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        配電網(wǎng)串補(bǔ)設(shè)備的應(yīng)用以及優(yōu)化改進(jìn)

        2017-02-06 07:52:30鑫李勝男覃日升王立春王
        電氣技術(shù) 2017年1期
        關(guān)鍵詞:旁路串聯(lián)電容器

        周 鑫李勝男覃日升王立春王 興

        (1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院,昆明 650217;2.夢(mèng)網(wǎng)榮信科技集團(tuán)股份有限公司,遼寧 鞍山 114051)

        配電網(wǎng)串補(bǔ)設(shè)備的應(yīng)用以及優(yōu)化改進(jìn)

        周 鑫1李勝男1覃日升1王立春2王 興2

        (1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院,昆明 650217;2.夢(mèng)網(wǎng)榮信科技集團(tuán)股份有限公司,遼寧 鞍山 114051)

        本文介紹了農(nóng)網(wǎng)長(zhǎng)距離輸電造成的電壓不合格問(wèn)題,提出了采用分檔式串聯(lián)電容器組進(jìn)行補(bǔ)償。分檔式串聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備不僅滿足了當(dāng)下補(bǔ)償容量需求,而且預(yù)留了未來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的補(bǔ)償容量。分檔式串聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備還兼顧了系統(tǒng)諧振抑制功能,從運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析取得了較滿意的結(jié)果。

        串補(bǔ);農(nóng)網(wǎng);電壓質(zhì)量;線損;分檔式;

        電壓質(zhì)量是電能質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo),欠壓或者過(guò)壓都會(huì)影響用戶設(shè)備的正常工作或者導(dǎo)致誤動(dòng)作,造成經(jīng)濟(jì)損失。無(wú)論國(guó)內(nèi)外,隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)快速展,電壓質(zhì)量問(wèn)題成為了電力系統(tǒng)亟待解決的問(wèn)題。

        本文介紹了配電網(wǎng)串聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)的原理,并提出采用分檔投入電容器組技術(shù)來(lái)解決線路末端電壓過(guò)低等問(wèn)題,分檔投切技術(shù)不但解決當(dāng)下的電線路末端電壓低問(wèn)題,還為未來(lái)預(yù)留了補(bǔ)償容量,延遲了設(shè)備的使用年限,從而增加了設(shè)備投資收益。2015年分檔串補(bǔ)設(shè)備在云南農(nóng)網(wǎng)大橋站牛達(dá)線進(jìn)行了投運(yùn),通過(guò)設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行后的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析,驗(yàn)證了方案的可行性和優(yōu)良效果。

        1 農(nóng)網(wǎng)電能質(zhì)量問(wèn)題

        我國(guó)配電網(wǎng)正處于不斷優(yōu)化和發(fā)展時(shí)期,偏遠(yuǎn)山區(qū)由于經(jīng)濟(jì)落后,電網(wǎng)建設(shè)成本高等原因,供電質(zhì)量嚴(yán)重不合格,主要體現(xiàn)在電壓波動(dòng)大,電壓偏低等問(wèn)題。山區(qū)農(nóng)村 10kV電網(wǎng)送電線路普遍距離長(zhǎng),由于架設(shè)線路比較困難,因此輸電線路一般為單線路,并且承擔(dān)較大的負(fù)荷,導(dǎo)致中末端電網(wǎng)電壓偏低等情況出現(xiàn),給當(dāng)?shù)鼐用裆钣秒妿?lái)不便,制約當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展。

        通過(guò)新建輸電線路來(lái)提高線路輸送能力,在山區(qū)實(shí)現(xiàn)難度比較大,建設(shè)成本也比較高,短期內(nèi)很難收回成本。因此期望找到一種價(jià)格較低,電壓支撐能力較優(yōu),同時(shí)維護(hù)量盡可能小的農(nóng)用送電線路電壓綜合治理解決方案。

        串聯(lián)補(bǔ)償解決配網(wǎng)電壓?jiǎn)栴}時(shí),不僅可以調(diào)節(jié)線路末端的電壓,同時(shí)可以提高線路的功率因數(shù)并減小電壓的波動(dòng),降低線路損耗,在國(guó)際上已有90余年的歷史。在我國(guó)高壓輸電工程中,串補(bǔ)技術(shù)應(yīng)用已比較廣泛,而在山區(qū)農(nóng)村配電網(wǎng)中的應(yīng)用還較少。由于農(nóng)網(wǎng)未引起電網(wǎng)公司的足夠重視,再加上山區(qū)交通不便,經(jīng)濟(jì)落后,制約了串補(bǔ)設(shè)備在我國(guó)山區(qū)農(nóng)網(wǎng)中的應(yīng)用。隨著國(guó)家西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施,低壓串補(bǔ)設(shè)備在農(nóng)網(wǎng)的應(yīng)用具有廣闊的前景。概述串補(bǔ)的主要功能有:

        1)補(bǔ)償電壓和線路電流成正比,根據(jù)電流大小,實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電壓的變化,提高受電末端的電壓。

        2)串補(bǔ)可提高線路輸送能力,為線路后端的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了電力支撐。

        3)當(dāng)裝置下游大型沖擊負(fù)荷運(yùn)行時(shí),能實(shí)時(shí)補(bǔ)償無(wú)功功率。

        4)降低了有功損耗和無(wú)功損耗,能得到不小的經(jīng)濟(jì)效益。

        2 串聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)調(diào)節(jié)電壓原理

        串聯(lián)補(bǔ)償電容器在系統(tǒng)中的連接如圖1所示。

        圖1 線路中串聯(lián)電容器示意圖

        由圖1可知,在未進(jìn)行串聯(lián)電容補(bǔ)償前,線路的輸送功率是:

        串聯(lián)電容器補(bǔ)償后,這條線路的輸送功率變?yōu)?/p>

        由串聯(lián)電容器補(bǔ)償前和補(bǔ)償后的公式對(duì)比可知,串聯(lián)電容器減小了線路阻抗,相當(dāng)于減小了兩系統(tǒng)之間的電氣距離,從而大大的提高了線路的傳輸容量。

        串聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)在輸電網(wǎng)中應(yīng)用的工程較多,相關(guān)技術(shù)和設(shè)備也比較成熟。在中低壓配電網(wǎng)中應(yīng)用還相對(duì)較少,中低壓電網(wǎng)位于電網(wǎng)的末端,以輻射狀線路向廣大客戶供電,沿線有多個(gè)配電變壓器支路,大部分負(fù)荷特性是感性。如圖2所示,配電網(wǎng)中在不串聯(lián)電容器時(shí),給出了感性負(fù)荷的向量圖。

        圖2 配電網(wǎng)不加串聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備時(shí)的向量圖

        線路的首末端線電壓值為

        由式(3)可知,在感性負(fù)載下末端電壓低于首端電壓。

        配電線路串聯(lián)入電容器組XC時(shí),如圖3所示,線路首末端電壓差為

        圖3 配電網(wǎng)加串聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備時(shí)的向量圖

        由式(4)可知,串聯(lián)的電容器在感性負(fù)荷情況下,都能產(chǎn)生一個(gè)和線路電抗電壓相反的電壓,降低線路的壓降,其值為

        綜上可知,串聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)提高了補(bǔ)償點(diǎn)的電壓,改善了配電線路沿線的電壓分布。在一定的輸送功率下,因提高了線路電壓水平,所以降低配電網(wǎng)線路的電流值,從而也降低了線路損耗。

        3 串聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備的實(shí)現(xiàn)

        目前電網(wǎng)運(yùn)行基本都是圖4類(lèi)型的普通串聯(lián)補(bǔ)償裝置,根據(jù)上文分析,此種普通串聯(lián)補(bǔ)償裝置具有很大的局限性,因此進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。設(shè)備圖如圖5所示。

        圖4 普通串聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備的主接線圖

        圖5 改進(jìn)后的串聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備的主接線圖

        3.1 電容器組的分檔投入

        如圖5所示,對(duì)第2段電容器進(jìn)行了改進(jìn),增加一個(gè)斷路器,可控制第2段電容器的投切。設(shè)備剛啟動(dòng)時(shí),串補(bǔ)設(shè)備運(yùn)行在1段模式。當(dāng)線路電流連續(xù)大于切換電流定值30min時(shí),串補(bǔ)設(shè)備運(yùn)行模式切換到2段運(yùn)行模式,增大補(bǔ)償度,提高補(bǔ)償點(diǎn)電壓。切換的邏輯圖如圖6所示。

        圖6 分檔補(bǔ)償控制邏輯圖

        3.2 旁路斷路器的保護(hù)

        旁路斷路器在串補(bǔ)設(shè)備中是十分重要的器件,用于臨時(shí)旁路保護(hù),保護(hù)火花間隙設(shè)備的運(yùn)行安全。如果電容器過(guò)壓故障持續(xù)存在,間隙會(huì)長(zhǎng)時(shí)間點(diǎn)燃導(dǎo)致?lián)p壞或者大大降低使用壽命,因此斷路器能可靠的合閘動(dòng)作對(duì)于保護(hù)設(shè)備是非常的關(guān)鍵。

        因此設(shè)計(jì)時(shí)將MBS開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)成負(fù)荷開(kāi)關(guān),可以帶負(fù)荷合閘,MBS作為旁路斷路器的后備保護(hù)。MBS動(dòng)作后,串補(bǔ)設(shè)備永久閉鎖。需要人工到現(xiàn)場(chǎng)檢查斷路器排除故障后才能再次投運(yùn)設(shè)備。

        當(dāng)控制電源出現(xiàn)問(wèn)題時(shí),MBS和旁路斷路器都將無(wú)法動(dòng)作,此時(shí)如果發(fā)生故障,勢(shì)必要造成設(shè)備的損壞。旁路斷路器進(jìn)行了合閘優(yōu)先設(shè)計(jì),當(dāng)控制電源出現(xiàn)欠壓?jiǎn)栴}后,旁路斷路器能快速合閘,退出設(shè)備。

        3.3 諧振時(shí)串補(bǔ)分檔退出

        投入串補(bǔ)設(shè)備后,在配電網(wǎng)中運(yùn)行中可能會(huì)遇到兩種諧振問(wèn)題:鐵磁諧振和感應(yīng)電動(dòng)機(jī)自激。為此,串補(bǔ)設(shè)備增加了諧振保護(hù)功能。

        諧振保護(hù)功能是,當(dāng)檢測(cè)到諧振電流時(shí):

        1)如果串補(bǔ)設(shè)備處于1段運(yùn)行模式,此時(shí)線路發(fā)生諧振問(wèn)題,串補(bǔ)設(shè)備就自動(dòng)切換到2段運(yùn)行模式,改變線路的電氣參數(shù),試圖打破諧振的條件,500ms后如果諧振電流未大幅減小,則退出串補(bǔ)(即旁路斷路器合閘)。

        2)如果串補(bǔ)設(shè)備處于2段運(yùn)行模式,此時(shí)線路發(fā)生諧振問(wèn)題,串補(bǔ)設(shè)備就自動(dòng)切換到1段運(yùn)行模式,改變線路的電氣參數(shù),試圖打破諧振的條件,500ms后如果諧振電流未大幅減小,則退出串補(bǔ)(即旁路斷路器合閘)。

        3)串補(bǔ)設(shè)備改變運(yùn)行模式后,如果諧振電流逐漸減小消失,則30min后按照?qǐng)D4邏輯圖進(jìn)行模式切換。

        3.4 串補(bǔ)裝置的遠(yuǎn)程遙控功能

        牛達(dá)線位于比較偏遠(yuǎn)的山區(qū),去現(xiàn)場(chǎng)路程比較遙遠(yuǎn),設(shè)備維護(hù)成本比較大。因此該串補(bǔ)設(shè)備具備無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信功能,可遠(yuǎn)程控制設(shè)備投切、并監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù),降低了平時(shí)維護(hù)成本。其通信網(wǎng)絡(luò)示意圖如圖7所示。

        圖7 串補(bǔ)設(shè)備組網(wǎng)示意圖

        可以在后臺(tái)集中管理和監(jiān)控多臺(tái)串補(bǔ)裝置,方便電網(wǎng)公司遠(yuǎn)程遙控和設(shè)備檢測(cè)以及故障分析。

        3.5 小結(jié)

        改進(jìn)型的串補(bǔ)裝置,不僅增加了串補(bǔ)設(shè)備的分檔補(bǔ)償能力,還增加了線路諧振保護(hù)功能。這項(xiàng)分檔補(bǔ)償技術(shù)增強(qiáng)了串補(bǔ)設(shè)備的電壓調(diào)節(jié)能力,提高了設(shè)備穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)效益。

        4 改進(jìn)后的串補(bǔ)應(yīng)用數(shù)據(jù)分析

        在云南省大橋變電站牛達(dá)干線上安裝一套分檔串補(bǔ)設(shè)備(兩段式),總?cè)菘故?0Ω,每段15Ω。設(shè)備運(yùn)行后,對(duì)線路節(jié)點(diǎn)電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì),線路額定電壓是10kV,見(jiàn)表1。

        表1 大橋站運(yùn)行在1.05 p.u.時(shí)壓降

        表2 大橋站運(yùn)行在1.0 p.u.時(shí)壓降

        由表1和表2可知,在100%峰值負(fù)荷時(shí),表2中電壓提升率是表1中電壓提升率的2倍,可知串補(bǔ)設(shè)備在電壓過(guò)低時(shí)自動(dòng)投入了兩段電容器,線路電壓提高率有了明顯提高。線路安裝分檔式低壓串聯(lián)補(bǔ)償裝置后,線路負(fù)荷從 70%負(fù)荷變化到 130%時(shí),通過(guò)調(diào)整大橋站的運(yùn)行電壓,基本上可以保證整條牛達(dá)線電壓都控制在合格范圍內(nèi),0.93~1.05p.u.之間,電壓合格率大幅提升,串補(bǔ)裝置的補(bǔ)償效果非常明顯。

        5 結(jié)論

        本文以10kV大橋站牛達(dá)線配電網(wǎng)串聯(lián)補(bǔ)償裝置為案例,驗(yàn)證了串補(bǔ)設(shè)備在提高電壓方面的優(yōu)良特性以及串補(bǔ)裝置分檔投退的補(bǔ)償優(yōu)點(diǎn)。串補(bǔ)設(shè)備投入后,改善了配電網(wǎng)線路沿線的電壓分布,提高了線路的輸送能力,同時(shí)可以抑制因串聯(lián)電容器而過(guò)補(bǔ)償造成系統(tǒng)諧振問(wèn)題,串補(bǔ)裝置的經(jīng)濟(jì)效益非常明顯。

        推進(jìn)配電網(wǎng)分檔串聯(lián)補(bǔ)償項(xiàng)目的建設(shè),建立統(tǒng)一后臺(tái)管理和監(jiān)控,優(yōu)化配電網(wǎng)電壓分布,可以徹底的解決我國(guó)山區(qū)農(nóng)村長(zhǎng)距離配電網(wǎng)的電壓質(zhì)量問(wèn)題。

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        [2]王笑棠,王曜飛,宋亞夫,等.串補(bǔ)解決 10kV配電線路高壓與低壓?jiǎn)栴}的研究[J].電力電容器與無(wú)功補(bǔ)償,2015,36(2):33-37.

        [3]趙文忠,王東平.串聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用分析[J].低壓電器,2010(5):37-39,44.

        [4]卓谷穎.改善配網(wǎng)電壓質(zhì)量的固定串補(bǔ)技術(shù)研究學(xué)位[D].杭州:浙江大學(xué),2013.

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