配網(wǎng)電纜線路電容效應(yīng)機(jī)理分析及無(wú)功補(bǔ)償

羅慶豐 季青鋒

摘 要：城市配電網(wǎng)線路大多采用電纜線路，電纜線路的電容特性相比于同等電壓等級(jí)的架空線路更加明顯，更易造成配電網(wǎng)線路電壓越限，造成一定程度的電氣設(shè)備損害。本文首先通過(guò)對(duì)配電網(wǎng)電纜線路產(chǎn)生的電容效應(yīng)，導(dǎo)致電壓升高進(jìn)行機(jī)理分析，首次給出了考慮電纜充電特性含虛擬電容充電的配電網(wǎng)模型，然后通過(guò)電力系統(tǒng)仿真軟件ETAP搭建某城區(qū)某110kV變電站110kV～10kV配網(wǎng)系統(tǒng)模型，并在所帶某條10kV電壓越限線路各處可行位置配置電抗器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，利用仿真對(duì)比的方法，得到最優(yōu)布點(diǎn)位置。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng) 電壓越限 無(wú)功補(bǔ)償 最優(yōu)布點(diǎn)

中圖分類號(hào)：TM72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）08（a）-0038-02

為改善現(xiàn)代城市整體市容市貌，電纜線路在城區(qū)配網(wǎng)建設(shè)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，電纜線路的電容充電特性相比于同等電壓等級(jí)的架空線路更加明顯，一旦線路過(guò)長(zhǎng)，在線路輕載和負(fù)荷低谷時(shí)段，則會(huì)出現(xiàn)電壓升高越限、無(wú)功倒送等問(wèn)題，危及相關(guān)電氣設(shè)備安全。相關(guān)研究表明在變電站內(nèi)及用戶側(cè)安裝電抗器進(jìn)行電壓控制，效果并不明顯。因此，亟需通過(guò)在配網(wǎng)10kV線路中配置無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備來(lái)改善配網(wǎng)無(wú)功分布，達(dá)到改善電壓質(zhì)量的目的。由于配網(wǎng)線路節(jié)點(diǎn)眾多，在何處配置多大容量無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備成了解決問(wèn)題的關(guān)鍵。

目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償相關(guān)研究主要集中在針對(duì)線路末端電壓偏低問(wèn)題。關(guān)于電壓上升越限，無(wú)功倒送問(wèn)題主要集中在分布式光伏發(fā)電及其小水電發(fā)電系統(tǒng)。文獻(xiàn)[1]利用光伏逆變器實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)電壓與功率因數(shù)控制方式改善電壓越限情況，并通過(guò)仿真證明了該方式可以較好地解決高滲透光伏接入條件下，配電網(wǎng)線路電壓越限問(wèn)題。文獻(xiàn)[2]在分析分布式光伏發(fā)電接入點(diǎn)電壓特性的基礎(chǔ)上，提出一種能夠防止饋線電壓越限的控制方案，可以滿足在提高光伏并網(wǎng)滲透率的基礎(chǔ)上，保證電壓質(zhì)量，解決配電網(wǎng)線路電壓越限問(wèn)題。文獻(xiàn)[3-4]具體闡述目前小水電上網(wǎng)配電線路電壓越限治理相關(guān)措施，提出了利用并列電抗器補(bǔ)償及水電機(jī)組之間協(xié)調(diào)運(yùn)行的方法成功解決電壓越限問(wèn)題。

本文首先通過(guò)對(duì)配電網(wǎng)電纜線路產(chǎn)生的電容效應(yīng)，導(dǎo)致電壓升高進(jìn)行機(jī)理分析，然后通過(guò)電力系統(tǒng)仿真軟件ETAP搭建某城區(qū)某110kV變電站110kV～10kV配網(wǎng)系統(tǒng)模型，并在所帶某條10kV電壓越限線路各處可行位置配置電抗器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，利用仿真對(duì)比的方法，得到最優(yōu)布點(diǎn)位置。

1 考慮電纜充電特性的配電網(wǎng)模型

為了更好地分析電纜線路充電特性對(duì)配電線路的電壓影響，建立了如圖1所示的含虛擬電容的理想配電線路結(jié)構(gòu)模型，該模型只包含主干線，由系統(tǒng)等值電源和輻射狀的帶有若干虛擬電容和負(fù)荷的主干線路構(gòu)成，電纜線路的容性無(wú)功充電特性等效于電容效應(yīng)，故此處用等效虛擬電容模型表示電纜的容性充電效應(yīng)。

2 線路電壓降落的解耦分析

電力傳輸時(shí)，由于線路存在阻抗，首末端存在一定的電壓降落，如圖2所示，其對(duì)應(yīng)的電壓相量圖如圖3所示。

一般情況下，，因此，傳輸線路末端的電壓可以簡(jiǎn)化為：

（1）

由電壓降落的基本計(jì)算公式進(jìn)行推導(dǎo)可得：

（2）

故傳輸線路末端電壓為：

（3）

式（2）（3）中，ΔV為傳輸線路末端的壓降，V1為110kV變電站10kV母線的電壓，V2為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓；P為有功負(fù)荷，Q為無(wú)功負(fù)荷，R為線路電阻，X為線路電抗，R0為單位長(zhǎng)度的電阻值；X0為單位長(zhǎng)度的電抗值；Δvp、Δvq分別為單位長(zhǎng)度線路輸送單位有功功率、無(wú)功功率引起的壓降。

在負(fù)荷低谷方式下，配電線路末端將出現(xiàn)無(wú)功倒送，線路末端電壓比變電站母線電壓高一個(gè)電壓差ΔV，也即 ΔV為負(fù)值，出現(xiàn)末端電壓高于首端電壓情況。

3 算例分析

某變電站某條10kV線總長(zhǎng)度約為2670m，采用全電纜線路型號(hào)為YJV-300。共有小區(qū)變16臺(tái)，總?cè)萘繛?1660kVA，單電源專變2臺(tái)，容量600kVA，雙電源專變15臺(tái)，容量11580kVA。利用ETAP軟件，將該變電站該條線路的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)線路參數(shù)等輸入到軟件中，進(jìn)行仿真模型搭建，仿真初始潮流10kV主干線節(jié)點(diǎn)電壓分布如表1所示。

在各個(gè)主干線節(jié)點(diǎn)依次投入一個(gè)容量為2Mvar的電抗器，比較主干線節(jié)點(diǎn)電壓分布情況，主干線節(jié)點(diǎn)電壓分布趨勢(shì)如圖4所示。

由圖4可以看出，前端節(jié)點(diǎn)投入一定的感性無(wú)功補(bǔ)償對(duì)后端節(jié)點(diǎn)電壓不起直接抑制作用，但是后端節(jié)點(diǎn)投入一定的感性無(wú)功補(bǔ)償不僅可以明顯降低改補(bǔ)償點(diǎn)的電壓，同時(shí)還可以對(duì)前端節(jié)點(diǎn)電壓具有直接的抑制效果，即距離主干線母線越遠(yuǎn)，抑制主干線結(jié)點(diǎn)電壓抬升的效果也越明顯。

4 結(jié)語(yǔ)

本文首先通過(guò)電力系統(tǒng)仿真軟件ETAP搭建某城區(qū)某110kV變電站110kV～10kV配網(wǎng)系統(tǒng)模型，并在所帶某條10kV電壓越限線路各處可行位置配置電抗器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，利用仿真對(duì)比的方法，發(fā)現(xiàn)離主干線母線越遠(yuǎn)，抑制主干線結(jié)點(diǎn)電壓抬升的效果也越明顯，得到了最優(yōu)布點(diǎn)位置。另外，在投入無(wú)功補(bǔ)償裝置后，可以明細(xì)吸收過(guò)剩無(wú)功功率，改善供電電壓質(zhì)量，達(dá)到降低電壓的目的。

參考文獻(xiàn)

[1] 王穎，文福拴，趙波，等.高密度分布式光伏接入下電壓越限問(wèn)題的分析與對(duì)策[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2016， 36（5）：1200-1206.

[2] 王鶴，陳玉芳，李國(guó)慶，等.大規(guī)模分布式光伏接入的配電網(wǎng)電壓越限解決方案[J].東北電力大學(xué)學(xué)報(bào)，2017， 37（6）：8-14.

[3] 宋振躍.一種含有小水電并網(wǎng)的智能型饋線自動(dòng)化系統(tǒng)研究[J].機(jī)電信息，2018（6）：11-13.

[4] 厲志強(qiáng).小水電上網(wǎng)配電線路電壓越限治理措施[J].電工技術(shù)，2017（5）：92.