王金發(fā)，周和平

（1.吉林艾瑞環(huán)保技術(shù)有限公司，吉林吉林 132013；2.華立儀表集團(tuán)股份有限公司，杭州 310023）

從電力公司需求側(cè)統(tǒng)計線損看，10 kV供電線路的線損約占總線損的65%～80%，主要原因是60%以上的工業(yè)或農(nóng)業(yè)電力用戶是通過10 kV系統(tǒng)供電的，因此線損率所占比例較大。通過電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償，提高功率因數(shù)是降低線損的一種有效措施。

經(jīng)多年運行經(jīng)驗總結(jié)，在10 kV線路上采用電容器無功補(bǔ)償存在很多實際問題，同一條線路，按照無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量或優(yōu)化無功補(bǔ)償方案來確定補(bǔ)償容器及安裝位置，其計算結(jié)果不盡相同，這些算法都是在設(shè)定條件范圍的情況下進(jìn)行計算的，而實際每條線路所帶的無功負(fù)荷分布情況多變，遠(yuǎn)超出這些設(shè)定條件的范圍，因此實際補(bǔ)償效果并非理想，甚至導(dǎo)致線損增大。另外，10 kV線路上的無功補(bǔ)償裝置主要依靠鉛絲保護(hù)，運行中因某種原因?qū)е卤Ｗo(hù)鉛絲一相或二相熔斷，使其補(bǔ)償容量不平衡，事后又不能被及時發(fā)現(xiàn)，給電力系統(tǒng)安全運行帶來諸多不利因素。同時電容器受環(huán)境溫度的影響也很大，特別在夏季，戶外電容器的表面溫度可達(dá)到85℃以上，加速絕緣老化，增大本身損耗，降低使用壽命?；谏鲜銮闆r，有很多地區(qū)已經(jīng)不在10 kV線路上采用電容器無功補(bǔ)償?shù)姆绞健?/p>

1 運行現(xiàn)狀

10 kV高壓電力用戶，一般是在0.4 kV側(cè)采用無功自動補(bǔ)償裝置，主要補(bǔ)償電力負(fù)荷所消耗的無功功率。目前普遍采用欠補(bǔ)償方式，補(bǔ)償后的功率因數(shù)一般在0.9～1.0范圍內(nèi)，剩余部分的無功功率均由電源提供，如圖1所示。

圖1 10 kV線路無功分布

在圖1b中的橫軸上方，電源向負(fù)荷側(cè)提供的無功功率ΔQL與線路長度L構(gòu)成一個階梯形面積，根據(jù)鏡呈像原理[1]，如果在沿線各點變壓器處進(jìn)行相應(yīng)的無功補(bǔ)償，即橫軸的下方，電容器補(bǔ)償?shù)臒o功功率QC與線路長度L構(gòu)成同樣一個階梯形面積，它們的面積相互抵消，這時10 kV線路流動的無功功率為0，其補(bǔ)償效果為最佳。

2 無功功率的構(gòu)成

10 kV線路中流動的無功功率，主要由變壓器空載勵磁無功損耗功率ΔQKZ及變壓器負(fù)載時的漏磁無功損耗功率ΔQLC和用電負(fù)荷所消耗的無功功率ΔQFH所構(gòu)成[2]。即

變壓器空載勵磁無功損耗

式中：Io%為變壓器空載電流的百分?jǐn)?shù)；Ule為變壓器一次側(cè)額定電壓；Se為變壓器額定容量。

變壓器帶負(fù)載時的漏磁無功損耗

式中：Ile為變壓器一次額定電流；Ud為短路電壓；ud%為短路電壓百分?jǐn)?shù)；Sj為實際用電負(fù)荷容量。

用電負(fù)荷消耗的無功功率，在補(bǔ)償前cosφ1=0.85，補(bǔ)償后要求達(dá)到 cosφ2≥0.95，即電容器的無功補(bǔ)償容量為

式中：Se為變壓器額定容量；FX為用電負(fù)荷系數(shù)；取0.8。

3 應(yīng)用實例

通過上述理論分析，在山東煙臺地區(qū)對10 kV高供高計和高供低計2家電力用戶進(jìn)行了無功補(bǔ)償裝置改造。為實現(xiàn)圖1b中逐點無功補(bǔ)償效果，通過測量變壓器10 kV側(cè)的功率因數(shù)來控制0.4 kV側(cè)的電容器容量，這樣就可以做到補(bǔ)償變壓器空載勵磁無功損耗和帶負(fù)載時的漏磁無功損耗及用電負(fù)荷所消耗的無功功率，也由此從以往過去的欠補(bǔ)償改變?yōu)檫M(jìn)相過補(bǔ)償方式，但并未向系統(tǒng)倒送無功功率，真正實現(xiàn)了無功補(bǔ)償就地就近平衡。

10 kV系統(tǒng)的中性點一般為不接地方式，對于一個高供高計的電力用戶，電能計量裝置一般采用V/V接線方式，三相三線制電能表計量。為保證電能計量的準(zhǔn)確，電能計量回路是要獨立運行的。為測量到同一相的相電壓與相電流之間的余弦夾角的功率因數(shù)，在計量裝置空置的B相中，串接一臺電流互感器就可以采集到二次電流Ib，但采集同相位的B相電壓就比較麻煩了，通常10 kV配電變壓器的接線組別為Y/Y0—12點接線方式，0.4 kV側(cè)采集b相的相電壓Ub與10 kV側(cè)UB電壓相位之間的夾角為0°，并將這2個參數(shù)一同輸入到功率因數(shù)控制器中[3]。如圖2所示。

圖2 高壓計量無功補(bǔ)償方式

變壓器及電力用戶的用電數(shù)據(jù)見表1。

變壓器空載勵磁無功損耗為ΔQKZ=Io%·Se/100=0.8×800/100=6.4kVA。

實際用電負(fù)荷容量為Sj=Ap/cosφ/t=244 800/0.85/720=400 kVA。

變壓器帶負(fù)載時的漏磁無功損耗為ΔQLC=Se·udFX·cosφ1(tanφ1-tanφ2)=800×0.8×0.85×(0.62-0.32)=163.2 kVA。

用電負(fù)荷消耗的無功功率為 ΔQCΣ=Se·FX·cosφ1(tanφ1-tanφ2)=800×0.8×0.85×(0.62-0.32)=163.2 kVA。

表1 變壓器運行參數(shù)及用電數(shù)據(jù)

總的消耗無功功率為ΔQΣ=ΔQKZ+ΔQLC+ΔQFH=6.4+9+163.2=178.6 kVA。

總的消耗無功功率即為電容器無功補(bǔ)償容量，并將它們分成4組，考慮到晚間變壓器基本上是處在空載狀態(tài)下運行，因此第一組容量為QC1=K·ΔQKZ=0.95×6.4=6 kVA，剩余容量可平均分成3組或根據(jù)實際用電負(fù)荷情況，再進(jìn)行容量調(diào)整。

從上述計算可以看出：該電力用戶的變壓器空載和漏磁的無功損耗占用電負(fù)荷消耗的無功功率近1/10，但每條10 kV線路上一般平均帶有30—60個電力用戶，這樣，變壓器的無功損耗所占的比例就較大了。因此，減少線路向變壓器輸送無功功率，是降損節(jié)能的一項必要的技術(shù)措施。

高供低計的電力用戶一般變壓器容量相對較小，電容器無功補(bǔ)償方式如圖3所示。

圖3 低壓計量無功補(bǔ)償方式

電容器無功補(bǔ)償分成2部分，在電能表的后端，通過功率因數(shù)控制器來控制補(bǔ)償電容器組C1—C4的容量，用以補(bǔ)償負(fù)荷所消耗的無功功率，稱之為隨機(jī)自動補(bǔ)償方式。在電能表的前端，電容器C的作用是補(bǔ)償變壓器的空載勵磁無功功率，補(bǔ)償容量為QC=K·ΔQKZ，稱之為固定補(bǔ)償方式。在晚間用電負(fù)荷低谷時，電容器組C1—C4均被自動切除，同時聯(lián)動裝置將開關(guān)K合上，補(bǔ)償變壓器空載勵磁無功投入運行；當(dāng)補(bǔ)償電容器組C1—C4任一組投入運行時，通過聯(lián)動裝置將開關(guān)K斷開，以防止補(bǔ)償?shù)臒o功被電能表所計量。采用這種補(bǔ)償方式的主要目的是：在負(fù)荷低谷或休息日時，變壓器基本上是處在空載狀態(tài)下運行，可變補(bǔ)償電容器組均已被切除，變壓器空載勵磁無功功率就由固定電容器C進(jìn)行補(bǔ)償。

基于10 kV試點電力用戶無功補(bǔ)償裝置改造效果較好，每月節(jié)約變壓器本身勵磁和漏磁無功電量約為11 088 kWh，電力用戶10 kV線路入口的功率因數(shù)由原來的0.85提高到0.98。浙江金華和山東煙臺地區(qū)共改造了6條10 kV線路，拆除了2座變電站10 kV母線上集中無功補(bǔ)償電容器組，實際線損率平均降低1.26%，平均每月節(jié)約有功電量約為7萬kWh，并提高了供電電壓質(zhì)量，給電力系統(tǒng)帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，運行2年來一直安全可靠。

4 建議與小結(jié)

通過對一條10 kV線路所帶的多家電力用戶進(jìn)行無功補(bǔ)償方式的改造，除滿足負(fù)荷所需要的無功功率外，同時通過低壓側(cè)無功容量來補(bǔ)償變壓器所消耗的無功功率，使其平衡10 kV高壓側(cè)無功功率，每月線損率與同期相比明顯降低。無功補(bǔ)償不僅僅是將功率因數(shù)提高到標(biāo)準(zhǔn)要求，提高變壓器的有功出力，同時也為減少無功功率在線路中的流動所造成的有功損耗。通過改造無功補(bǔ)償方式，發(fā)現(xiàn)有這樣情況：2戶電力用戶所帶的用電負(fù)荷分別為P1+jQ1、P2+jQ2，并且P2+jQ2＞P1+jQ1，如圖4所示。

圖4 實例

對于第一個電力用戶，因無功補(bǔ)償沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)而被罰款，第二個電力用戶所消耗的無功功率比第一個電力用戶還要大，但只是因為有功功率大，非但沒有被罰款，相反得到獎勵，因為功率因數(shù)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。從降損節(jié)能的角度看，線路傳輸?shù)臒o功功率越大，所造成的有功損耗也隨之增大。因此，通過無功補(bǔ)償方式降低線路有功損耗，主要從消耗無功電量大的電力用戶著手解決，同時現(xiàn)行電價政策應(yīng)取消功率因數(shù)調(diào)整電費，改為按照無功電字收取無功電費的方法更為合理。

[1]盛小偉，黃梅.無功補(bǔ)償電容器組的并聯(lián)諧振分析[J].電力電容器，2006(5):13-16.

[2]梅厚西,周和平.電能計量裝置接線方式的選擇[J].農(nóng)村電氣化,2012(2):20-22.

[3]周和平,張艷秋.現(xiàn)行電價政策與變壓器經(jīng)濟(jì)運行[J].電氣時代,2011(3):68-71.