分析10KV配電線路無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)與安裝

李紀(jì)冬 焦大超

摘要：隨著我國(guó)用電負(fù)荷的增長(zhǎng)，部分供電半徑大、功率因數(shù)低、線路損耗大的 10 kV 農(nóng)網(wǎng)配電線路無法滿足用戶需求，必須要設(shè)計(jì)自動(dòng)無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行無功補(bǔ)償。

關(guān)鍵詞：10kV配電線路；無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置；設(shè)計(jì)；安裝

引言

10KV 配電網(wǎng)絡(luò)廣泛具有供電質(zhì)量差、功率因數(shù)低、線損大的情況。尤其是農(nóng)村 10KV配電網(wǎng)。由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理、負(fù)荷季節(jié)性強(qiáng)、配電變壓器負(fù)載率低。從而造成網(wǎng)絡(luò)功率因數(shù)變化頻繁，電網(wǎng)線損率居高不下，配電網(wǎng)所需要的大量無功功率靠主網(wǎng)輸送，加大了線路的電壓損耗和網(wǎng)絡(luò)損耗。國(guó)家的規(guī)范要求和現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用實(shí)踐都表明，在 10KV配電線路上實(shí)施無功補(bǔ)償?shù)谋匾院椭匾砸驯粡V泛認(rèn)可，而能夠?qū)崿F(xiàn)無功自動(dòng)補(bǔ)償在近些年已受到很多供電企業(yè)的極大關(guān)注。

1 10kV 電網(wǎng)的無功補(bǔ)償裝置設(shè)計(jì)的重要意義

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，人們對(duì)電力的需求逐年增長(zhǎng)，從而造成了電力系統(tǒng)負(fù)荷功率負(fù)擔(dān)過重，諧波源和負(fù)載不平衡，已經(jīng)對(duì)人們的生活造成了困擾，急需一種新型的方法來應(yīng)對(duì)上述問題，科學(xué)技術(shù)的大力發(fā)展，為新方法創(chuàng)造了一個(gè)比較好的前景，近些年來，國(guó)家在電子技術(shù)方面發(fā)展迅猛，無功補(bǔ)償和電網(wǎng)諧波治理新技術(shù)取得的新突破，解決了以前很多的問題，雖然配電在電網(wǎng)的過程中起到重要的作用，但是損失也是極其之高的，而無功補(bǔ)償在這上面可以很好的降低損耗，并且很好的提高輸電質(zhì)量。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，雖然充分考慮到無功優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)以及規(guī)劃，但是對(duì)操作優(yōu)化上的設(shè)計(jì)卻很少的進(jìn)行考慮，因此本論文從 10kV 電網(wǎng)的無功補(bǔ)償裝置設(shè)計(jì)出發(fā)，充分發(fā)揮網(wǎng)內(nèi)各種設(shè)備的作用，從而實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)無功優(yōu)化調(diào)度，最終提高電功率。

2 10kV配電線路無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)

2.1 硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，需要采集的模擬量包括電網(wǎng)的三相電壓 U a、U b、U c，三相負(fù)載電流 I a、I b、I c。無功補(bǔ)償控制系統(tǒng)的整體硬件結(jié)構(gòu)主要由信號(hào)采樣電路、信號(hào)調(diào)理電路和 DSP 外圍電路部分組成。數(shù)據(jù)采集部分將三相交流信號(hào)經(jīng)過電壓互感器和電流互感器進(jìn)行提取，經(jīng)過調(diào)理電路，包括濾波電路和運(yùn)放電路連接到 DSP 的I/O 口，從 A/D 口輸入的數(shù)據(jù)在 DSP 中進(jìn)行 FFT 運(yùn)算?？刂破饔布O(shè)計(jì)構(gòu)成部分為：DSP 最小系統(tǒng)、信號(hào)采樣部分電路、信號(hào)調(diào)理部分電路、抬升電路以及驅(qū)動(dòng)部分的電路等。由 DSP 進(jìn)行運(yùn)算、處理，計(jì)算出判據(jù)條件、無功功率或功率因數(shù)。根據(jù)控制方式判斷所需投切電容量，并通過 I/O 口將投切指令輸出到繼電器驅(qū)動(dòng)電路；驅(qū)動(dòng)電路接到信號(hào)后，通過繼電器開關(guān)控制補(bǔ)償電容器組的投切。

2.2 判斷電容器組投切

為了判斷電容器組投入值和切出值大小，需對(duì)測(cè)量值和設(shè)定值進(jìn)行格式化處理：1）擴(kuò)大測(cè)量值和設(shè)定值；2）分別計(jì)算感性和容性狀態(tài)下的功率因數(shù)測(cè)量值；3）分別計(jì)算感性和容性狀態(tài)下的功率因數(shù)設(shè)定值。如果出現(xiàn)過電壓現(xiàn)象，那么需對(duì)電容組進(jìn)行延時(shí)處理，并丟棄一組電容器；如果出現(xiàn)輕載現(xiàn)象，那么需延時(shí)一段時(shí)間之后，再丟棄一組電容器。對(duì)過壓和輕載現(xiàn)象進(jìn)行判斷，查看測(cè)量值和設(shè)定值是否返回到正常值，如果功率因數(shù)測(cè)量值大于等于切入值，那么需對(duì)電容組進(jìn)行延時(shí)處理，再丟棄一組電容器；如果功率因數(shù)測(cè)量值小于投入值，那么需對(duì)電容組進(jìn)行延時(shí)處理，再投入一組電容器。

2.3無功補(bǔ)償觸發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)觸發(fā)電路時(shí)，TSC 的觸發(fā)角應(yīng)嚴(yán)格按照峰值觸發(fā)機(jī)制，以防止導(dǎo)通瞬間產(chǎn)生過電流，而 TCR 則應(yīng)使其觸發(fā)角保持在 90°～180°之間。當(dāng)控制單元判定一組 TSC 進(jìn)行投切時(shí)，觸發(fā)單元中的鎖相環(huán)模塊將采樣電網(wǎng)電壓并進(jìn)行同步，于電網(wǎng)電壓自然換相點(diǎn)處給出觸發(fā)脈沖。而當(dāng)控制單元判定 TCR 進(jìn)行投切時(shí)，需先通過一組計(jì)算電路，當(dāng)投入無功量為負(fù)值時(shí)，認(rèn)為系統(tǒng)發(fā)生了過補(bǔ)償，此時(shí)計(jì)算電路將直接導(dǎo)出觸發(fā)角90°，脈沖信號(hào)于 90°點(diǎn)給出，TCR 全導(dǎo)通；若是無功量為正，計(jì)算導(dǎo)出的觸發(fā)角就為 180°，認(rèn)為此時(shí)TCR 關(guān)斷。

2.4 無功補(bǔ)償遠(yuǎn)程無線集控系統(tǒng)

無功補(bǔ)償遠(yuǎn)程無線集控系統(tǒng)主要是通過遙控器從而對(duì)無功補(bǔ)償系統(tǒng)進(jìn)行一定程度的綜合管理，通常情況下該項(xiàng)技術(shù)包括各個(gè)方面，比如運(yùn)輸數(shù)據(jù)，無線通訊，智能化等等，主要是通過應(yīng)用智能手機(jī)芯片，電信通訊系統(tǒng)以及處理器等等從而對(duì)顯示器進(jìn)行控制。無功補(bǔ)償遠(yuǎn)程無線集控系統(tǒng)采用的是大規(guī)模集成電路技術(shù)，此技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于微型控制，同時(shí)也可以抵抗干擾，具有十分齊全的功能，而且運(yùn)行的比較穩(wěn)定，操作方便，安裝簡(jiǎn)便，此技術(shù)連接的軟件使用也是方便簡(jiǎn)單。

2.5軟件設(shè)計(jì)

采用模塊化設(shè)計(jì)，既方便修改檢查，同時(shí)加快了執(zhí)行的效率。根據(jù)系統(tǒng)的硬件電路與設(shè)計(jì)功能要求，控制保護(hù)主控軟件包括五個(gè)主要模塊，對(duì)于功率因數(shù)的控制要先對(duì)系統(tǒng)的無功與功率因數(shù)做檢測(cè)計(jì)算。當(dāng)無功功率超越上限時(shí)，系統(tǒng)的功率性質(zhì)呈容性，說明投入的電容器使系統(tǒng)出現(xiàn)過補(bǔ)償，此時(shí)應(yīng)馬上控制繼電器切除所投入的電容器。然后再通過計(jì)算得出新的功率因數(shù)，進(jìn)而計(jì)算出所需投切電容的容量，當(dāng)電壓過零點(diǎn)時(shí)投入相應(yīng)的電容。由于補(bǔ)償用的電容器連接方式有三角形接法與星形接法兩種，所以每相投切電容量的計(jì)算也有區(qū)別，當(dāng)電容接線方式采用星形接法時(shí)，設(shè) Q 為需補(bǔ)償?shù)臒o功功率，U 為測(cè)量所得的線電壓大小， 為流經(jīng)電容的電流，根據(jù)下式可計(jì)算出所需投入的電容量 為：

3 10kV配電線路無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置的安裝過程

與普通的電路設(shè)備安裝情況不同，無功補(bǔ)償裝置在 10kV 配電線路中的安裝過程具有其固有的特殊性，不僅對(duì)安裝技術(shù)具有更高的要求，對(duì)各項(xiàng)參數(shù)控制、操作細(xì)節(jié)控制等均做出了嚴(yán)格規(guī)定。因此，必須對(duì)無功補(bǔ)償裝置的安裝過程進(jìn)行全方位的嚴(yán)密把控，避免出現(xiàn)安裝漏洞。在安裝過程中，首先應(yīng)對(duì)線路的電壓控制目的進(jìn)行全面調(diào)查分析，并在此基礎(chǔ)上確認(rèn)電流流徑位置，為電容器的參數(shù)奠定合理基礎(chǔ)。其次，對(duì)安裝施工人員進(jìn)行綜合素質(zhì)考查，包括無功補(bǔ)償裝置的專業(yè)安裝技能測(cè)試、施工技藝測(cè)試等，對(duì)容易出現(xiàn)的漏洞，如電壓錯(cuò)位、電流錯(cuò)位、互感器損壞等情況進(jìn)行嚴(yán)格把控，以保證設(shè)備的安裝質(zhì)量。另外，在無功補(bǔ)償裝置的安裝流程初步完成的情況下，安裝施工人員還應(yīng)對(duì)該安裝設(shè)備及其所在線路進(jìn)行符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行具體探查，并采取補(bǔ)救措施。可見，只有充分保障安裝過程的科學(xué)性與合理性，才能為電流運(yùn)行提供穩(wěn)定、安全、高效的技術(shù)保證。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，10kV 配電線路是配電網(wǎng)的重要組成部分，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的提高，供電企業(yè)對(duì)配電線路的節(jié)能技術(shù)要求越來越高。無功補(bǔ)償裝置作為一種節(jié)能的優(yōu)化式工具，有助于配電線路中電容器的合理配置，具有安裝簡(jiǎn)便性、節(jié)能高效性等特點(diǎn)，可見，明確無功補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)與安裝要求與細(xì)節(jié)，是現(xiàn)階段供電企業(yè)節(jié)能電網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵。

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（作者單位：1.天津市匯峰工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司2 天津中電華利電器科技集團(tuán)有限公司）