李紀冬 焦大超

摘要：隨著我國用電負荷的增長，部分供電半徑大、功率因數(shù)低、線路損耗大的 10 kV 農(nóng)網(wǎng)配電線路無法滿足用戶需求，必須要設計自動無功補償裝置進行無功補償。

關鍵詞：10kV配電線路；無功自動補償裝置；設計；安裝

引言

10KV 配電網(wǎng)絡廣泛具有供電質(zhì)量差、功率因數(shù)低、線損大的情況。尤其是農(nóng)村 10KV配電網(wǎng)。由于電網(wǎng)結構不合理、負荷季節(jié)性強、配電變壓器負載率低。從而造成網(wǎng)絡功率因數(shù)變化頻繁，電網(wǎng)線損率居高不下，配電網(wǎng)所需要的大量無功功率靠主網(wǎng)輸送，加大了線路的電壓損耗和網(wǎng)絡損耗。國家的規(guī)范要求和現(xiàn)實的應用實踐都表明，在 10KV配電線路上實施無功補償?shù)谋匾院椭匾砸驯粡V泛認可，而能夠實現(xiàn)無功自動補償在近些年已受到很多供電企業(yè)的極大關注。

1 10kV 電網(wǎng)的無功補償裝置設計的重要意義

隨著社會的不斷進步，人們對電力的需求逐年增長，從而造成了電力系統(tǒng)負荷功率負擔過重，諧波源和負載不平衡，已經(jīng)對人們的生活造成了困擾，急需一種新型的方法來應對上述問題，科學技術的大力發(fā)展，為新方法創(chuàng)造了一個比較好的前景，近些年來，國家在電子技術方面發(fā)展迅猛，無功補償和電網(wǎng)諧波治理新技術取得的新突破，解決了以前很多的問題，雖然配電在電網(wǎng)的過程中起到重要的作用，但是損失也是極其之高的，而無功補償在這上面可以很好的降低損耗，并且很好的提高輸電質(zhì)量。在傳統(tǒng)的設計過程中，雖然充分考慮到無功優(yōu)化網(wǎng)絡以及規(guī)劃，但是對操作優(yōu)化上的設計卻很少的進行考慮，因此本論文從 10kV 電網(wǎng)的無功補償裝置設計出發(fā)，充分發(fā)揮網(wǎng)內(nèi)各種設備的作用，從而實現(xiàn)全網(wǎng)無功優(yōu)化調(diào)度，最終提高電功率。

2 10kV配電線路無功自動補償裝置的設計

2.1 硬件設計

根據(jù)設計要求，需要采集的模擬量包括電網(wǎng)的三相電壓 U a、U b、U c，三相負載電流 I a、I b、I c。無功補償控制系統(tǒng)的整體硬件結構主要由信號采樣電路、信號調(diào)理電路和 DSP 外圍電路部分組成。數(shù)據(jù)采集部分將三相交流信號經(jīng)過電壓互感器和電流互感器進行提取，經(jīng)過調(diào)理電路，包括濾波電路和運放電路連接到 DSP 的I/O 口，從 A/D 口輸入的數(shù)據(jù)在 DSP 中進行 FFT 運算?？刂破饔布O計構成部分為：DSP 最小系統(tǒng)、信號采樣部分電路、信號調(diào)理部分電路、抬升電路以及驅動部分的電路等。由 DSP 進行運算、處理，計算出判據(jù)條件、無功功率或功率因數(shù)。根據(jù)控制方式判斷所需投切電容量，并通過 I/O 口將投切指令輸出到繼電器驅動電路；驅動電路接到信號后，通過繼電器開關控制補償電容器組的投切。

2.2 判斷電容器組投切

為了判斷電容器組投入值和切出值大小，需對測量值和設定值進行格式化處理：1）擴大測量值和設定值；2）分別計算感性和容性狀態(tài)下的功率因數(shù)測量值；3）分別計算感性和容性狀態(tài)下的功率因數(shù)設定值。如果出現(xiàn)過電壓現(xiàn)象，那么需對電容組進行延時處理，并丟棄一組電容器；如果出現(xiàn)輕載現(xiàn)象，那么需延時一段時間之后，再丟棄一組電容器。對過壓和輕載現(xiàn)象進行判斷，查看測量值和設定值是否返回到正常值，如果功率因數(shù)測量值大于等于切入值，那么需對電容組進行延時處理，再丟棄一組電容器；如果功率因數(shù)測量值小于投入值，那么需對電容組進行延時處理，再投入一組電容器。

2.3無功補償觸發(fā)系統(tǒng)的設計

在設計觸發(fā)電路時，TSC 的觸發(fā)角應嚴格按照峰值觸發(fā)機制，以防止導通瞬間產(chǎn)生過電流，而 TCR 則應使其觸發(fā)角保持在 90°～180°之間。當控制單元判定一組 TSC 進行投切時，觸發(fā)單元中的鎖相環(huán)模塊將采樣電網(wǎng)電壓并進行同步，于電網(wǎng)電壓自然換相點處給出觸發(fā)脈沖。而當控制單元判定 TCR 進行投切時，需先通過一組計算電路，當投入無功量為負值時，認為系統(tǒng)發(fā)生了過補償，此時計算電路將直接導出觸發(fā)角90°，脈沖信號于 90°點給出，TCR 全導通；若是無功量為正，計算導出的觸發(fā)角就為 180°，認為此時TCR 關斷。

2.4 無功補償遠程無線集控系統(tǒng)

無功補償遠程無線集控系統(tǒng)主要是通過遙控器從而對無功補償系統(tǒng)進行一定程度的綜合管理，通常情況下該項技術包括各個方面，比如運輸數(shù)據(jù)，無線通訊，智能化等等，主要是通過應用智能手機芯片，電信通訊系統(tǒng)以及處理器等等從而對顯示器進行控制。無功補償遠程無線集控系統(tǒng)采用的是大規(guī)模集成電路技術，此技術的優(yōu)點在于微型控制，同時也可以抵抗干擾，具有十分齊全的功能，而且運行的比較穩(wěn)定，操作方便，安裝簡便，此技術連接的軟件使用也是方便簡單。

2.5軟件設計

采用模塊化設計，既方便修改檢查，同時加快了執(zhí)行的效率。根據(jù)系統(tǒng)的硬件電路與設計功能要求，控制保護主控軟件包括五個主要模塊，對于功率因數(shù)的控制要先對系統(tǒng)的無功與功率因數(shù)做檢測計算。當無功功率超越上限時，系統(tǒng)的功率性質(zhì)呈容性，說明投入的電容器使系統(tǒng)出現(xiàn)過補償，此時應馬上控制繼電器切除所投入的電容器。然后再通過計算得出新的功率因數(shù)，進而計算出所需投切電容的容量，當電壓過零點時投入相應的電容。由于補償用的電容器連接方式有三角形接法與星形接法兩種，所以每相投切電容量的計算也有區(qū)別，當電容接線方式采用星形接法時，設 Q 為需補償?shù)臒o功功率，U 為測量所得的線電壓大小， 為流經(jīng)電容的電流，根據(jù)下式可計算出所需投入的電容量 為：

3 10kV配電線路無功自動補償裝置的安裝過程

與普通的電路設備安裝情況不同，無功補償裝置在 10kV 配電線路中的安裝過程具有其固有的特殊性，不僅對安裝技術具有更高的要求，對各項參數(shù)控制、操作細節(jié)控制等均做出了嚴格規(guī)定。因此，必須對無功補償裝置的安裝過程進行全方位的嚴密把控，避免出現(xiàn)安裝漏洞。在安裝過程中，首先應對線路的電壓控制目的進行全面調(diào)查分析，并在此基礎上確認電流流徑位置，為電容器的參數(shù)奠定合理基礎。其次，對安裝施工人員進行綜合素質(zhì)考查，包括無功補償裝置的專業(yè)安裝技能測試、施工技藝測試等，對容易出現(xiàn)的漏洞，如電壓錯位、電流錯位、互感器損壞等情況進行嚴格把控，以保證設備的安裝質(zhì)量。另外，在無功補償裝置的安裝流程初步完成的情況下，安裝施工人員還應對該安裝設備及其所在線路進行符合規(guī)定標準的檢測，一旦發(fā)現(xiàn)異常，應及時進行具體探查，并采取補救措施。可見，只有充分保障安裝過程的科學性與合理性，才能為電流運行提供穩(wěn)定、安全、高效的技術保證。

結語

綜上所述，10kV 配電線路是配電網(wǎng)的重要組成部分，隨著社會經(jīng)濟水平的提高，供電企業(yè)對配電線路的節(jié)能技術要求越來越高。無功補償裝置作為一種節(jié)能的優(yōu)化式工具，有助于配電線路中電容器的合理配置，具有安裝簡便性、節(jié)能高效性等特點，可見，明確無功補償裝置的設計與安裝要求與細節(jié)，是現(xiàn)階段供電企業(yè)節(jié)能電網(wǎng)建設的關鍵。

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（作者單位：1.天津市匯峰工程設計咨詢有限公司2 天津中電華利電器科技集團有限公司）