李華軍
摘要:隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展,農(nóng)村的用電量和用電需求迅速增加,在促進農(nóng)村電力實業(yè)迅速發(fā)展的同時,也對供電的穩(wěn)定性和可靠性提出了更高的要求。文章首先對配網(wǎng)長距離配電線路中存在的低電壓問題進行了分析,然后闡述了加裝固定串聯(lián)電容器在10kV線路中對電壓改善的作用,通過加裝串補的仿真計算加以驗證,證實了該方法的有效性。
關(guān)鍵詞:配電線網(wǎng);長線路;串補;電壓質(zhì)量;低電壓;串聯(lián)電容器 文獻標(biāo)識碼:A
中圖分類號:TM714 文章編號:1009-2374(2016)32-0032-02 DOI:10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.32.015
目前,農(nóng)村經(jīng)濟的迅速發(fā)展,導(dǎo)致農(nóng)村的用電需求和用電量迅速上升,對供電電壓的穩(wěn)定性要求也越來越高。但是從當(dāng)前農(nóng)村電網(wǎng)的實際情況來看,還存在著很多問題,其中比較突出的就是,10kV配網(wǎng)線路的運輸距離比較長,導(dǎo)致電壓下降,因而無法滿足農(nóng)村用電的電壓需求。電壓過低造成很多農(nóng)用機械無法運轉(zhuǎn)甚至啟動,成為制約農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展的重要限制因素。與此同時,該問題的存在也降低了農(nóng)電網(wǎng)電壓的合格率,無法高質(zhì)量地完成上級部門提出的農(nóng)電網(wǎng)考核任務(wù)。為了解決問題,我們制定了很多方案,并進行了對比分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn),采用固定串聯(lián)補償方案具有較高的可行性,具有較好的經(jīng)濟適用性,可以用最少的經(jīng)濟投入,最大限度地改善10kV配網(wǎng)長線路的電壓質(zhì)量,而且不需要進行人工干預(yù),減少人力資源的投入。本文以當(dāng)?shù)啬称瑓^(qū)的10kV配網(wǎng)長線路為例,對加裝串補改善電壓質(zhì)量的問題展開具體分析。
1 農(nóng)網(wǎng)電壓質(zhì)量的影響因素分析
就目前的情況來看,農(nóng)村配電網(wǎng)主要是以10kV為主,且電網(wǎng)規(guī)模較大,電力負荷情況相對復(fù)雜。同時由于農(nóng)村配電網(wǎng)的線路較長,導(dǎo)致其電壓質(zhì)量并不穩(wěn)定,容易受到多種因素的影響。下文就對影響農(nóng)網(wǎng)電壓質(zhì)量的主要因素進行簡單分析:
第一,農(nóng)村電網(wǎng)的架設(shè)比較薄弱,而且分布格局缺乏科學(xué)性和合理性,再加上供電的半徑距離較大,供電設(shè)備老化現(xiàn)象嚴(yán)重,進一步加劇了配電線路的電壓損耗,如果其承擔(dān)的負荷較重,就容易導(dǎo)致線路末端電壓降低,無法滿足農(nóng)村的用電需求。
第二,由于農(nóng)村的配電變壓器較多,且其地域分布十分廣泛,這些都使得農(nóng)村電網(wǎng)的負荷存在巨大的峰谷剪刀差,而且農(nóng)村電網(wǎng)的季節(jié)性十分明顯,上述情況都對農(nóng)網(wǎng)送電效率和電能質(zhì)量起到了負面影響。
第三,在農(nóng)網(wǎng)的部分線路中,會使用一些大容量電動機,但由于對電動機的接入缺乏良好的技術(shù)管理,在電動機啟停的過程中就會對農(nóng)網(wǎng)線路的電壓造成影響。
除了上述三點因素外,農(nóng)村電網(wǎng)建設(shè)的資金缺乏也是重要的原因,資金的缺乏拖延了電網(wǎng)的改造速度。另外,農(nóng)網(wǎng)管理體制的不完善等因素也阻礙了農(nóng)網(wǎng)電壓質(zhì)量差等問題的改善。
2 電壓串補基本原理分析
在配電線路中,可串聯(lián)增加一個容性設(shè)備(如電容器)。其中電容器的容抗會與線路中的電抗進行抵消作用,這樣電力輸送端和接收端間的電氣距離就會相應(yīng)縮短。所謂串聯(lián)補償度,通俗來講,就是串聯(lián)容的抗值和線路電抗值之間的比值,即Xc/SL,該比值應(yīng)該<1/2。目前,國內(nèi)串聯(lián)補償度的數(shù)值在30%~45%之間(圖1)。
式中:U為線路末端電壓;P為線路末端有功;R為線路等效電阻;Q為線路末端無功;X為線路等效電抗。
通常情況下,P、R、Q、X的數(shù)值均>0,所以△U的結(jié)果也>0,末端電壓<首端電壓。但是在線路中加裝串聯(lián)電容器之后,X的數(shù)值會下降,甚至?xí)?lt;0,所以△U的結(jié)果也可能轉(zhuǎn)變?yōu)?。根據(jù)這一原理,只要升高負荷側(cè)的電壓,就能使電壓保持在合理范圍,促進電壓治理工作的開展。串聯(lián)電容器中無功總量的計算公式如下:
在線路正常運行的過程中,如果產(chǎn)生的負荷較大,I(線路電流)的數(shù)值也會比較大,根據(jù)上述公式,電容器的無功總量就會增加;反之,如果負荷較小,I的數(shù)值越低,電容器的無功總量就會降低,直至降為0。由此推導(dǎo),串聯(lián)補償?shù)臒o功總量是隨著負荷的變化而變化的,而且二者成反比例關(guān)系。也正因為如此,要改善農(nóng)網(wǎng)長線路中的電壓,可以采用串聯(lián)補償方式,具有顯著優(yōu)勢。
3 模擬仿真
3.1 建立仿真模型
本次仿真模型的建立主要采用Matpower潮流計算工具包(Matlab),具體步驟為:(1)結(jié)合客戶提供的線路圖紙,對每一個節(jié)點進行編號和命名;(2)根據(jù)線路圖紙,通過查表的方式,分別計算出每一條線路中的R值、X值和C值;(3)收集近1.5年中該線路的最大有功功率、無功功率和視在功率以及上述數(shù)值的平均值,明確線路的最大負載率及其平均值;(4)將每一個節(jié)點變壓器的參數(shù)作為參考值,參考上一步得出的最大負載率和平均負載率,計算出每一個節(jié)點的最大功率和平均功率;(5)將并補的參數(shù)及串補的參數(shù)都轉(zhuǎn)化成線路參數(shù);(6)將上述數(shù)據(jù)按工具包要求格式進行輸入工作,然后進行仿真。
3.2 仿真的重難點
3.2.1 選擇合適的串補部位。串補部位的選擇不能盲目,需要對多種因素進行綜合考慮,注意以下問題:(1)應(yīng)和線路的末端保持距離,切忌過分靠近。這是因為,如果它們的間距較短,一旦發(fā)生重載等情況,位于線路中段的變電站電壓數(shù)值就會大幅度下降,即使加裝串補,也無法對之前的線路進行補償,還會影響到后段線路的補償效果;(2)應(yīng)和線路的首端保持一定的距離。在加裝串補電容器進行補償,會大幅升高兩相鄰變電站的電壓,使之接近線路開始端的電壓值,但是電壓仍會在一定時間后不斷下降。假設(shè)在線路的首端進行串補,那么線路末端的電壓就無法得到提升;(3)建議串補部位盡量加裝于主干線上,因為一般分支配電線的整體距離較短,電流比較小,產(chǎn)生的負荷也比較強。所以如果只能加裝1套串補裝置,應(yīng)該盡量安裝在距離比較長,而且電流比較大的主干線上。
3.2.2 選擇合理的串補容量。配電線路的自身電抗值以及串補度是串補容量的決定性影響因素。在本次研究中,我們設(shè)計了2段串補,其中1段的串補度約為1/2,2段串補度的綜合約為1。如果線路的負載較輕,可以只投入1段。