10kV配電系統(tǒng)諧波治理和無功補償優(yōu)化設(shè)計

梁子健

【摘要】電力系統(tǒng)的快速發(fā)展需要優(yōu)質(zhì)的電能質(zhì)量做保證，電子技術(shù)發(fā)展的同時，也帶來了諧波污染等低功率配電線路問題。因此電力系統(tǒng)要保證電能質(zhì)量，必須對電力系統(tǒng)中的重要手段----無功補償和諧波治理進行系統(tǒng)性地研究，制定出有效措施和優(yōu)化設(shè)計，并通過實踐付諸實施，研究出更好的策略，以推進電力系統(tǒng)配電網(wǎng)的升級改造。

【關(guān)鍵詞】配電系統(tǒng) 諧波治理 無功補償優(yōu)化設(shè)計

電力系統(tǒng)具備穩(wěn)定的儲備和有功、無功容量，才能維持系統(tǒng)良性運行，在額定電壓和頻率之間向用戶提供電能。隨著電力系統(tǒng)不斷擴大規(guī)模，用電設(shè)備的增加給配電側(cè)電能質(zhì)量帶來很多問題，如10KV配電線路由于使用年限過長而導致的線損情況、配套變電站由于從建設(shè)到運行后，數(shù)量逐漸變少的問題，部分線路的輸送距離超出配電線路的最大負荷容量的問題，線路的末端電壓增加的問題等。對于10KV配電網(wǎng)電能質(zhì)量，改善配電網(wǎng)的諧波問題、進行無功補償設(shè)計優(yōu)化已經(jīng)成為迫在眉睫的課題。

一、無功補償?shù)墓ぷ髟?/p>

阻感性負載是電力系統(tǒng)的重要組成，多見于廠房中的變壓器、電抗器、民用設(shè)施中的電冰箱、空調(diào)等，這些電器設(shè)備的等效電路如圖所示：

圖（a）中，電流iRL 表示流經(jīng)R-L串聯(lián)電路的電流；，電流ic表示流經(jīng)并聯(lián)電容補償器的電流。i表示電路的總電流，端口電壓為u，從補償?shù)慕Y(jié)果看，電壓并聯(lián)電容補償功率分為欠補償和過補償兩類。

過補償帶來的負面效應(yīng)包括電容器損耗增加、線損，調(diào)節(jié)好電容器的電容補償量就能避免補償現(xiàn)象的發(fā)生。

二、無功補償?shù)姆椒?/p>

就地補償比較適合低壓配電網(wǎng)及設(shè)備，通過改善供電功率因數(shù)和電壓質(zhì)量來提高用電設(shè)備的工作質(zhì)量。例如將電容器組裝在電動機等設(shè)備附近，進行補償裝置的方式在配電網(wǎng)中目前是被一致認可并且廣泛使用的。

第一，將電容器分開安裝在配電木線上，由于其功率因數(shù)比較低，可以減少線損，提高終端變電所的供電質(zhì)量，對低壓母線等的補償是比較有效的。

第二，將電容器組裝在六至十KV母線上，以獲得較高的功率因數(shù)。這種集中補償能夠保持較為平衡的無功功率。該方法可以補償較大寬度的調(diào)節(jié)尺度和補償容量，并且同樣可以減少線損和提高功率因數(shù)。

第三，在對10KV 配電網(wǎng)進行無功補償時，首先應(yīng)該根據(jù)電網(wǎng)的實際情況來進行無功補償方式的選擇，要綜合考慮無功補償?shù)奶匦?、技術(shù)等。無功補償裝置對重要配電網(wǎng)的無功補償方式可采用干式自愈型并聯(lián)電容器，這種無功優(yōu)化配置的原則，是最大程度地減小無功功率傳輸，特別是避免遠距離傳輸[1]。

三、諧波的危害

諧波電流對電路的損耗是隨著些波頻率的高低而變化的，當波頻率較高時，就會引發(fā)線損的程度加大，給電網(wǎng)和用電設(shè)備帶來損傷甚至是事故。諧波的分布電容放大，會導致諧波電流加大，還會引發(fā)電纜的老化，增加電網(wǎng)的負荷；諧波還會導致電網(wǎng)的電壓基波超過正常限值導致電暈損耗。

四、諧波治理對策

受端治理是諧波治理對策之一，常用的治理方法包括：?將諧波源從電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計開始設(shè)計為較大容量的供電點或者電網(wǎng)供電。?利用濾波器改變電容器的串聯(lián)電抗器，或者限定電容器某些支路，放大組織諧波等。?對諧波感應(yīng)靈敏的設(shè)備加強保護，通過增強設(shè)備的抗諧波干擾能力改善設(shè)備性能，保證諧波環(huán)境下設(shè)備依然能正常工作。

主動治理是從諧波自身治理入手，在源頭上將諧波降低或者阻止其產(chǎn)生。主要治理方法包括：?改變變流裝置，增加變流裝置的相數(shù)或者脈沖數(shù)、多脈整流或準多脈整流技術(shù)，例如如換流變壓器等。?對諧波裝置過于集中的地方進行分散或者交替處理，改變諧波源的配置。?將多個變流器進行聯(lián)合處理，利用多個方波的疊加來消除頻率較低的諧波。④利用三次倍數(shù)的諧波或者謝波源，將電流增加的矩形波形上，利用諧波的疊加注入降低給定的部分諧波。⑤采用脈寬調(diào)制技術(shù)來調(diào)整較高頻率的諧波，使波形接近正弦波。⑥采用高功率因數(shù)變流器等，減少諧波的產(chǎn)生，降低變流器功率因數(shù)。

被動治理的方法是使用外加濾波器阻礙電力系統(tǒng)的諧波流入負載端，以達到阻礙諧波的產(chǎn)生的目的，主要的治理方法包括：?采用諧波附近的濾波器來吸收諧波電流，同時運用無功功率補償?shù)姆绞絹磉M行補充處理。?采用并聯(lián)或者串聯(lián)型APF的有源濾波器來達到補償和隔離諧波的目的。?采用混合型有緣濾波器可以形成低阻抗支路來阻抗分流回路，減小諧波電流流向電網(wǎng)。

五、實例分析

以某電力公司10KV線路為例，該配電網(wǎng)線路長度14公里，主要工業(yè)負荷為洗煤廠、石料廠等。該配電線路中導線型號為LGJ-70，沒有安裝無功補償裝置。該電力公司10KV配電網(wǎng)存在的問題包括：?線路長、負荷重；?線路末端電壓低、晝夜變化大；?線損嚴重，諧波嚴重，公路因數(shù)偏低；④電容損傷嚴重。在對該10KV側(cè)電壓諧波等進行測量后，得出的結(jié)論是：側(cè)電壓諧波畸變率超過國際標準限值，電壓偏差過大，諧波較大。

諧波治理和無功補償優(yōu)化設(shè)計方案：針對上述問題，有三種備選方案可供選擇。一是采用電壓器調(diào)節(jié)電壓的方法；二是安裝串聯(lián)電容器調(diào)整電壓；三是采用濾波器來調(diào)增無功電壓。對該10KV 配電線路進行實地考察和綜合分析后，結(jié)合線路上諧波源眾多、容量大、諧波疊加情況較重等情況，決定采用濾波補償裝置的方式比較適合。通過濾波裝置可以改善線路的電壓波動，尤其是針對其晝夜電壓變化大的情況，能夠有效地取出電網(wǎng)諧波。同時改善電壓質(zhì)量，降低線損，補償無功，提高線路功率因數(shù)。

濾波器裝置的保護方式包括速斷、過流、過電壓保護等[2]。該10KV線路1號安裝點設(shè)置在距離電源點的14公里處，2號安裝點設(shè)置在距離電源點8公里處，1號安裝點設(shè)備投入運行后，補償?shù)臒o功電流為114A，提高的電壓為0.54KV，2號安裝點設(shè)備投入運行后，補償?shù)臒o功電流為67A，提高的電壓為0.2KV.兩套設(shè)備使得末端電壓的總體高數(shù)為0.74KV，有效地改善了末端電壓較低的問題。

1號安裝點在進行無功補償后功率因數(shù)為0.95，每度電大約0.5元，按照線路公里14公里計算，每年節(jié)能損耗74萬元。2號安裝點功率因數(shù)在補償后為0.96，按照線路8公里計算，每度電0.5元，每年節(jié)約電能24萬元。兩套無功補償裝置在節(jié)能方面可以節(jié)省98萬元，大大提高了經(jīng)濟效益。

結(jié)語：

10KV 配電網(wǎng)的無功補償和諧波治理設(shè)計及方法有很多，需要根據(jù)具體的配電網(wǎng)的情況，在無功補償原理、方法，諧波問題造成的問題以及處理對策進行詳細的測量、研究和討論方可定論。本文所舉10KV配電網(wǎng)線路的無功補償和諧波處理的優(yōu)化設(shè)計方案的實施和效果，在實際運行后證明了該方案下的無功補償和諧波治理方案，對于提高該配電網(wǎng)的電能質(zhì)量、電力系統(tǒng)經(jīng)濟效益方面，都具有很高的應(yīng)用價值。

【參考文獻】

[1]張超.變電站諧波治理及無功補償?shù)膽?yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究，2014，（14）.

[2]林新.變電站諧波治理及無功補償?shù)膽?yīng)用[J].云南電力技術(shù)，2013，41（3）：9-11.