10 kV配電網(wǎng)的無功補償技術應用
2011-01-31 09:15:22陳偉潤
科學之友 2011年10期
陳偉潤
（惠州市大亞灣港灣水電安裝工程有限公司，廣東 惠州 516000）
10 kV配電線路電能的損耗很大，如何降低損耗一直是值得研究的問題。目前，降低10 kV配電線路電能的損耗有兩種方法：一是電流的減小，二是導線電阻的減小。減小導線電阻，需要擴大導線的直徑，擴大導線的直徑會導致材料的浪費，而且導線直徑不能隨意擴大。減小電流是一種切實可行的方法，因為交流電路中無功不平衡時會產(chǎn)生較大的無功電流。采用無功補償?shù)姆绞娇梢詼p小或消除無功電流，從而達到減小流經(jīng)導線的電流，減小電能損耗的目的。
1 無功補償對整個輸配電網(wǎng)的影響
1.1 無功電流是影響電力損耗的重要原因
交流電路中因為無功電流的存在造成了很大的電力損耗，表1是不同功率因數(shù)的交流電路中有功電流為1 A時無功電流的大小。
表1 不同功率因數(shù)的交流電路中有功電流為1 A時無功電流的大小
以上表明功率因數(shù)低時導線中無功電流和有功電流相比，無功電流就會很大，如功率因數(shù) 0.7時導線中無功電流和有功電流基本相等，0.60時無功電流是有功電流的1.38倍，0.50時無功電流是有功電流的1.73倍。因為電力損耗與流過導線電流的平方成正比，所以無功電流是影響電力損耗的重要原因，功率因數(shù)降低會造成很嚴重的電力損耗。
1.2 功率因數(shù)影響輸變配電網(wǎng)的輸送能力和穩(wěn)定性
上述已說明，功率因數(shù)降低使輸變配電網(wǎng)中產(chǎn)生了很大的無功電流，這就等于降低了輸變配電網(wǎng)的輸送能力。
功率因數(shù)的降低造成了嚴重的電力損耗，同時也造成了電網(wǎng)電壓的急劇下降。電網(wǎng)電壓的降低使各級變電站調壓裝置向升高電壓方向調整，使輸電線路電流增大，功率因數(shù)再降低，損耗再增大，電網(wǎng)電壓再降低，惡性循環(huán)。同時因為電壓降低，用戶用電設備輸出動力下降，用戶為滿足所需的動力需求，增大用電設備的額定功率，這樣就會使電網(wǎng)的功率因數(shù)更加降低，電流急劇增大，電壓急劇下降，造成電壓崩潰。使輸變配電網(wǎng)的穩(wěn)定性遭到破壞。
2 無功補償?shù)男б娣治?/h2>2.1 提高功率因數(shù)能有效降低線路損耗
交流電在輸電線路上的損耗為：
由式（2）可以說明線路損耗與功率因數(shù)的平方成反比，表2是功率因數(shù)由0.95降到0.60時交流電在線路中損耗增大的比例。
表2 功率因數(shù)由0.95降到0.60時交流電在線路中損耗增大的比例
提高功率因數(shù)，降低線損的關系可用式（3）進行計算。
式中，cosφ1：原功率因數(shù)；
cosφ2：提高后的功率因數(shù)；
△P %：降低線損百分數(shù)。
綜上所述，適時投切無功，能提高功率因數(shù)、降低損耗。
2.2 提高功率因數(shù)能有效提高線路輸送能力
由表1可知，在線路負荷一定時，功率因數(shù)的降低，線路中的無功電流就會增大，功率因數(shù)升高，線路中的無功電流就會減小，如果提高線路的輸送能力，可以采取提高功率因數(shù)的方式，也可以增大線路的線徑或采用電阻率小的材料做導線。
10 kV線路負荷約為1 000 kVA，如果功率因數(shù)0.96以上，線路每相的電流約為58 A，如果功率因數(shù)是0.60，每相的電流就會增大到99 A。如果不采取提高功率因數(shù)的方式，而是采取增大線徑的方式把線損降低到現(xiàn)在的6.5%，需要將原來LGJ－50鋁絞線換成LGJ－150鋁絞線。很顯然采取增大線徑的方式會造成很大的材料浪費。
3 無功補償?shù)难a償方式
在整個輸、變、配電網(wǎng)以及用電設備中，要讓整個系統(tǒng)的電氣設備達到最佳的出力（效率）、最低的損耗必須分層分級、隨時隨地進行無功補償，把無功電流降低到最小。補償方式可分為以下幾種：變電站集中自動跟蹤補償；線路自動補償；就地自動補償。
要實現(xiàn)分層分級、隨時隨地的無功補償，就要在各級變電站、輸電線路、用電設備旁裝設無功補償設備，而且能夠根據(jù)負荷的變化自動跟蹤調整補償容量。
3.1 變電站集中自動跟蹤補償
變電站需要裝設自動跟蹤無功補償設備，而且要盡量地多分組才能實現(xiàn)較好的跟蹤效果。尤其是110 kV、35 kV變電站作為電網(wǎng)系統(tǒng)中的末端變電站，承擔著直接向負載提供電壓穩(wěn)定無功平衡的高質量電能的任務，無功補償裝置顯得尤為重要。目前大多數(shù)110 kV、35 kV變電站的無功補償均不夠理想，特別是老變電站雖然原來設計有并聯(lián)電容器裝置，但多數(shù)由于不能適應負荷的變化達不到理想的補償效果，負荷高峰時有的變電站10 kV母線功率因數(shù)低到0.7以下，使變電站及以下輸變電能力降得很低，損耗很大。在110 kV、35 kV變電站上安裝能夠自動跟蹤負荷變化進行補償又能自動調壓的新一代高可靠10 kV無功自動補償裝置十分重要。
目前國內多數(shù)變電站安裝了綜合自動化系統(tǒng)實現(xiàn)了無人值守，變電站實現(xiàn)了綜合自動化無人值守，并聯(lián)電容器裝置也勢必要改成自動補償裝置。
3.2 線路自動補償
10 kV線路無功補償量的計算方法很多，因為負荷是一個不定的變量。一旦計算確定后一般不再變動，所以只能概算。無功補償?shù)脑瓌t是“就地平衡”，所以要采用“分散和集中、固定和自動相結合”的方法，分3步進行：一是變電所內按主變壓器容量的15%左右安裝固定補償電容器組。二是在線路負荷中心或某處按低負荷時的無功需求量安裝固定補償電容器組。三是在線路負荷中心的上側安裝自動補償電容器組。
從中可以看出，節(jié)約的無功負荷和補償電容量有一定的關系。補償前功率因數(shù)在0.85時，節(jié)約無功量是補償電容量的40%。在0.75時節(jié)約無功量是補償電容量的50%。在0.65時節(jié)約無功量是補償電容量的60%，即可以把補償電容量的百分數(shù)用于概算節(jié)約的無功損耗量。
計算線損量時，因素也較多，因線損與線路長短、線徑大小，補償電容的容量及運行時間有關。根據(jù)表3中負荷為2 000 kW，補償前功率因數(shù)在0.75，補償后功率因數(shù)在0.96時，應補償電容量為1 200 kvar，節(jié)約無功消耗按50%約600 kvar減少線路無功電流34 A，在不同線徑和距離時，節(jié)約的有功電量見表3。
表3 10 kV配電線路無功補償后的節(jié)約電量計算
4 無功補償?shù)哪康暮托Ч?/h2>
在三相平衡負荷處，可使受電功率因數(shù)提高到0.92以上，且不產(chǎn)生無功返送，從而降低線路損失率和減少用戶電費支出。在沖擊性和波動性負荷處，可減少電壓波動和抑制電壓閃變，提高電壓穩(wěn)定性。在三相不平衡負荷處，可分相補償無功功率，以改善不平衡性。
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