常波動(dòng)，而該補(bǔ)償方案又是長(zhǎng)期固定補(bǔ)償，適應(yīng)能力較差，主要是補(bǔ)償了無(wú)功基荷，在線(xiàn)路重載情況下，補(bǔ)償度一般是不能達(dá)到0.95。

2.4" 用戶(hù)終端分散補(bǔ)償方案

目前，我國(guó)低壓用戶(hù)的用電量大幅增長(zhǎng)，企業(yè)、廠(chǎng)礦和大型住宅小區(qū)等對(duì)無(wú)功功率需求都很大，直接對(duì)用戶(hù)末端進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，見(jiàn)圖1中的方案4，將最恰當(dāng)?shù)亟档碗娋W(wǎng)的損耗和維持網(wǎng)絡(luò)的電壓水平。此方案的關(guān)鍵如下：對(duì)于容量較大、負(fù)荷平穩(wěn)且經(jīng)常使用的用電設(shè)備，無(wú)功負(fù)荷宜單獨(dú)就地補(bǔ)償;對(duì)于企業(yè)和廠(chǎng)礦中的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)該進(jìn)行就地?zé)o功補(bǔ)償，即隨機(jī)補(bǔ)償;針對(duì)小區(qū)用戶(hù)終端，由于用戶(hù)負(fù)荷小，波動(dòng)大，地點(diǎn)分散，無(wú)人管理，應(yīng)該開(kāi)發(fā)一種新型低壓終端無(wú)功補(bǔ)償裝置，并能滿(mǎn)足智能型控制、免維護(hù)、體積小、易安裝、功能完善、造價(jià)較低等的要求。

與上述三種補(bǔ)償方案相比，用戶(hù)終端分散補(bǔ)償方案更能體現(xiàn)以下優(yōu)點(diǎn)：

a）線(xiàn)損率可減少20%;

b）減小電壓損失，改善電壓質(zhì)量，進(jìn)而改善用電設(shè)備啟動(dòng)和運(yùn)行條件;

c）釋放系統(tǒng)能量，提高中低壓配電網(wǎng)線(xiàn)路供電能力。

缺點(diǎn)是低壓無(wú)功補(bǔ)償通常按配電變壓器低壓側(cè)最大無(wú)功功率需求來(lái)確定安裝容量，而各配電變壓器低壓負(fù)荷波動(dòng)的不同時(shí)性造成大量電容器在較輕載時(shí)閑置，設(shè)備利用率不高。

2.5" 四種補(bǔ)償方案的綜合比較

通過(guò)以上分析可知，4種無(wú)功補(bǔ)償方案各有各的優(yōu)缺點(diǎn)，其綜合比較情況見(jiàn)表1所示。

3.中低壓配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償目前存在問(wèn)題

隨著配電網(wǎng)建設(shè)的重視及無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展，低壓側(cè)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)在中低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)中也開(kāi)始普及。從靜態(tài)補(bǔ)償?shù)絼?dòng)態(tài)補(bǔ)償，從有觸點(diǎn)補(bǔ)償?shù)綗o(wú)觸點(diǎn)補(bǔ)償，都取得了豐富的經(jīng)驗(yàn)，但是在實(shí)踐應(yīng)用中也暴露出一些問(wèn)題，必須引起重視。

3.1" 方案優(yōu)化

目前，很多情況下選擇無(wú)功補(bǔ)償?shù)某霭l(fā)點(diǎn)還放在用戶(hù)側(cè)，只注意補(bǔ)償用戶(hù)的功率因數(shù)，而不是立足于降低電力網(wǎng)的損耗。例如，為提高某電力負(fù)荷的功率因數(shù)，增設(shè)1臺(tái)補(bǔ)償箱。這對(duì)降損有一定好處，但若要實(shí)現(xiàn)有效的降損，必須通過(guò)計(jì)算無(wú)功功率潮流，確定各點(diǎn)的最優(yōu)補(bǔ)償量和補(bǔ)償方案，才能使有限的資金發(fā)揮最大的效益。這是從電力系統(tǒng)角度考慮問(wèn)題的方法。

無(wú)功功率優(yōu)化配置的目標(biāo)是在保證配網(wǎng)電壓水平的同時(shí)，盡可能降低網(wǎng)損。由于它要對(duì)補(bǔ)償后的運(yùn)行費(fèi)用以及相應(yīng)的安裝成本同時(shí)達(dá)到最小化，計(jì)算過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜。為此，通常情況下不可采取一些不切實(shí)際的假設(shè)，比如固定負(fù)荷水平，統(tǒng)一線(xiàn)徑，把樹(shù)狀配電網(wǎng)簡(jiǎn)化成梳狀網(wǎng)，這樣的結(jié)果并不理想。

3.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

目前10 kV配電網(wǎng)線(xiàn)路上的負(fù)荷點(diǎn)一般無(wú)表計(jì)，運(yùn)行維護(hù)人員的技術(shù)水平和管理水平又參差不齊，表計(jì)記錄的準(zhǔn)確性和同時(shí)性無(wú)法保證。這對(duì)配電網(wǎng)的潮流計(jì)算和無(wú)功優(yōu)化計(jì)算帶來(lái)很大困難。要爭(zhēng)取到用戶(hù)的支持，使他們能按一定要求進(jìn)行記錄。因此，需要長(zhǎng)期統(tǒng)計(jì)功率因數(shù)數(shù)據(jù)情況。這也是低壓無(wú)功補(bǔ)償難于廣泛開(kāi)展的瓶頸所在。

3.3 諧波的影響

電容器本身具備一定的抗諧波能力，但同時(shí)也有放大諧波的副作用。諧波含量過(guò)大時(shí)，會(huì)對(duì)電容器的壽命產(chǎn)生影響，甚至造成電容器的過(guò)早損壞，由于電容器對(duì)諧波的放大作用，將使系統(tǒng)的諧波干擾更嚴(yán)重;另外，動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償柜的控制環(huán)節(jié)容易受諧波干擾影響，造成控制失靈，因而做無(wú)功補(bǔ)償時(shí)必須考慮諧波治理，在有較大諧波干擾，又需要補(bǔ)償無(wú)功功率的地點(diǎn)，應(yīng)考慮增加濾波裝置。

3.4 無(wú)功功率倒送的問(wèn)題

無(wú)功功率倒送是電力系統(tǒng)所不允許的現(xiàn)象，因?yàn)樗鼤?huì)增加線(xiàn)路和變壓器的損耗，加重線(xiàn)路的負(fù)擔(dān)。雖然生產(chǎn)廠(chǎng)家都強(qiáng)調(diào)自己的設(shè)備不會(huì)造成無(wú)功功率的倒送，但是實(shí)際情況并非如此。因?yàn)閷?duì)于接觸器控制的補(bǔ)償柜，補(bǔ)償量是三相同調(diào)的;對(duì)于晶閘管控制的補(bǔ)償柜，雖然三相補(bǔ)償量可以分調(diào)，但是很多生產(chǎn)廠(chǎng)家為了節(jié)約成本，往往只選擇一相做采樣及無(wú)功功率分析。于是在三相負(fù)荷不平衡的時(shí)候，就有可能造成無(wú)功功率倒送。至于采用固定電容器補(bǔ)償方案的用戶(hù)，則可能在負(fù)荷低谷時(shí)造成無(wú)功功率倒送，這應(yīng)引起充分考慮。

綜上所述，中低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償工作應(yīng)更多地考慮系統(tǒng)的特點(diǎn)，不應(yīng)因電壓等級(jí)低、補(bǔ)償容量小而忽視補(bǔ)償設(shè)備對(duì)系統(tǒng)側(cè)的影響（包括網(wǎng)損）。如果需降損的線(xiàn)路能基于一個(gè)完善的補(bǔ)償方案進(jìn)行改造，則電力系統(tǒng)的收益將比分散的純用戶(hù)行為的補(bǔ)償方案要大得多。

4.結(jié)束語(yǔ)

對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，提高功率因數(shù)和搞好無(wú)功功率平衡，是一項(xiàng)建設(shè)性的降損技術(shù)措施。本文分析了四種配網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償方案的應(yīng)用，但綜合看來(lái)，應(yīng)更多地按系0統(tǒng)8·的特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。如何確定無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的合理配置和分布，需尋找技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的最優(yōu)方案。

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