10kV配導(dǎo)線路完善無功補償?shù)膶Σ咛接?/h1>
2010-04-16 01:55:38王東亮
科技傳播 2010年21期
王東亮
安徽電力東至供電有限責(zé)任公司，安徽池州 247200
低壓無功補償是電網(wǎng)改造過程中的重要內(nèi)容。進行無功補償就是通過提供給電網(wǎng)必要的無功功率來加大電網(wǎng)系統(tǒng)的功率因數(shù)值，降低電的損耗，改進電網(wǎng)的質(zhì)量，提高供電的質(zhì)量。但是由于在供電的過程中每一級的供電網(wǎng)、輸電設(shè)備和用電設(shè)備等都要消耗無功功率，特別是在低壓配電系統(tǒng)中，所以合理地選擇無功補償?shù)姆绞竭M行平衡地配置是完善電網(wǎng)無功補償?shù)闹匾獌?nèi)容。
科技應(yīng)用雜志曾載文：我國第一套10kV線路的完善無功補償裝置是在云南的瀘西變電所投入使用的。它采用的是上海交大專利研制的無功連續(xù)的補償裝置。此裝置的最大補償容量達到了8 000kVA。瀘西變電所的無功補償裝置實現(xiàn)了電容器零電流無沖擊的投切和自動控制線路的功率因數(shù)。通過投入無功連續(xù)補償裝置的使用，整個瀘西的電網(wǎng)都受到了很好的保護，變電所電容器和投切接觸器的使用壽命也得以延長。
1 低壓無功補償概述
所謂無功補償是指在配電變壓器低壓380V（400V）網(wǎng)絡(luò)中安裝供電補償裝置以補償變壓器的漏磁無功損耗。根據(jù)補償方式的不同可以進行分類，分為隨器補償、隨機補償和跟蹤補償。其中隨器補償和跟蹤補償?shù)脑聿畈欢唷?/p>
在這里我們要討論電網(wǎng)的無功負荷。低壓供電配導(dǎo)線路的不同之處在于它往往是一條線路接了很多臺容量不一致的大大小小的配電變壓器。一般10kV的配導(dǎo)線路中，一般接了十幾臺甚至幾十臺容量大小不一樣的配電變壓器。分散的配電變壓器在容量很小這一因素的影響下使得多數(shù)的變壓器每天有一半以上的時間處于空載運行的狀態(tài)，這無疑將導(dǎo)致在用電高峰時段出現(xiàn)無功不平衡的現(xiàn)象。城市容易出現(xiàn)高溫酷暑天氣大面積用電量過大，而春天和秋天則用電量過?。辉谵r(nóng)村，農(nóng)忙時節(jié)的大量用電設(shè)備諸如抽水機、收割機、插秧機等等的同時投入使用導(dǎo)致無功不平衡現(xiàn)象。
一般在分散的用戶共用的10kV供電系統(tǒng)中，超過七成的變壓器在75kV安以下。在這種供電網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)下，原有的電網(wǎng)用戶中10kV線路的送出端口和配電用戶、變壓器用戶等都沒有無功補償裝置，這導(dǎo)致10kV送出端口的功率因素下的COSφ值處于一個很低的狀態(tài)。諸多小容量的配電變壓器在低負荷的狀態(tài)下運作加大了無功功率，加之各種家用電器的無功損耗和配變的空載和磁漏損耗，致使COSφ值無法達到規(guī)定的數(shù)值，這對導(dǎo)線的損傷也是十分大的。加速老化的導(dǎo)線使得整個供導(dǎo)線路的壽命縮短，也間接影響到了用戶的變壓器的使用壽命。
2 無功補償方式詳析
10kV的供導(dǎo)線路中的無功補償方式要根據(jù)各地的用電特點進行選擇。對于變電站10kV的母線上裝置并聯(lián)電容器組進行集中補償?shù)姆椒▉碚f，這只能增加母線和變壓器之間以及上一級的電壓等級線路的功率因數(shù)，不能對母線上手端的功率因數(shù)值產(chǎn)生影響。因為10kV供導(dǎo)線路上的每一個配電變壓器提供的無功功率的輸出點仍然在此，每一條送出線路上的損耗并不會因此降低。所以，在選擇無功補償?shù)牡姆绞缴希?0kV的供導(dǎo)線路和系統(tǒng)最好采用在線路上直接裝上配電變壓器進行無功補償。這種方法對選擇補償量有更加明確的根據(jù)，可以將資源充分應(yīng)用在需要補償?shù)牡胤健＿@種方式的補償效率高，效果明顯。
農(nóng)村的變壓器多為“T”接變壓器，在10kV的配導(dǎo)線路上，空載運行的現(xiàn)象非常明顯。多數(shù)時段下，農(nóng)村電網(wǎng)中的變壓器大電壓在線路中多無法發(fā)揮全力的作用，只有在農(nóng)忙時期才有許多大用電裝置投入使用。很明顯，農(nóng)村的變壓器空載運行對線路的損耗很大。許多農(nóng)村的10kV線路首端的功率因數(shù)值不超過0.75。因此，在農(nóng)村的10kV配導(dǎo)線路的無功補償方式選擇中，應(yīng)采用隨機和隨器的補償方式，因為以村為自然單位的農(nóng)村供電系統(tǒng)存在很多不切實際的情況，大的用電量機器很少、農(nóng)村范圍廣大、線路長等等使得大范圍的無功分散補償成為必須。在變壓器的低壓一側(cè)按照空載的電流值計算并選擇并聯(lián)的電容器作補償，在大型用電設(shè)備上裝載并聯(lián)電容器，通過計算電機容量來進行補償。這種隨機和隨器的無功補償方式應(yīng)該采用手動投切的方式，也就是是說只有當(dāng)大型的電機處于運行狀態(tài)的時候才能進行無功補償。對于農(nóng)忙季節(jié)的用電特征——許多大型的電機同時投入使用，且集中在一段時間內(nèi)，可以歸納為固定的短時間內(nèi)大容量的電機同時投入使用。比如說排灌設(shè)備（抽水機、排灌站等等）不重視無功補償導(dǎo)致的大損耗產(chǎn)生。針對這種用電特征，應(yīng)當(dāng)根據(jù)電機的容量進行并聯(lián)電容器的隨機補償，促進用電平衡。只有在農(nóng)村選擇這種方式才能降低農(nóng)村電網(wǎng)線路的空耗，降低用電量，降低農(nóng)村的電價，減輕農(nóng)民負擔(dān)。
3 無功補償?shù)男б娣治?/h2>
1）對于企業(yè)用電和家庭用電來說，無功補償?shù)慕?jīng)濟效益的完全不一樣的。特別是對于大用電量的企業(yè)來說，無功補償?shù)谋匾杂葹槊黠@。我國的工業(yè)用電的價格比民用電的價格要高，是因為工業(yè)用電量特別大，如果不進行價格上的限制，過度的用電會給我國許多地方的供電帶來影響。近年由于夏天普遍高溫導(dǎo)致的拉閘限電充分說明了我國的電資源還是短缺的。國家的《電力系統(tǒng)電壓和無功電力技術(shù)導(dǎo)則》對不同企業(yè)的功率因數(shù)的規(guī)定數(shù)值都是根據(jù)企業(yè)的用電量來進行規(guī)定的。一般低于規(guī)定的數(shù)值要加收電費，高于規(guī)定的數(shù)值則可以減免電費。事實上這都是在鼓勵企業(yè)對電資源進行充分利用而不是讓導(dǎo)線空載運行；
2）可以節(jié)省整個配電系統(tǒng)的能耗。我們根據(jù)有功功率的公式可以知道：P=IUCOSφ，由于無功補償前后在線路上傳輸?shù)挠泄Φ墓β什粫l(fā)生改變，COSφ的提高使得補償之后的電壓U后就比補償之前的電壓U前大一點點，但是差別不大U前和U后可以用約等號對比。這樣I前COSφ前＝I后COSφ后，由此可知I前/I后＝COSφ后/COSφ前。我們可以通過這個公式得出線損百分數(shù)的減少數(shù)值公式：
功率因數(shù)的提高達到0.1～0.3以上的時候，有功損耗的降低率超過20%，最多達到將近50%；
3）對于農(nóng)村的無功補償，則是為了平衡地區(qū)的經(jīng)濟水平，提高農(nóng)民的收入，減輕農(nóng)民的生活負擔(dān)，鼓勵他們用電。一是減少空載運行給電網(wǎng)帶來的損耗；二是通過無功補償延長電機和電器的壽命。只有降低了整個電力系統(tǒng)的能耗才能在根本上降低整個系統(tǒng)的運行成本。
舉例來說，農(nóng)村的水泵可以通過無功補償增加變壓器的容量。用公式表示為：
一臺農(nóng)村的用于抽水的水泵的額定功率約為150KW，無功補償前的功率因數(shù)約為0.86，補償之后的功率因數(shù)約為0.97，按照容量的公式計算可以得出：
P=（150÷0.86）×（0.97÷0.86-1）=174.4×0.13=22.67KW。
4 10kV配導(dǎo)線路無功補償過程中的接地問題及對策
對于10kV配導(dǎo)線路在無功補償過程中出現(xiàn)的接地故障主要總結(jié)為以下幾種：
1）非熔絲接觸橫擔(dān)造成的接地。有的用電家庭在熔斷器的熔絲熔斷之后不采用同樣的熔絲更換而是臨時采取鋁絲替代導(dǎo)致的接地；
2）絕緣體擊穿造成的接地。雷擊造成的擊穿導(dǎo)致接地或是斷路器真空泡破裂導(dǎo)致的接地都不易察覺，要加強裝置過程中的質(zhì)量檢測，在絕緣子潮濕前做干燥保護；
3）外力造成的破壞引起的接地。多見于意外事故和自然災(zāi)害導(dǎo)致的接地。所以在進行電網(wǎng)線路的裝置過程中要多對周圍進行警示，在多發(fā)災(zāi)害的地區(qū)嚴格進行監(jiān)控。對于電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)有大量建筑物和不符合規(guī)定的交叉線路在大風(fēng)大雨天氣下造成的事故近期的接地要根據(jù)線路規(guī)則進行解決。在線路保護區(qū)內(nèi)設(shè)立警示牌并與導(dǎo)線進行安全距離的隔離能夠有效解決這一問題。要加強人員對電網(wǎng)做定期的檢查，特別是夜間的巡邏，發(fā)現(xiàn)放電現(xiàn)象要及時處理加固；
4）在避雷針（或避雷器）的選擇上要進行慎重的工作。防止質(zhì)量差、性能不穩(wěn)定的避雷器流入市場；用電戶要及時進行老化的避雷針的觀察，對性能下降的避雷針進行檢修，對無法使用的避雷針進行替換；
5）及時清理鐵橫擔(dān)上的鳥巢，防止陰雨天氣因為潮濕造成的線路接地。10kV的橫擔(dān)長度比較短，許多鳥類喜歡在橫擔(dān)中間筑巢，一旦鳥巢的規(guī)模過大，整個鳥巢將可能因為天氣下雨引起重量過大形成線路接地。
解決電路補償裝置接地的接線是一項重要的工作，是保證無功補償裝裝置有效運行的重要工作事項。在裝置的測量點——補償裝置的電容器組和電流的引入點容易在接線中忘記。事實上電流的引入點是補償裝置中電流互感器在被補償系統(tǒng)中的安裝點。正確的接線方法是：參考供電電源，將電流互感器安裝在電容器組的總進線“T”點電源之間，也就是電流互感器測量的電流要包含經(jīng)過電容器組的電流。如果操作錯誤，電容器分組的投切狀態(tài)下，裝置顯示有功、無功功率等數(shù)值都不會出現(xiàn)變化，導(dǎo)致投切的結(jié)果無法判斷而影響整個裝置的作用。
5 結(jié)論
10kV配導(dǎo)線路的完善無功補償是需要經(jīng)過精心設(shè)計和計算的一種保護措施。用戶對無功補償裝置的選擇仍然是采用自愿的原則。但是，隨著用電量的增長和限電政策的推行，夏季將有更多的企業(yè)因投入使用無功補償裝置節(jié)省更多費用。無功補償裝置具有良好的社會效益和經(jīng)濟效益，值得大量推廣。
[1]戴曉亮.無功補償技術(shù)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用[J].電網(wǎng)技術(shù)，1999，23(6).
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[4]于爾鏗.電力市場[M].北京：中國電力出版社，1998.
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[6]諸葛斌.配網(wǎng)結(jié)構(gòu)對電壓質(zhì)量的影響及無功補償對策[J].電力電容器，2007，10，28(5).
[7]盧鳳英.10千伏配電變壓器的防雷保護措施[J].中國科技信息，2005(17).
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科技應(yīng)用雜志曾載文：我國第一套10kV線路的完善無功補償裝置是在云南的瀘西變電所投入使用的。它采用的是上海交大專利研制的無功連續(xù)的補償裝置。此裝置的最大補償容量達到了8 000kVA。瀘西變電所的無功補償裝置實現(xiàn)了電容器零電流無沖擊的投切和自動控制線路的功率因數(shù)。通過投入無功連續(xù)補償裝置的使用，整個瀘西的電網(wǎng)都受到了很好的保護，變電所電容器和投切接觸器的使用壽命也得以延長。
1 低壓無功補償概述
所謂無功補償是指在配電變壓器低壓380V（400V）網(wǎng)絡(luò)中安裝供電補償裝置以補償變壓器的漏磁無功損耗。根據(jù)補償方式的不同可以進行分類，分為隨器補償、隨機補償和跟蹤補償。其中隨器補償和跟蹤補償?shù)脑聿畈欢唷?/p>
在這里我們要討論電網(wǎng)的無功負荷。低壓供電配導(dǎo)線路的不同之處在于它往往是一條線路接了很多臺容量不一致的大大小小的配電變壓器。一般10kV的配導(dǎo)線路中，一般接了十幾臺甚至幾十臺容量大小不一樣的配電變壓器。分散的配電變壓器在容量很小這一因素的影響下使得多數(shù)的變壓器每天有一半以上的時間處于空載運行的狀態(tài)，這無疑將導(dǎo)致在用電高峰時段出現(xiàn)無功不平衡的現(xiàn)象。城市容易出現(xiàn)高溫酷暑天氣大面積用電量過大，而春天和秋天則用電量過?。辉谵r(nóng)村，農(nóng)忙時節(jié)的大量用電設(shè)備諸如抽水機、收割機、插秧機等等的同時投入使用導(dǎo)致無功不平衡現(xiàn)象。
一般在分散的用戶共用的10kV供電系統(tǒng)中，超過七成的變壓器在75kV安以下。在這種供電網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)下，原有的電網(wǎng)用戶中10kV線路的送出端口和配電用戶、變壓器用戶等都沒有無功補償裝置，這導(dǎo)致10kV送出端口的功率因素下的COSφ值處于一個很低的狀態(tài)。諸多小容量的配電變壓器在低負荷的狀態(tài)下運作加大了無功功率，加之各種家用電器的無功損耗和配變的空載和磁漏損耗，致使COSφ值無法達到規(guī)定的數(shù)值，這對導(dǎo)線的損傷也是十分大的。加速老化的導(dǎo)線使得整個供導(dǎo)線路的壽命縮短，也間接影響到了用戶的變壓器的使用壽命。
2 無功補償方式詳析
10kV的供導(dǎo)線路中的無功補償方式要根據(jù)各地的用電特點進行選擇。對于變電站10kV的母線上裝置并聯(lián)電容器組進行集中補償?shù)姆椒▉碚f，這只能增加母線和變壓器之間以及上一級的電壓等級線路的功率因數(shù)，不能對母線上手端的功率因數(shù)值產(chǎn)生影響。因為10kV供導(dǎo)線路上的每一個配電變壓器提供的無功功率的輸出點仍然在此，每一條送出線路上的損耗并不會因此降低。所以，在選擇無功補償?shù)牡姆绞缴希?0kV的供導(dǎo)線路和系統(tǒng)最好采用在線路上直接裝上配電變壓器進行無功補償。這種方法對選擇補償量有更加明確的根據(jù)，可以將資源充分應(yīng)用在需要補償?shù)牡胤健＿@種方式的補償效率高，效果明顯。
農(nóng)村的變壓器多為“T”接變壓器，在10kV的配導(dǎo)線路上，空載運行的現(xiàn)象非常明顯。多數(shù)時段下，農(nóng)村電網(wǎng)中的變壓器大電壓在線路中多無法發(fā)揮全力的作用，只有在農(nóng)忙時期才有許多大用電裝置投入使用。很明顯，農(nóng)村的變壓器空載運行對線路的損耗很大。許多農(nóng)村的10kV線路首端的功率因數(shù)值不超過0.75。因此，在農(nóng)村的10kV配導(dǎo)線路的無功補償方式選擇中，應(yīng)采用隨機和隨器的補償方式，因為以村為自然單位的農(nóng)村供電系統(tǒng)存在很多不切實際的情況，大的用電量機器很少、農(nóng)村范圍廣大、線路長等等使得大范圍的無功分散補償成為必須。在變壓器的低壓一側(cè)按照空載的電流值計算并選擇并聯(lián)的電容器作補償，在大型用電設(shè)備上裝載并聯(lián)電容器，通過計算電機容量來進行補償。這種隨機和隨器的無功補償方式應(yīng)該采用手動投切的方式，也就是是說只有當(dāng)大型的電機處于運行狀態(tài)的時候才能進行無功補償。對于農(nóng)忙季節(jié)的用電特征——許多大型的電機同時投入使用，且集中在一段時間內(nèi)，可以歸納為固定的短時間內(nèi)大容量的電機同時投入使用。比如說排灌設(shè)備（抽水機、排灌站等等）不重視無功補償導(dǎo)致的大損耗產(chǎn)生。針對這種用電特征，應(yīng)當(dāng)根據(jù)電機的容量進行并聯(lián)電容器的隨機補償，促進用電平衡。只有在農(nóng)村選擇這種方式才能降低農(nóng)村電網(wǎng)線路的空耗，降低用電量，降低農(nóng)村的電價，減輕農(nóng)民負擔(dān)。
3 無功補償?shù)男б娣治?/h2>
1）對于企業(yè)用電和家庭用電來說，無功補償?shù)慕?jīng)濟效益的完全不一樣的。特別是對于大用電量的企業(yè)來說，無功補償?shù)谋匾杂葹槊黠@。我國的工業(yè)用電的價格比民用電的價格要高，是因為工業(yè)用電量特別大，如果不進行價格上的限制，過度的用電會給我國許多地方的供電帶來影響。近年由于夏天普遍高溫導(dǎo)致的拉閘限電充分說明了我國的電資源還是短缺的。國家的《電力系統(tǒng)電壓和無功電力技術(shù)導(dǎo)則》對不同企業(yè)的功率因數(shù)的規(guī)定數(shù)值都是根據(jù)企業(yè)的用電量來進行規(guī)定的。一般低于規(guī)定的數(shù)值要加收電費，高于規(guī)定的數(shù)值則可以減免電費。事實上這都是在鼓勵企業(yè)對電資源進行充分利用而不是讓導(dǎo)線空載運行；
2）可以節(jié)省整個配電系統(tǒng)的能耗。我們根據(jù)有功功率的公式可以知道：P=IUCOSφ，由于無功補償前后在線路上傳輸?shù)挠泄Φ墓β什粫l(fā)生改變，COSφ的提高使得補償之后的電壓U后就比補償之前的電壓U前大一點點，但是差別不大U前和U后可以用約等號對比。這樣I前COSφ前＝I后COSφ后，由此可知I前/I后＝COSφ后/COSφ前。我們可以通過這個公式得出線損百分數(shù)的減少數(shù)值公式：
功率因數(shù)的提高達到0.1～0.3以上的時候，有功損耗的降低率超過20%，最多達到將近50%；
3）對于農(nóng)村的無功補償，則是為了平衡地區(qū)的經(jīng)濟水平，提高農(nóng)民的收入，減輕農(nóng)民的生活負擔(dān)，鼓勵他們用電。一是減少空載運行給電網(wǎng)帶來的損耗；二是通過無功補償延長電機和電器的壽命。只有降低了整個電力系統(tǒng)的能耗才能在根本上降低整個系統(tǒng)的運行成本。
舉例來說，農(nóng)村的水泵可以通過無功補償增加變壓器的容量。用公式表示為：
一臺農(nóng)村的用于抽水的水泵的額定功率約為150KW，無功補償前的功率因數(shù)約為0.86，補償之后的功率因數(shù)約為0.97，按照容量的公式計算可以得出：
P=（150÷0.86）×（0.97÷0.86-1）=174.4×0.13=22.67KW。
4 10kV配導(dǎo)線路無功補償過程中的接地問題及對策
對于10kV配導(dǎo)線路在無功補償過程中出現(xiàn)的接地故障主要總結(jié)為以下幾種：
1）非熔絲接觸橫擔(dān)造成的接地。有的用電家庭在熔斷器的熔絲熔斷之后不采用同樣的熔絲更換而是臨時采取鋁絲替代導(dǎo)致的接地；
2）絕緣體擊穿造成的接地。雷擊造成的擊穿導(dǎo)致接地或是斷路器真空泡破裂導(dǎo)致的接地都不易察覺，要加強裝置過程中的質(zhì)量檢測，在絕緣子潮濕前做干燥保護；
3）外力造成的破壞引起的接地。多見于意外事故和自然災(zāi)害導(dǎo)致的接地。所以在進行電網(wǎng)線路的裝置過程中要多對周圍進行警示，在多發(fā)災(zāi)害的地區(qū)嚴格進行監(jiān)控。對于電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)有大量建筑物和不符合規(guī)定的交叉線路在大風(fēng)大雨天氣下造成的事故近期的接地要根據(jù)線路規(guī)則進行解決。在線路保護區(qū)內(nèi)設(shè)立警示牌并與導(dǎo)線進行安全距離的隔離能夠有效解決這一問題。要加強人員對電網(wǎng)做定期的檢查，特別是夜間的巡邏，發(fā)現(xiàn)放電現(xiàn)象要及時處理加固；
4）在避雷針（或避雷器）的選擇上要進行慎重的工作。防止質(zhì)量差、性能不穩(wěn)定的避雷器流入市場；用電戶要及時進行老化的避雷針的觀察，對性能下降的避雷針進行檢修，對無法使用的避雷針進行替換；
5）及時清理鐵橫擔(dān)上的鳥巢，防止陰雨天氣因為潮濕造成的線路接地。10kV的橫擔(dān)長度比較短，許多鳥類喜歡在橫擔(dān)中間筑巢，一旦鳥巢的規(guī)模過大，整個鳥巢將可能因為天氣下雨引起重量過大形成線路接地。
解決電路補償裝置接地的接線是一項重要的工作，是保證無功補償裝裝置有效運行的重要工作事項。在裝置的測量點——補償裝置的電容器組和電流的引入點容易在接線中忘記。事實上電流的引入點是補償裝置中電流互感器在被補償系統(tǒng)中的安裝點。正確的接線方法是：參考供電電源，將電流互感器安裝在電容器組的總進線“T”點電源之間，也就是電流互感器測量的電流要包含經(jīng)過電容器組的電流。如果操作錯誤，電容器分組的投切狀態(tài)下，裝置顯示有功、無功功率等數(shù)值都不會出現(xiàn)變化，導(dǎo)致投切的結(jié)果無法判斷而影響整個裝置的作用。
5 結(jié)論
10kV配導(dǎo)線路的完善無功補償是需要經(jīng)過精心設(shè)計和計算的一種保護措施。用戶對無功補償裝置的選擇仍然是采用自愿的原則。但是，隨著用電量的增長和限電政策的推行，夏季將有更多的企業(yè)因投入使用無功補償裝置節(jié)省更多費用。無功補償裝置具有良好的社會效益和經(jīng)濟效益，值得大量推廣。
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