崔小超， 胡加祥， 李士明

(國網(wǎng)寧國供電公司， 安徽 寧國 242300)

變電站、線路、配變?nèi)壜?lián)調(diào)研究及應用

崔小超， 胡加祥， 李士明

(國網(wǎng)寧國供電公司， 安徽 寧國 242300)

配網(wǎng)的電壓合格率關(guān)系到電網(wǎng)的安全與經(jīng)濟運行，而無功補償裝置運行效果的好壞直接決定了系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定和線路損耗的大小。本項研究針對變電站、線路、配變?nèi)?，建立一套統(tǒng)籌管理的聯(lián)調(diào)平臺，最大程度地實現(xiàn)配網(wǎng)電壓穩(wěn)定、無功的分級治理、就地平衡效果。

三級聯(lián)調(diào)；配網(wǎng)電壓無功優(yōu)化；節(jié)能降損

1 項目研究背景

目前的電力網(wǎng)絡(luò)中，配電網(wǎng)線損占系統(tǒng)總線損的比例在60%以上，同時配網(wǎng)普遍存在負荷波動較大、電壓穩(wěn)定性差等問題，這與配網(wǎng)無功補償裝置調(diào)節(jié)容量不足、自動化程度低、運行效果差、不便于管理等諸多因素有關(guān)，因此加強城鄉(xiāng)電網(wǎng)的電壓無功優(yōu)化控制是解決問題的一個重要方向。

項目配網(wǎng)現(xiàn)狀：

(1)變電站補償容量不足，且不能自動調(diào)節(jié)。

試點的35千伏寧墩變電站有兩臺主變，容量分別為10000和6300千伏安，10千伏為兩段母線并列運行狀態(tài)。變電站現(xiàn)有一組800千乏TBB型變電站并補成套裝置，通過開關(guān)柜手動投切。此變電站無功補償設(shè)備的容量按主變總?cè)萘康?5%～30%的設(shè)計原則，寧墩變需要16300×0.15=2445千乏補償容量，因此現(xiàn)有補償容量不足，需擴容。此外，TBB型固定補償方式目前存在的問題是：不能根據(jù)負荷自動調(diào)節(jié)補償容量，造成變電站補償效果較差，難以達到0.95的要求。

(2)10千伏線路較長，電壓不穩(wěn)定，無功缺額大。

10千伏萬家202線路供電半徑21.98千米，配變總?cè)萘?275千伏安，變電站出口電壓在枯水期平均值為10千伏，豐水期平均值為10.7千伏，線路在枯水期最大電流約為80安，線路主干線導線型號為LGJ-70。

該線路的特征是供電半徑較長，負荷較重，且原來沒有安裝10千伏無功補償裝置，造成線路線損較大。此外，線路上有6個容量較大的小水電站，在枯水期時，小水電停運，末端用戶電壓很低，電壓質(zhì)量難以滿足用戶的用電需求；當豐水期時，線路上的小水電滿發(fā)，往往會引起線路電壓過高，影響了用戶的正常及安全用電。

(3)公用配變臺區(qū)低壓無功補償容量不足。

萬家202線路上容量較大的配變低壓側(cè)(400伏)基本上都沒有進行變壓器的補償，使無功不能達到就地平衡，增加了網(wǎng)損。

2 項目研究內(nèi)容及實施方案

2.1 關(guān)鍵問題和主要思路

2.1.1 配網(wǎng)優(yōu)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)問題

針對三級聯(lián)調(diào)設(shè)備分別處在變電站、線路中后端、末端配變，設(shè)備分布在20千米左右的范圍情況，設(shè)計一套監(jiān)控主站，將變電站、線路、配變?nèi)壜?lián)調(diào)的子站設(shè)備統(tǒng)一管理，在監(jiān)控主站與各子站設(shè)備之間需要組建一個通信網(wǎng)絡(luò)，主站與各子站都能實現(xiàn)通訊功能，雙向互動。[1]

2.1.2 變電站補償?shù)膯栴}

采用調(diào)壓型調(diào)無功自動補償裝置，利用電容器組的輸出無功與電容器組的電容值成正比，與電容器組的端電壓的平方成正比，即Q=ωCU2的基本原理。根據(jù)負荷的波動，自動調(diào)節(jié)調(diào)壓器檔位，實現(xiàn)無功補償輸出容量9級精度調(diào)節(jié)，實現(xiàn)精細補償?shù)哪繕?。[2]

2.1.3 針對線路存在的電壓問題

由于10千伏線路中存在小水電，線路潮流在豐水期以及枯水期不同，需要調(diào)壓設(shè)備同時考慮雙向調(diào)壓的容量以及調(diào)壓范圍需求。

解決的思路是在雙向調(diào)壓控制器上增加潮流識別模塊，在線路不同的潮流方向下采用不同的控制策略，進而滿足雙向調(diào)壓的要求。[1]在設(shè)備容量的選擇上需要考慮兩個潮流方向可能出現(xiàn)的最大容量，作為設(shè)備容量選定的依據(jù)。[3]

2.1.4 針對線路存在的無功問題

根據(jù)具體線路的實際負荷分布圖以及線路的實際運行參數(shù)，考慮近一年內(nèi)負荷的變化規(guī)律，以及未來負荷的增長趨勢，在線路中選擇恰當?shù)陌惭b點、恰當?shù)难a償容量及分組方式，使設(shè)備能發(fā)揮最大效用，滿足無功降損要求。

2.2 具體技術(shù)實施方案介紹

2.2.1 監(jiān)控主站及通訊解決方案

監(jiān)控主站與子站間通過Internet網(wǎng)絡(luò)以及移動夢網(wǎng)兩個公用網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)，圖1所示為監(jiān)控系統(tǒng)框圖。

監(jiān)控主站。其主要功能為監(jiān)測各子站的運行狀態(tài)、故障狀態(tài)，并作為后臺存儲各子站的運行數(shù)據(jù)以及對數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、報表、分析，同時對子站的運行可適當干預并控制。

2.2.2 變電站解決方案

針對變電站無功補償設(shè)備目前存在的問題，采用在利用舊設(shè)備的基礎(chǔ)上，增加SVQR變電站無功自動補償[4]，兩部分相結(jié)合對寧墩變電站進行補償，變電站每段母線各安裝一套該裝置，在變電站分列運行時，可分9級進行補償；在并列運行時，可分18級進行補償，實現(xiàn)精細化無功自動補償，接線原理圖如圖2所示。

SVQR裝置由斷路器(QF2)、自耦調(diào)壓器(T)、電抗器(L)、電容器(C2)、放電線圈(TV2)組成。

原TBB型并補成套裝置由斷路器(QF1)、電容器(C1)、放電線圈(TV1)組成。

2.2.3 線路解決方案

萬家202線路，供電半徑為21.98千米，配變總?cè)萘繛?275千伏安，主干線導線型號為LGJ-70。該線路上有6個水電站，裝機總?cè)萘?860千伏安，當枯水期時，小水電不發(fā)電，電能主要由電網(wǎng)供給，潮流方向是單向的；當豐水期時，電網(wǎng)和小水電同時供電，潮流方向是變化的。其線路枯水期的最大負荷電流為80安，可計算出線路負載率約為43.2%，線路負荷主要集中在線路的中部和后部。

針對其同時存在電壓與無功問題，選擇該線路2/3處安裝雙向自動調(diào)壓器及無功補償兩種設(shè)備。實現(xiàn)自動識別潮流方向，進行雙向調(diào)壓，和自動進行線路無功補償?shù)哪康?，組合安裝方式如圖3。

(1)10千伏線路無功補償成套設(shè)備，實際補償選擇300千乏的容量，補償方式為：動補100+動補200千乏[3]。根據(jù)電壓互感器和電流互感器的實時數(shù)據(jù)進行處理和判斷，控制電容器的投切。戶外跌落式熔斷器對裝置進行短路保護，一旦裝置有短路故障，跌落式熔斷器立即熔斷，防止對裝置和線路造成損害。

(2)10千伏雙向自動調(diào)壓器[1]，容量3000千伏安，由內(nèi)部控制器、潮流識別器件及檔位采樣回路、分接開關(guān)控制回路等構(gòu)成。潮流方向識別器件將電流信號和電壓信號采入后進行比較判斷，自動跟蹤輸入電壓變化在±20%的范圍內(nèi)對輸入電壓進行雙向自動調(diào)節(jié)，保證其輸出電壓穩(wěn)定。

2.2.4 配變解決方案

低壓無功補償容量的選擇按照配變總?cè)萘康?0%進行選擇，補償級數(shù)越多，補償?shù)木仍礁?，但隨著補償級數(shù)的增加，裝置的成本會大幅度提高，而且箱殼的體積也會增大。綜合考慮裝置的可靠性、補償精度、成本、箱體體積等因素，將電容器按一定容量比進行分組，通過控制器的軟件對這些電容器組進行排列組合投切。選擇線路上容量較大的三個配變進行低壓隨器補償，見表1所示。

表1 配變補償容量表

注：低壓補償裝置需要隨機帶配變的電流取樣互感器，用于電流采集與無功計算。低壓補償裝置控制器需要有通訊接口與GPRS模塊連接。

2.3 預期目標及效果介紹

通過對試點配網(wǎng)實施三級聯(lián)調(diào)優(yōu)化方案，預期達到以下效果：

(1)通過對變電站設(shè)備的優(yōu)化，安裝調(diào)壓型調(diào)無功自動補償裝置后，設(shè)備可自動根據(jù)負荷變化合理地調(diào)節(jié)無功補償容量，確保變電站功率因數(shù)達到0.95以上。

(2)通過對10千伏線路的改造，加裝雙向調(diào)壓裝置以及無功自動補償裝置后，可使線路電壓在豐水期與枯水期都能滿足要求，提高線路的功率因數(shù)，減小線損。

(3)通過對配變加裝低壓補償裝置，可提高配變的功率因數(shù)，減小線損。

(4)通過主站對三級聯(lián)調(diào)設(shè)備的監(jiān)控，可隨時掌握三級聯(lián)調(diào)子站設(shè)備的運行信息，根據(jù)無功電壓優(yōu)化策略對變電站、線路、配變?nèi)夁M行聯(lián)動調(diào)節(jié)，做到電網(wǎng)無功電壓運行最優(yōu)。

3 項目執(zhí)行情況

該試點三級聯(lián)調(diào)優(yōu)化項目主要分以下幾個步驟實施：

(1)項目調(diào)研。通過對試點項目的實地考查，收集變電站及線路數(shù)據(jù)，分析存在的問題，為后續(xù)工作順利開展提供了切實有效的依據(jù)。

(2)方案設(shè)計。組織相關(guān)專家討論技術(shù)方案，提出三級聯(lián)調(diào)的初步技術(shù)方案，反復論證后，確定了最終實施方案及相關(guān)技術(shù)規(guī)范。同時，還考慮了現(xiàn)場安裝調(diào)試的具體方案。

(3)研制生產(chǎn)。根據(jù)方案的要求，設(shè)計系統(tǒng)各部分的具體功能模塊與參數(shù)，進入生產(chǎn)采購環(huán)節(jié)，嚴格控制、跟蹤產(chǎn)品質(zhì)量，按期將各功能模塊組裝完畢。

(4)階段驗收。與生產(chǎn)廠家按照方案中規(guī)定的功能及參數(shù)組織試驗，確保各功能模塊在出廠前達到預定的技術(shù)指標。

(5)安裝調(diào)試。安裝并測試三級聯(lián)調(diào)系統(tǒng)的一次、二次以及軟硬件設(shè)備，各模塊測試正常后，開始組網(wǎng)聯(lián)調(diào)，直至所有功能滿足要求。

(6)系統(tǒng)運行及總結(jié)。通過設(shè)備在實際中的運行數(shù)據(jù)，觀察設(shè)備的運行效果，及時解決設(shè)備在運行中出現(xiàn)的問題，直至三級聯(lián)調(diào)優(yōu)化系統(tǒng)所有功能運行穩(wěn)定。

4 應用效果分析

4.1 應用效果介紹

4.1.1 變電站調(diào)壓式調(diào)無功自動補償裝置

設(shè)備投運以來的實踐證明，寧墩變電站安裝調(diào)壓式調(diào)無功變電站無功自動補償裝置后，功率因數(shù)提高到0.98～0.99左右，減少了線損，同時，由于無功負荷的減少，可以提高變壓器的負載能力，保證了電壓質(zhì)量。收到了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。

4.1.2 10千伏線路調(diào)壓設(shè)備及無功自動補償裝置

10千伏線路調(diào)壓設(shè)備數(shù)據(jù)通過一段時間運行數(shù)據(jù)的分析可以看出，線路輸出側(cè)電壓始終穩(wěn)定在9.93～10.44千伏范圍，調(diào)壓設(shè)備對穩(wěn)定線路電壓起到了有效的作用。無功自動補償裝置通過GPRS通訊設(shè)備采集到10千伏萬家線路無功設(shè)備數(shù)據(jù)，自動調(diào)節(jié)無功補償容量，線路功率因數(shù)基本維持在0.95以上，從而有效減少了線路的損耗，改善了線路的電壓波動。

4.1.3 配變低壓無功自動調(diào)節(jié)補償裝置

10千伏配變根據(jù)低壓輸出負荷變化自動進行無功補償調(diào)節(jié)，功率因數(shù)穩(wěn)定在標準范圍。

4.2 經(jīng)濟技術(shù)及社會效益分析

通過實施分配網(wǎng)三級聯(lián)調(diào)優(yōu)化方案，基本可實時保證線路及變電站的電壓、無功處于最優(yōu)運行狀態(tài)，此時線路及變電站的損耗是最小的，其節(jié)能降損主要由寧墩變至上級變電站減少的線損、寧墩變主變減少的損耗，以及萬家202線路減少的線損三部分組成，再扣除新增加設(shè)備自身的損耗，以下分四部分計算。

(1)寧墩變至上級變電站減少的線損。

寧墩變至上級變電站的導線型號為LGJ-95，長12千米。可以得到線路的電阻和感抗為：R=r×l=4.12Ω，X=x×l=4.2Ω。

假設(shè)功率因數(shù)從補償前的0.85提升為補償后的0.95(通常安裝SVQR后變電站功率因數(shù)大于0.98)，即cosΦ1=0.85，cosΦ2=0.95。

則其有功為：P=η×S×cosΦ1。 其中，η表示負荷率，按50%估算；S為主變?nèi)萘浚瑸?0000+6300=16300kVA。

代入計算得：ΔPC=44.5千瓦，每度電按照0.5元計算，若按一年時間運行,可產(chǎn)生經(jīng)濟效益為：W=ΔPC×365×24×0.5=19.5萬元。

(2)寧墩變主變減少的損耗。

其中，S1為補償前負荷視在功率，S2為補償后負荷視在功率，SN為主變額定功率，PK為主變額定負載損耗，10000千伏安主變約為56.2千瓦，6300千伏安主變約為43千瓦。

負荷率按50%進行估算，則通過計算可得10000千伏安主變年降損DP1=2.8千瓦，6300千伏安主變年降損DP2=2.14千瓦。

每千瓦時電量按照0.5元計算，若按一年時間運行,可產(chǎn)生經(jīng)濟效益為：W=(ΔP1+ΔP2)×365×24×0.5=2.16萬元。

(3)萬家202線路減少的線損。

萬家202線路的主干線型號為LGJ-70，長21.98千米?？梢缘贸鼍€路的電阻和感抗為：R=r×l=9.89Ω，X=r×l=7.98Ω。

假設(shè)安裝DWK后功率因數(shù)從補償前的0.85提升為補償后的0.95，即cosΦ1=0.85，cosΦ2=0.95。

則其有功為：P=η×S×cosΦ1。

代入計算得：ΔPC=9.47千瓦，每千瓦時電量按照0.5元計算，若按一年時間運行,可產(chǎn)生經(jīng)濟效益為：W=ΔPC×365×24×0.5=4.15萬元。

(4)新增加設(shè)備自身的損耗。

新增設(shè)備SVQR、BSVR、DWK總體平均損耗為4.5+4.54+0.2=9.24千瓦，每千瓦時電量按照0.5元計算，若按一年時間運行,年損耗為：W=ΔPC×365×24×0.5=4.04萬元。

綜合以上，配網(wǎng)三級聯(lián)調(diào)優(yōu)化技術(shù)可為供電公司年節(jié)約損耗：19.5+2.16+4.15-4.04=21.77萬元。

5 適用條件

(1)適用于變電站10千伏母線電壓雖調(diào)整至合格范圍但尚未充分合理利用其調(diào)節(jié)裕度的情況。

(2)適用于負荷波動較大或季節(jié)性負荷較明顯的情況。

(3)適用于10千伏線路、低壓線路供電半徑超標且暫無法改造而導致低電壓的情況。

(4)35千伏主變應為有載調(diào)壓型；35千伏變電站無功補償裝置應為可調(diào)型，采用壓控式效果更佳。

(5)10千伏線路、配電臺區(qū)應安裝無功補償裝置，宜采用智能分組投切式電容器并可數(shù)據(jù)實時傳輸。10千伏線路無功補償采用壓控式、配變采用有載調(diào)壓寬幅配變效果更佳。

(6)電網(wǎng)宜具備相關(guān)自動化水平，主變宜可遠方控制，10千伏線路裝設(shè)自動調(diào)壓器且可遠方控制尤佳，低壓用戶電壓數(shù)據(jù)可實時傳輸更佳。

(7)適合于有小水電并網(wǎng)線路的電壓雙向調(diào)節(jié)需求。

6 結(jié)束語

根據(jù)配網(wǎng)無功電壓問題分級治理、就地平衡的原則，在配網(wǎng)不同的地點安裝恰當?shù)脑O(shè)備改善相關(guān)電能質(zhì)量問題，但引入一個監(jiān)控主站作為各設(shè)備統(tǒng)一管理的平臺，通過網(wǎng)絡(luò)將各種智能設(shè)備連接在一起，協(xié)同工作，系統(tǒng)地解決配網(wǎng)的各種問題，是一種較新的應用模式。

配網(wǎng)三級聯(lián)調(diào)優(yōu)化方案實施后，顯著提高了本地區(qū)電網(wǎng)電壓質(zhì)量，降低了電網(wǎng)的線損，也極大提高了配網(wǎng)設(shè)備的管理水平，提高了設(shè)備的利用率，降低了設(shè)備的維護成本。設(shè)備投資費用在幾年內(nèi)即可收回，具有十分顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

綜上所述，三級聯(lián)調(diào)的配網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)先進、實用，有效地解決了配網(wǎng)中的電壓、無功問題，值得大力推廣。

[1] 王振東.最新電力、電網(wǎng)無功補償新技術(shù)與無功補償裝置選型、設(shè)計、安裝及運行控制實用手冊[M].北京：中國科技文化出版社,2005.

[2] 雷銘.電力網(wǎng)降損節(jié)能手冊[M].北京：中國電力出版社，2005.

[3] 姜寧.無功電壓與優(yōu)化[M].北京：中國電力出版社，2006.

[4] 無功補償裝置標準應用手冊[M].北京：中國標準出版社，2005.

[5] 供電生產(chǎn)常用指導性技術(shù)文件及標準：第一冊——無功補償、電能質(zhì)量及損耗[M].北京：中國電力出版社，2002.

[責任編輯：王敏]

Study and Application of Substation, Line and Distribution System Three-Level Integrated Adjustment

CUIXiao-chao,HUJia-xiang,LIShi-ming

(StateGridNingguoPowerSupplyCompany,Ningguo242300,China)

The voltage qualified rate of distribution network is related to the safe and economical operation of power grid, and the operation effect of reactive power compensation equipments directly determines the stability of system voltage and the quantity of the line losses. This study focuses on the three levels of substation, line and distribution system, establishing an integrated adjustment platform for overall management, which can fully achieve the voltage stability, the multi-level control and on-site balancing of reactive power of distribution network.

three-level integrated adjustment; distribution network voltage reactive power optimization; energy-saving and losses-reducing

2014- 09- 28

崔小超(1962-)，男，安徽宣城人，國網(wǎng)寧國供電公司，副總經(jīng)理，工程師。 胡加祥(1967-)，男，安徽宣城人，國網(wǎng)宣城供電公司，電力工程技術(shù)工程師。 李士明(1963-)，男，安徽寧國人，國網(wǎng)寧國供電公司，工程師。

TM732

A

1672-9706(2015)03- 0011- 06