雷將鋒，彭賽紅，王忠明

(國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司郴州供電分公司，湖南 郴州 423000)

嘉禾配網(wǎng)電能質(zhì)量綜合治理技術(shù)及應(yīng)用

雷將鋒，彭賽紅，王忠明

(國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司郴州供電分公司，湖南 郴州 423000)

介紹一種配網(wǎng)電能質(zhì)量綜合治理系統(tǒng)，基于無功補(bǔ)償就地分散補(bǔ)償和線路集中補(bǔ)償相結(jié)合的原則，將多學(xué)科知識(shí)有機(jī)融合，通過研究電能治理點(diǎn)的確定、無功補(bǔ)償設(shè)備的優(yōu)化配置以及無功優(yōu)化集成控制系統(tǒng)的開發(fā)，優(yōu)化區(qū)域電網(wǎng)無功潮流，消除低電壓、諧波等問題，改善電能質(zhì)量。

配網(wǎng)；電能質(zhì)量；無功優(yōu)化；治理

嘉禾縣素有 “鑄鍛造之鄉(xiāng)”的美譽(yù)，近年來，嘉禾大力發(fā)展鑄造產(chǎn)業(yè)，重點(diǎn)打造江南鑄都和鍛造基地。隨著鑄造工業(yè)蓬勃發(fā)展、工業(yè)用電負(fù)荷的增加，大量非線性設(shè)備接入電網(wǎng)，導(dǎo)致電能質(zhì)量的惡化，諧波電流注入到電網(wǎng)，引起公用電網(wǎng)公共連接點(diǎn)電壓波形畸變程度更為嚴(yán)重〔1〕。

隨著嘉禾配網(wǎng)負(fù)荷結(jié)構(gòu)的變化，負(fù)荷功率因數(shù)較低、配電變壓器低壓側(cè)無功缺額較大、無功補(bǔ)償設(shè)備技術(shù)落后、補(bǔ)償效果不佳等問題凸顯〔2〕。在負(fù)荷高峰階段，配電線路末端出現(xiàn)不同程度的低電壓現(xiàn)象，嚴(yán)重影響用戶電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。由于配網(wǎng)底層無功補(bǔ)償能力不足，導(dǎo)致大量無功潮流從主網(wǎng)向低壓配網(wǎng)流動(dòng)，降低有功輸送能力，增加系統(tǒng)損耗，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)電壓水平低，電壓合格率低〔3〕。

目前，湖南電網(wǎng)范圍尚無以上配網(wǎng)電能質(zhì)量問題綜合治理的試點(diǎn)，集中解決這類問題是智能配網(wǎng)建設(shè)工作的重要內(nèi)容。為了提高嘉禾配網(wǎng)電能質(zhì)量，向用戶輸送優(yōu)質(zhì)電能〔4〕，本文基于建立一個(gè)配網(wǎng)電能質(zhì)量綜合治理系統(tǒng)，選取合理的電能治理點(diǎn)，從站、線、變3個(gè)維度自動(dòng)調(diào)節(jié)電網(wǎng)無功功率潮流，改善電能波形和電壓質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)嘉禾配網(wǎng)電能質(zhì)量的綜合治理〔5〕。

1 系統(tǒng)的組成和基本原理

1.1 系統(tǒng)的組成

系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)無功分層分區(qū)綜合治理的特點(diǎn)，建立由主站監(jiān)控中心、子站監(jiān)控中心、光纖通訊通道、GPRS通訊通道、終端治理設(shè)備組成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)〔6〕。監(jiān)控中心按業(yè)務(wù)功能可劃分為配電網(wǎng)建模、潮流計(jì)算及網(wǎng)損分析、輔助決策及優(yōu)化方案、采集數(shù)據(jù)接收、設(shè)備監(jiān)控及優(yōu)化評(píng)估5個(gè)模塊。

主站監(jiān)控中心是整個(gè)系統(tǒng)監(jiān)控的核心部分，安裝在調(diào)度監(jiān)控中心，工作人員通過主站監(jiān)控中心完成電網(wǎng)運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控和各類運(yùn)行管理，主站監(jiān)控中心與子站監(jiān)控中心之間采用光纖進(jìn)行通訊，光纖采用變電站原有的通訊系統(tǒng)。主站監(jiān)控中心也可與調(diào)度中心的SCADA或MIS等系統(tǒng)接口共享數(shù)據(jù)。

子站監(jiān)控中心安裝在變電站中，通過GPRS與該變電站域內(nèi)的終端治理設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，然后通過光纖將數(shù)據(jù)上傳到主站監(jiān)控中心，同時(shí)接收主站監(jiān)控中心對(duì)終端設(shè)備的各種指令，下發(fā)到各終端設(shè)備。

終端治理設(shè)備由電壓調(diào)節(jié)設(shè)備、無功補(bǔ)償設(shè)備、諧波濾除設(shè)備組成，分布于變電站、饋電線路、臺(tái)變等區(qū)域，其控制器采集終端要求數(shù)據(jù)采集齊全、準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)傳輸快。支持多種傳輸手段，控制參數(shù)和方式可遠(yuǎn)程設(shè)定，工程施工維護(hù)量小，適宜戶外使用，運(yùn)行成本低。

1.2 基本原理

項(xiàng)目基于無功補(bǔ)償就地分散補(bǔ)償和線路集中補(bǔ)償相結(jié)合的原則，將先進(jìn)的信息技術(shù)、電網(wǎng)控制技術(shù)、高電壓技術(shù)、電力電子技術(shù)、智能信息處理技術(shù)等多學(xué)科知識(shí)有機(jī)融合，通過研究區(qū)域電網(wǎng)電能治理點(diǎn)的確定、先進(jìn)的無功補(bǔ)償設(shè)備的優(yōu)化配置以及區(qū)域電網(wǎng)電壓無功優(yōu)化集成控制系統(tǒng)的開發(fā)，優(yōu)化區(qū)域電網(wǎng)在配電、用電過程中的無功潮流，實(shí)現(xiàn)無功就地平衡，消除低電壓、諧波等問題，提高電網(wǎng)電壓調(diào)控能力，改善電能質(zhì)量。

2 技術(shù)實(shí)施方案

2.1 電能質(zhì)量治理點(diǎn)選取

選取最具代表性的龍?zhí)镀瑓^(qū)為試點(diǎn)，在35 kV龍?zhí)蹲冸娬九渲靡欢ㄈ萘康淖冸娬緹o功自動(dòng)補(bǔ)償裝置，在10 kV配線上配置一定容量的高壓柱上無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置，在諧波注入點(diǎn)安裝濾波裝置，在配變上配置一定容量的低壓無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置。具體實(shí)施方案包括:35 kV龍?zhí)蹲冸娬緹o功優(yōu)化；10 kV龍沖線諧波治理；10 kV龍馬線低電壓治理；新安裝或升級(jí)改造配電臺(tái)區(qū)低壓集中補(bǔ)償裝置。

2.1.1 35 kV龍?zhí)蹲儫o功優(yōu)化改造

龍?zhí)蹲僑VQR基本接線原理圖如圖1所示。

圖1 龍?zhí)蹲僑VQR基本接線原理圖

2013年5月，對(duì)無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行升級(jí)改造，將原有的TBBA－10改造為SVQR調(diào)壓式調(diào)無功變電站無功補(bǔ)償裝置，SVQR型號(hào)為SVQR－1000－10.5。通過改變電容器的端電壓來調(diào)整無功輸出的大小，調(diào)壓器調(diào)壓范圍60%～100%，控制系統(tǒng)根據(jù)無功缺額大小分9級(jí)進(jìn)行自動(dòng)精細(xì)調(diào)節(jié)。該項(xiàng)目的實(shí)施充分考慮到原有的斷路器、隔離開關(guān)和放電線圈等一次設(shè)備被繼續(xù)利用，使總的投資費(fèi)用和工程量最小。

2.1.2 10 kV龍沖線諧波治理

在龍沖線91號(hào)桿裝設(shè)濾波裝置 MDB－10－1500/2250－H5/H7/H11，設(shè)置5次、7次、11次濾波支路，各支路的配置見表1。可調(diào)電抗器采用MCR型磁控電抗器BKSMC－1500/10，額定容量為1 500 kvar，該磁控電抗器采用晶閘管控制，可實(shí)現(xiàn)快速連續(xù)可調(diào)。

表1 濾波裝置配置表

2.1.3 10 kV龍馬線低電壓治理

針對(duì)龍馬線 “低電壓”問題，新建變電站經(jīng)濟(jì)性和可行性均欠佳，而運(yùn)用SVR饋線自動(dòng)調(diào)壓器投入資金少、周期短、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單，于2013年5月15日在干線127號(hào)桿安裝1臺(tái)型號(hào)為SVR－2000/10－7(－5%～＋15%)的SVR饋線自動(dòng)調(diào)壓器，即SVR的電壓等級(jí)為10kV，容量為2000kVA。

2.1.4 新安裝或改造配電臺(tái)區(qū)低壓集中補(bǔ)償裝置

龍沖線上宅＃1變、龍沖線大方元新村變分別安裝戶外智能綜合配電柜JP－315/2－2(補(bǔ)償量為80 kvar)、JP－200/2－2(補(bǔ)償量為50 kvar)。電容器投切以電壓為約束條件，根據(jù)無功功率或無功電流分組 (共補(bǔ)和分補(bǔ))自動(dòng)投切電容器。

2.2 區(qū)域電網(wǎng)電壓無功優(yōu)化集成控制系統(tǒng)開發(fā)

采取區(qū)域電網(wǎng)從站、線、變3個(gè)維度自動(dòng)調(diào)節(jié)電網(wǎng)無功潮流，優(yōu)化區(qū)域電網(wǎng)無功分布。項(xiàng)目致力于開發(fā)由主站監(jiān)控中心、子站監(jiān)控中心、光纖通訊通道、GPRS通訊通道、終端治理設(shè)備組成的區(qū)域電網(wǎng)無功優(yōu)化集成控制系統(tǒng)。

3 應(yīng)用效果分析

3.1 龍?zhí)蹲儫o功優(yōu)化改造效果分析 (見表2)

無功設(shè)備優(yōu)化改造后，該片區(qū)功率因素有了顯著提高，取得的良好效果主要體現(xiàn)在:

1)穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，減少主變分接頭動(dòng)作頻率:將主變分接頭設(shè)置在合適檔位，當(dāng)負(fù)荷增加或減小導(dǎo)致電壓不符合標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，自動(dòng)逐級(jí)增大或減小無功量輸出，自動(dòng)調(diào)節(jié)無功輸出量，滿足功率因數(shù)的要求。

2)延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，保持電容器較高的使用率:通過對(duì)有載調(diào)壓器9個(gè)檔位的調(diào)節(jié)，改變端電壓來改變電容器的無功容量，不會(huì)對(duì)補(bǔ)償系統(tǒng)和其他設(shè)備產(chǎn)生沖擊。電容器大部分時(shí)間工作在較低電壓下，延長(zhǎng)其使用壽命。

3)實(shí)現(xiàn)變電站的無人值守，節(jié)約人力:該裝置采用全自動(dòng)控制，設(shè)備投切、容量變換完全由控制器自動(dòng)控制，不需要再通過人為的投切電容器控制。

4)補(bǔ)償較為精細(xì)，降低系統(tǒng)損耗。

從改造前、后測(cè)試數(shù)據(jù)的對(duì)比分析可知:在系統(tǒng)無功需求較小時(shí)，也能充分發(fā)揮無功補(bǔ)償?shù)淖饔茫辉β室驍?shù)取0.85，后功率因數(shù)取0.98，則線損率可以降低25%。

表2 龍?zhí)蹲儫o功改造前后功率因素對(duì)照表

3.2 10 kV龍沖線諧波治理效果分析

濾波裝置投運(yùn)前后波形對(duì)比如圖2，在諧波治理方面取得了良好效果:

1)無源濾波器安裝投運(yùn)后，諧波電流濾除效率高，濾除效果好，電流波形基本為正弦波形。

2)5次諧波電壓由投運(yùn)前的 2.1%降低到0.1%；7次諧波電壓由1.6%降低到0.1%。5次諧波電流由投運(yùn)前的15.015 A降低到7.585 A；7次諧波電流由7.843 A降低到3.735 A。各項(xiàng)諧波指標(biāo)均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》(GB/ T14549—1993)的要求。

3)濾波裝置投運(yùn)后可以有效地提高電網(wǎng)供電品質(zhì)，延長(zhǎng)了電氣設(shè)備的使用壽命，對(duì)電氣設(shè)備及電網(wǎng)的安全運(yùn)行起到了積極作用，有效地解決了騰龍電站在鑄造廠生產(chǎn)時(shí)電機(jī)振動(dòng)甚至導(dǎo)致停運(yùn)的問題。

4)無源濾波器安裝后，提供了固定的基波容性無功功率，磁控電抗器快速連續(xù)地跟蹤無功功率的變化，使累計(jì)平均功率因數(shù)由補(bǔ)償前 0.77提高到0.98。

圖2 濾波裝置投運(yùn)前后波形對(duì)比

3.3 10 kV龍馬線低電壓治理

2013年8月2日調(diào)壓器運(yùn)行數(shù)據(jù)如圖3所示。

圖3 調(diào)壓器輸入電壓與輸出電壓對(duì)比分析

安裝調(diào)壓器后，輸出電壓較輸入電壓提高了0.3～0.6 kV，輸出端電壓基本維持在10.1～10.6 kV，線路末端馬家坪配變高壓側(cè)電壓達(dá)到10.0 kV以上。2013年5月15日至8月23日，龍馬線上安裝的調(diào)壓器共運(yùn)行76 370 min，其中超上限時(shí)間為50 min，超下限時(shí)間為0，電壓合格率為99.93%。

安裝SVR饋線自動(dòng)調(diào)壓器能有效解決龍馬線的低電壓?jiǎn)栴}，提高供電質(zhì)量，穩(wěn)定線路電壓，增強(qiáng)線路輸電能力，減少了農(nóng)網(wǎng)季節(jié)性負(fù)荷對(duì)線路電壓的影響以及因電壓不合格造成用電設(shè)備燒毀帶來的用電投訴，從而確保企業(yè)效益。

3.4 新安裝或改造配電臺(tái)區(qū)低壓集中補(bǔ)償裝置

戶外智能綜合配電柜，是集數(shù)據(jù)采集、無功補(bǔ)償、電網(wǎng)參數(shù)分析、通訊等功能于一體的新型配電測(cè)控設(shè)備，可對(duì)感性無功進(jìn)行集中、分散、就地自動(dòng)補(bǔ)償。該配電柜提高變壓器及輸電線路的利用率及區(qū)域發(fā)電設(shè)備的帶負(fù)荷能力，有效改善用電負(fù)荷的功率因數(shù)，降耗節(jié)能效果顯著。

4 結(jié)束語

開發(fā)區(qū)域電網(wǎng)無功優(yōu)化集成控制系統(tǒng)，將變電站無功優(yōu)化改造、低電壓線路上運(yùn)用SVR饋線自動(dòng)調(diào)壓器、諧波電源注入點(diǎn)安裝濾波裝置以及對(duì)無功缺額較大的配變臺(tái)區(qū)進(jìn)行集中補(bǔ)償4種方法應(yīng)用于縣級(jí)配電網(wǎng)，進(jìn)行電能質(zhì)量的綜合治理。

〔1〕林海雪.現(xiàn)代電能質(zhì)量的基本問題 〔J〕.電網(wǎng)技術(shù)，2001，(10):5-12.

〔2〕彭卉，鄒舒，付永生，等.沖擊性負(fù)荷接入電網(wǎng)的電能質(zhì)量分析與治理方法研究 〔J〕.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2014，(1): 54-61.

〔3〕冀連甫.影響電能質(zhì)量的因素分析及其改善 〔J〕.能源技術(shù)與管理，2014，(3):154-155.

〔4〕肖湘寧.電能質(zhì)量分析與控制 〔M〕.北京:中國(guó)電力出版社，2004.

〔5〕郭慶來，吳越，張伯明，等.地區(qū)電網(wǎng)無功優(yōu)化實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的研究與開發(fā) 〔J〕.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2002，(13):66-69.

〔6〕張明軍，董潔，厲吉文，等.區(qū)域分布電壓無功監(jiān)測(cè)與優(yōu)化控制系統(tǒng) 〔J〕.電力自動(dòng)化設(shè)備，2004，(3):42-44.

Technology and application of power quality comprehensive treatment in Jiahe distribution network

LEI Jiangfeng，PENG Saihong，WANG Zhongming
(State grid Hunan Electric Power Corporation Chenzhou Power Supply Company，Chenzhou 423000，China)

This paper mainly introduces a comprehensive treatment system for power quality of distribution network.Based on the principle that combining distributed reactive compensation on the spot and central reactive compensation on transmission lines，this paper studies the determination of power quality control spot，optimal configuration of reactive compensation devices and development of integrated control system of reactive power optimization by organic integration of multi-discipline knowledge，in order to optimize reactive power flow of area network，and improve power quality by eliminating problems like low-voltage，harmonic，etc.

distribution network；power quality；reactive power optimization；treatment

10.3969/j.issn.1008-0198.2015.04.013

TM933

A

1008-0198(2015)04-0052-04

2015-06-16

雷將鋒 (1983)，工程師，主要從事電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行與管理工作。

彭賽紅 (1974)，高級(jí)工程師，主要從事電力生產(chǎn)與管理工作。

王忠明 (1987)，主要從事電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行與管理工作。