翟健 劉升

一、概述

電網(wǎng)無(wú)功容量的優(yōu)化配置能夠降損節(jié)能，減少有功功率的不必要損耗；同時(shí)還能有效提高電壓質(zhì)量，在增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)利益的同時(shí)體現(xiàn)出電力企業(yè)的社會(huì)責(zé)任感。為進(jìn)一步加強(qiáng)農(nóng)網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化補(bǔ)償建設(shè)工作，提高農(nóng)網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償能效和供電質(zhì)量，更好地服務(wù)社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)，因此，需要從技術(shù)層面實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)無(wú)功分布的最優(yōu)化，從管理層面上實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)無(wú)功管理的科學(xué)化、規(guī)范化。

二、電網(wǎng)建設(shè)及運(yùn)行現(xiàn)狀

1.電網(wǎng)建設(shè)現(xiàn)狀

經(jīng)過(guò)近幾年的建設(shè)，特別是農(nóng)網(wǎng)中低壓改造升級(jí)項(xiàng)目的實(shí)施，縣供電企業(yè)農(nóng)村電網(wǎng)得到了較快的發(fā)展，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不斷改善、網(wǎng)架薄弱的問(wèn)題得到很大程度上的改善，電網(wǎng)的供電能力和自動(dòng)化水平有了大幅度提高，電網(wǎng)損耗進(jìn)一步降低，農(nóng)網(wǎng)的供電能力、安全性、可靠性及電能質(zhì)量水平都有了較大幅度的提高。

2.電網(wǎng)運(yùn)行及管理水平

目前，縣級(jí)電網(wǎng)基本都已形成了以220kV變電站為中心，以110kV變電站為骨架，以35kV變電站為輻射的布局合理、調(diào)度靈活、安全可靠的電網(wǎng)。10kV配電網(wǎng)是由110kV及35kV變電站的10kV配電裝置、開(kāi)閉所、配電室、箱式變及附屬設(shè)備、分段開(kāi)關(guān)(柱上)、環(huán)網(wǎng)柜、電纜分支箱、架空和電纜線路等組成的電力網(wǎng)絡(luò)。380/220V低壓配電網(wǎng)則包括配電變壓器(或箱式變)低壓套管引出線、低壓配電裝置、低壓干線、低壓分支線、樓頭分線箱、接戶(hù)線等。高壓變電站的10kV主接線一般采用單母線分段接線，每臺(tái)主變帶10kV出線4-6回。10kV開(kāi)閉所一股采用單母線分段接線，進(jìn)線2回，出線4-6回。10kV配電室一般采用10kV單母線方式。配電網(wǎng)線路由架空線路、電纜線路、或架空線電纜線混合線路組成，以架空線路為主?？h級(jí)供電區(qū)域的輸電線路、主變等設(shè)備可用系數(shù)等均達(dá)到99%以上，綜合線損率連年下降，供電可靠率不斷提升。

三、當(dāng)前無(wú)功管理存在的主要問(wèn)題

1.無(wú)功優(yōu)化的問(wèn)題。部分變電站無(wú)功補(bǔ)償容量配置不足，不能滿(mǎn)足無(wú)功增長(zhǎng)的需要；部分變電站為非分組投切式電容器，其投入或退出后對(duì)無(wú)功潮流影響較大，必須進(jìn)行改造，改造為分組投切式。要實(shí)現(xiàn)有效的降損，必須從電力系統(tǒng)角度出發(fā)，通過(guò)計(jì)算全網(wǎng)的無(wú)功潮流，確定配電網(wǎng)的補(bǔ)償方式、最優(yōu)補(bǔ)償容量和補(bǔ)償?shù)攸c(diǎn)，才能使有限的資金發(fā)揮最大的效益。

2.無(wú)功測(cè)量問(wèn)題。目前10kV配電網(wǎng)的線路上的負(fù)荷點(diǎn)一般沒(méi)有安裝無(wú)功表，且人員的技術(shù)水平和管理水平參差不齊，表計(jì)記錄的準(zhǔn)確性和同時(shí)性無(wú)法保證。這對(duì)配電網(wǎng)的潮流計(jì)算和無(wú)功優(yōu)化計(jì)算帶來(lái)很大困難。380V 終端用戶(hù)處通常只裝有有功電度表，要實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)的測(cè)量是不可能的。這也是低壓無(wú)功補(bǔ)償難于廣泛開(kāi)展的原因。

3.電網(wǎng)諧波問(wèn)題。諧波的測(cè)量和治理需要盡快建立防治體系，解決和預(yù)防由于工業(yè)發(fā)展帶來(lái)的諧波問(wèn)題，以便防患于未然。

4.無(wú)功倒送的問(wèn)題。無(wú)功倒送會(huì)增加配電網(wǎng)的損耗，加重配電線路的負(fù)擔(dān)，尤其是采用固定電容器補(bǔ)償方式的用戶(hù)，在負(fù)荷低谷時(shí)可能造成無(wú)功倒送。觀察加裝無(wú)功補(bǔ)償裝置線路的無(wú)功運(yùn)行數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，在負(fù)荷高峰時(shí)功率因數(shù)較低，在晚間負(fù)荷少時(shí)卻出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)現(xiàn)象，主要原因在于用戶(hù)無(wú)功補(bǔ)償容量達(dá)到極限時(shí)，線路補(bǔ)償裝置不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。

四、全網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償模式

全網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償是一個(gè)多變量多約束的混合非線性問(wèn)題，需要綜合考慮農(nóng)網(wǎng)全網(wǎng)運(yùn)行情況，以各節(jié)點(diǎn)電壓合格、網(wǎng)絡(luò)關(guān)口功率因數(shù)等為約束條件，根據(jù)給定的目標(biāo)值（提高功率因數(shù)、全網(wǎng)網(wǎng)損最小、年運(yùn)行費(fèi)用最小或年支出費(fèi)用最?。?，進(jìn)行全網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化計(jì)算，確定系統(tǒng)的最優(yōu)補(bǔ)償點(diǎn)和最佳補(bǔ)償容量，無(wú)功優(yōu)化補(bǔ)償就是根據(jù)全網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化計(jì)算結(jié)果，調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器分接頭，投切靜止補(bǔ)償器和并聯(lián)電容器，實(shí)現(xiàn)跟蹤負(fù)荷變化的電壓和無(wú)功動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，滿(mǎn)足電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行目標(biāo)?？傮w思路是：電網(wǎng)最優(yōu)無(wú)功補(bǔ)償規(guī)劃先自下而上，確定最優(yōu)補(bǔ)償容量，然后再自上而下進(jìn)行分層最優(yōu)運(yùn)行控制。全網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化補(bǔ)償策略主要體現(xiàn)在：高壓網(wǎng)以變電站集中補(bǔ)償為重點(diǎn)，中壓網(wǎng)以10kV線路補(bǔ)償和配電變壓器低壓側(cè)集中補(bǔ)償為重點(diǎn)，低壓網(wǎng)及以下以用戶(hù)側(cè)分散補(bǔ)償為重點(diǎn)。

1.高壓配電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化補(bǔ)償模式

模式一：動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償模式

對(duì)新建變電站、樞紐變電站、無(wú)功負(fù)荷波動(dòng)變化比較大的變電站以及相對(duì)比較重要的變電站采取動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置。

模式二：分組自動(dòng)補(bǔ)償模式

依據(jù)電網(wǎng)無(wú)功現(xiàn)狀在未進(jìn)行無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償?shù)淖冸娬?0kV母線上適當(dāng)安裝自動(dòng)投切裝置，使無(wú)功功率盡可能實(shí)現(xiàn)分站、分壓、分線平衡，降低高壓電網(wǎng)損耗。對(duì)補(bǔ)償容量相對(duì)不足、無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備陳舊的變電站逐步進(jìn)行更新改造。

模式三：電容器固定補(bǔ)償

無(wú)功負(fù)荷變化范圍小的部分變電站，安裝固定電容器組對(duì)變壓器本身空載損耗和所帶無(wú)功負(fù)荷就近補(bǔ)償。

模式四：無(wú)功補(bǔ)償+濾波

對(duì)于存在諧波污染的工礦業(yè)或是對(duì)諧波要求比較嚴(yán)格的場(chǎng)所，采用無(wú)功調(diào)節(jié)單元+無(wú)源濾波模式。

2.中低壓電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償模式

模式一：配變低壓側(cè)集中補(bǔ)償+中壓線路補(bǔ)償

對(duì)線路較長(zhǎng)、負(fù)荷重、功率因數(shù)低的10kV配電線路，采用配變隨器補(bǔ)償與線路補(bǔ)償相結(jié)合的方式。配變低壓側(cè)集中補(bǔ)償可使低壓臺(tái)區(qū)實(shí)現(xiàn)分層、分區(qū)就地平衡，線路補(bǔ)償用于補(bǔ)償線路無(wú)功基荷和未進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)呐潆娮儔浩骺蛰d損耗部分。

模式二：配變低壓側(cè)集中補(bǔ)償

對(duì)線路較短、負(fù)荷輕的的10kV饋線，不必進(jìn)行線路補(bǔ)償，采用在配變低壓側(cè)進(jìn)行集中補(bǔ)償，主要補(bǔ)償配電變壓器消耗的無(wú)功功率，實(shí)現(xiàn)低壓臺(tái)區(qū)就地?zé)o功平衡，有效減少配電變壓器和配電線路的損耗。對(duì)配電變壓器逐臺(tái)補(bǔ)償，會(huì)使補(bǔ)償總?cè)萘考哟?，增加補(bǔ)償裝置的總投資。

模式三：中壓線路補(bǔ)償

對(duì)線路較長(zhǎng)、負(fù)荷輕且較為集中的中壓饋線，可只進(jìn)行線路補(bǔ)償，而不必對(duì)每臺(tái)配變進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。若采用手動(dòng)投切的并聯(lián)電容器組固定補(bǔ)償方式，補(bǔ)償容量可取所有配電變壓器空載損耗總和。該補(bǔ)償模式不能減少傳送用戶(hù)功率而引起的配變損耗，與逐臺(tái)配電變壓器裝設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置相比總投資少，維護(hù)工作量小。

模式四：低壓線路補(bǔ)償

在負(fù)荷較重的低壓配電線路上進(jìn)行補(bǔ)償，作為電機(jī)隨機(jī)補(bǔ)償和變壓器補(bǔ)償?shù)妮o助手段，線路無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔弥饕菧p少線路無(wú)功損耗和向電源側(cè)輸送無(wú)功功率。

模式五：無(wú)功補(bǔ)償+濾波

電力系統(tǒng)中的主要諧波源有變流器、電弧爐、電石爐等，對(duì)廠礦企業(yè)等容易產(chǎn)生諧波污染的高壓用戶(hù)的專(zhuān)用變壓器以及含諧波源較多的配電臺(tái)區(qū)，可在相應(yīng)變壓器低壓直接裝設(shè)帶有濾波單元的無(wú)功補(bǔ)償裝置，補(bǔ)償變壓器的無(wú)功損耗，改善用戶(hù)端功率因數(shù)，同時(shí)可兼顧調(diào)壓以及諧波治理。

措施：

五、無(wú)功補(bǔ)償管理的信息化應(yīng)用

（一）采用無(wú)功優(yōu)化及管理系統(tǒng)，解決無(wú)功優(yōu)化計(jì)算問(wèn)題。該系統(tǒng)通過(guò)與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、營(yíng)銷(xiāo)系統(tǒng)的交互采集到的配網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)運(yùn)行電壓、無(wú)功功率和有功功率等實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)和各設(shè)備實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)為無(wú)功優(yōu)化計(jì)算的依據(jù)；以無(wú)功、電壓不越限，有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)每天動(dòng)作次數(shù)不越限，無(wú)功補(bǔ)償裝置動(dòng)作次數(shù)不越限，功率因數(shù)在合格范圍內(nèi)為約束條件；根據(jù)實(shí)際情況以電壓質(zhì)量、系統(tǒng)有功損耗、變壓器分接頭和電容器投切次數(shù)為目標(biāo)進(jìn)行無(wú)功優(yōu)化分析計(jì)算。

1.實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓電網(wǎng)、中低壓電網(wǎng)的無(wú)功優(yōu)化分析，顯示出設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)所處區(qū)域，給出改善運(yùn)行狀況的建議。

2.實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓電網(wǎng)、中壓電網(wǎng)的無(wú)功補(bǔ)償規(guī)劃，自動(dòng)選出最優(yōu)的補(bǔ)償點(diǎn)及補(bǔ)償位置，給出補(bǔ)償前后的運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，顯示節(jié)能降損的效果。

（二）采用AVC無(wú)功運(yùn)行優(yōu)化集中控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化控制。采用AVC電壓無(wú)功優(yōu)化集中自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行綜合優(yōu)化處理后,形成有載調(diào)壓變壓器分接開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)和無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備投切控制指令，然后利用調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的“四遙”功能，實(shí)現(xiàn)地區(qū)電網(wǎng)無(wú)功電壓優(yōu)化運(yùn)行協(xié)調(diào)、自動(dòng)控制。主要可以實(shí)現(xiàn)以下功能：

1.全網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化控制

（1）當(dāng)電網(wǎng)內(nèi)各級(jí)變電站電壓處在合格范圍內(nèi)，做到控制本級(jí)電網(wǎng)內(nèi)無(wú)功功率流向合理，達(dá)到無(wú)功功率分層就地平衡，提高受電功率因數(shù)。

（2）同電壓等級(jí)不同變電站電容器組根據(jù)系統(tǒng)計(jì)算決策誰(shuí)優(yōu)先投入。

（3）同變電站不同容量電容器組根據(jù)系統(tǒng)計(jì)算決策誰(shuí)優(yōu)先投入。

2.全網(wǎng)調(diào)節(jié)電壓運(yùn)行優(yōu)化

（1）當(dāng)無(wú)功功率流向合理，某變電站10kV側(cè)母線電壓超上限或超下限運(yùn)行，處在不合理范圍時(shí)，分析同電源、同電壓等級(jí)變電站和上級(jí)變電站電壓情況，決定是調(diào)節(jié)本變電站有載主變分接開(kāi)關(guān)還是調(diào)節(jié)上級(jí)電源變電站有載主變分接檔位。

（2）電壓合格范圍內(nèi)，高峰負(fù)荷提高運(yùn)行電壓，低谷負(fù)荷降低運(yùn)行電壓。

（3）條件允許的情況下，在負(fù)荷低谷期對(duì)兩臺(tái)主變并列運(yùn)行的進(jìn)行減變運(yùn)行，從而降低母線電壓。

（4）實(shí)施有載調(diào)壓變壓器分接開(kāi)頭調(diào)節(jié)次數(shù)優(yōu)化分配。

（5）實(shí)現(xiàn)熱備用有載高壓調(diào)壓變壓器分接開(kāi)關(guān)檔位聯(lián)調(diào)。

綜上所述，縣供電企業(yè)的電網(wǎng)無(wú)功管理工作已逐漸走向成熟，無(wú)功管理的技術(shù)水平不斷提升，管理手段不斷加強(qiáng)，為全網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化補(bǔ)償管理提供了廣闊的前景。