山西潞光發(fā)電有限公司 王冬冬

1 引言

社會科技的迅速發(fā)展，促進(jìn)了電力行業(yè)技術(shù)的革新和發(fā)展，無功優(yōu)化技術(shù)因此備受人們的關(guān)注。因為10kV 配電網(wǎng)運行階段可能會受到外界環(huán)境、人為因素等外部條件的影響，導(dǎo)致電網(wǎng)運行的能耗不斷增加。而應(yīng)用無功補償技術(shù)能夠?qū)﹄娋W(wǎng)運行過程進(jìn)行不斷優(yōu)化，同時，在無功優(yōu)化的應(yīng)用階段，自動化控制的應(yīng)用能夠為10kV配電網(wǎng)穩(wěn)定運行提供支持，因而達(dá)到遠(yuǎn)程投切的控制目標(biāo)。

2 10kV配電網(wǎng)無功補償相關(guān)內(nèi)容分析

2.1 無功補償原理

無功補償即指將補償元件、設(shè)備等安裝在配電網(wǎng)當(dāng)中，例如內(nèi)置補償電容器，作為電動機(jī)或者變壓器等設(shè)備運行電能供應(yīng)設(shè)備，無功補償所屬配電網(wǎng)是系統(tǒng)之內(nèi)的重點結(jié)構(gòu)。對于補償裝置妥善利用，可以限制電網(wǎng)電壓傳輸階段的無功功率。整體而言，電網(wǎng)輸出功率存在兩種形式：一是有功功率，具體是將光、機(jī)械等能量轉(zhuǎn)化消耗電能；二是無功功率，當(dāng)電網(wǎng)運行不必消耗電能，將電能轉(zhuǎn)化為其他能源類型，由此產(chǎn)生的功率就為無功功率。例如，當(dāng)電能被轉(zhuǎn)化，變?yōu)殡姶拍軙r，使電網(wǎng)內(nèi)部元件和設(shè)備工作[1]。

2.2 無功補償作用

在電網(wǎng)自控系統(tǒng)當(dāng)中，應(yīng)用無功補償旨在補償功率，提升電網(wǎng)內(nèi)的功率因數(shù)，抑制無功功率出現(xiàn)導(dǎo)致電網(wǎng)、變壓器等出現(xiàn)損耗。無功補償為調(diào)節(jié)供電模式有效方法。電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)，無功補償處于自控系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)用效果顯著，要求工作人員遴選補償設(shè)備，只有科學(xué)配置，才能夠控制設(shè)備對于電網(wǎng)運行產(chǎn)生的影響，能夠不斷提高配電質(zhì)量。若在無功補償過程，沒有按照供電量配置裝置流程操作，必然會影響電網(wǎng)穩(wěn)定運行，也難以保證電壓穩(wěn)定，達(dá)到用戶用電需求。

無功補償裝置的應(yīng)用能夠?qū)㈦娔苜|(zhì)量不斷提高，將配電網(wǎng)中的設(shè)備潛能激發(fā)，若有功數(shù)值始終保持恒定狀態(tài)的時候，無功值就會不斷減小，此時，電網(wǎng)內(nèi)部存在的有功功率增加，可見，補償設(shè)備安裝在電路當(dāng)中后，能夠?qū)崿F(xiàn)線路功率的補償，從而控制發(fā)電機(jī)的無功功率產(chǎn)生概率，控制用戶電費成本，提高用戶使用體驗。

2.3 常用補償方式

2.3.1 低壓補償

所謂低壓補償就是在配電網(wǎng)系統(tǒng)當(dāng)中安裝低壓電容器，利用電壓開關(guān)，將電容器和低壓母線相連，組合成投切裝置，通過無功補償，結(jié)合用電需求調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓。需要注意的是，應(yīng)用這種補償方式雖然能夠整體調(diào)節(jié)電容器，但是也存在不同程度弊端，即電容器的調(diào)整難以分批進(jìn)行。

同時，應(yīng)用低壓補償還可將電網(wǎng)運行電量消耗量有效控制，通過彌補的方式，讓電網(wǎng)電壓處于穩(wěn)態(tài)運行。由于低壓補償?shù)牟僮飨鄬唵?，工程建設(shè)涉及的工量較小，便于后期維護(hù)，能夠確保無功平衡，因此可以將配變的利用率有效提升，控制電網(wǎng)線損問題。

除此之外，低壓補償?shù)膽?yīng)用成本較低，因此屬于應(yīng)用廣泛的補償方案。在實際應(yīng)用環(huán)節(jié)，需要根據(jù)配電網(wǎng)具體情況采取控制措施，以維持電壓狀態(tài)穩(wěn)定[2]。

2.3.2 變電站補償

為消除10kV 配電網(wǎng)內(nèi)無功不平衡現(xiàn)象，管理者可以依托變電站對于補償裝置進(jìn)行集中設(shè)置，用科學(xué)方式整改線路。同時，10kV 配電網(wǎng)運行階段，運用集中補償還可選擇配電站母線，在其一側(cè)設(shè)置補償電容，實現(xiàn)集中補償目標(biāo)。此裝置的應(yīng)用可以按照補償需求，將電容器和補償器并聯(lián)，為無功補償?shù)捻樌麘?yīng)用提供支撐。

同時，補償裝置屬于關(guān)鍵零件，在自控系統(tǒng)應(yīng)用過程，需要嚴(yán)格按照裝置運行需求，搭配高精度配件、零件等，才可以保證補償效果。變電站內(nèi)使用集中補償方案也有弊端存在，由于用戶用電需求不斷提升，加上環(huán)保觀念逐漸增強(qiáng)，變電站的改造補償裝置應(yīng)用成效逐漸變?nèi)?，原有補償方式可能難以適應(yīng)變電站節(jié)能運行需求。在設(shè)備運行階段也存在各類問題，不利于節(jié)能目標(biāo)的實現(xiàn)。因此，為了解決配電網(wǎng)當(dāng)中線路損耗問題，必須將電網(wǎng)功率改良。

2.3.3 終端補償

終端補償就是在用戶終端以分散的形式設(shè)置補償裝置，該補償模式?jīng)Q定著用戶對電網(wǎng)的使用體驗，應(yīng)用過程可以在線路末端采取補償措施。應(yīng)用終端補償能夠降低電量損耗，使電壓處于平衡狀態(tài)。需要注意，無功補償?shù)倪\用必須根據(jù)變壓器運行需求，判斷補償裝置容量。

2.3.4 桿上補償

桿上補償指的是將電容器安裝在室外桿塔上，還可重新設(shè)置桿塔，選擇補償措施。該方法的應(yīng)用可將配電網(wǎng)功率因數(shù)全面調(diào)整，控制線路損耗。與以上幾種補償方式對比，這種模式操作更加便利，有助于更好地發(fā)揮設(shè)備的性能。

3 10kV配電網(wǎng)無功優(yōu)化自動化控制系統(tǒng)設(shè)計

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

當(dāng)前，10kV配電網(wǎng)運行階段，電網(wǎng)自動化管理系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用，特別是變電站應(yīng)用“SCADA”這類管理系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對線路參數(shù)的優(yōu)化，補償電容器。在控制階段，通過對電容器的切換控制，達(dá)到自動化的補償效果。

控制系統(tǒng)的框架組成如圖1所示。

圖1 無功補償自動化系統(tǒng)框架設(shè)計

由圖1可知，變電站所有饋線都與不同的補償器進(jìn)行同步運行，設(shè)置獨立補償器。在系統(tǒng)運行階段，相互交換信息，根據(jù)線路運行需求，借助上位機(jī)，實現(xiàn)對系統(tǒng)的自動化控制，并對補償器進(jìn)行協(xié)調(diào)。

3.2 投切控制

在10kV 配電網(wǎng)運行時，受到饋線端的功率因數(shù)影響，電網(wǎng)運況可以實時反饋。無功補償自控系統(tǒng)設(shè)計，選擇補償電容器后，確認(rèn)其在線路當(dāng)中補償位置，計算補償量。同時，饋線首端的功率因數(shù)在計算時，借助變壓器功率參數(shù)，獲取準(zhǔn)確的功率因數(shù)值。10kV配電網(wǎng)的運行，將饋線首端位置功率因數(shù)視為補償電容，以此作為系統(tǒng)投切造作設(shè)定的關(guān)鍵因數(shù)。

綜合考慮成本、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等因素影響，大多還需依托無功功率，輔助補償電容的投切操作。一旦出現(xiàn)特殊情形，可能不能及時、精準(zhǔn)得到饋線首端因數(shù)，此時需要借助電壓對補償電容的投切加以控制。在投切參數(shù)的選擇方面，需要重點考慮饋線端的功率電壓、無功功率，實現(xiàn)無功補償?shù)淖詣踊到y(tǒng)內(nèi)補償電容的自動投切控制目標(biāo)。

3.3 系統(tǒng)應(yīng)用

3.3.1 確認(rèn)補償點和補償容量

10kV 配電網(wǎng)的無功補償系統(tǒng)中，自動化控制的應(yīng)用無功補償點、補償容量十分重要，合理確認(rèn)能夠控制線路損耗問題。在10kV 配電網(wǎng)當(dāng)中，線路損耗主要指的是無功電流損耗，也指有功電流產(chǎn)生損耗。而無功損耗來自配電線路，也有無功損耗率損耗。以上損耗需要依托控制措施才能有效控制，限制無功電流損耗問題。將補償裝置設(shè)置在配電線路中，獲得補償點、補償容量值等、達(dá)到補償目標(biāo)。

同時，控制線路補償點數(shù)量、容量等設(shè)置，還能預(yù)防過度補償問題的出現(xiàn)，達(dá)到預(yù)期的補償需求。當(dāng)借助非節(jié)點補償算法形式尋找較為優(yōu)化的補償方案。結(jié)果顯示，將最佳的補償位置、補償容量確認(rèn)后，不會增加無功補償成本，還能夠?qū)⒎枪?jié)點位置補償充分利用，逐漸提高電網(wǎng)管理水平，控制線損[3]。

確認(rèn)10kV 配電網(wǎng)當(dāng)中無功補償位置時，以自動化控制實現(xiàn)作為最終目標(biāo)，遵循“就地平衡”之原則完成設(shè)備安裝，從而降低主干線當(dāng)中無線電流值。以系統(tǒng)控制對10kV 配電網(wǎng)采取無功補償，科學(xué)配置補償容量，保證在最佳位置安裝電容器，從而改善電網(wǎng)的電壓環(huán)境，實現(xiàn)降低線損的目的。

3.3.2 補償參數(shù)確認(rèn)和管理要求

補償參數(shù)確認(rèn)和管理要求為：第一，要求泄露比距＞24mm/kV；第二，選擇“單星型”的界限模式，注意中點不可接地；第三，注意在投切開關(guān)的選擇上，接觸器使用高壓真空型；第四，電容器的額定電壓參數(shù)設(shè)定10.5kV時，保證其工作電壓低于12kV；第五，選擇放電電阻類型電容器安裝，此類裝置可實現(xiàn)對剩余電壓的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)電壓＜50V，放電過程可以在10min 之內(nèi)完成；第六，電流互感器選擇開啟式，型號為LZKW-10；第七，應(yīng)用電容器保護(hù)措施時，保證過流、過電壓等為斷開狀態(tài)，測量精度＜0.5%。

此外，注意補償設(shè)備運維管理，運管措施運用直接決定補償效果。10kV配電網(wǎng)內(nèi)有補償設(shè)備安裝時，應(yīng)該做好現(xiàn)場管理工作，全面分析裝置應(yīng)用環(huán)境，依據(jù)參數(shù)、設(shè)置等，制定投切方案，實現(xiàn)自控操作，提高裝置維護(hù)管理工作的有效性。

3.3.3 調(diào)整補償電壓

當(dāng)和系統(tǒng)并聯(lián)的補償電容器被切除之后，能夠?qū)⒆儔浩鞯呢?fù)載端電壓值改變，重新投入電容器還會將負(fù)載側(cè)的電壓質(zhì)量有效提高。

借助電容器調(diào)整負(fù)載側(cè)電壓值，在投入電容器的使用前，需要對負(fù)載的功率因數(shù)進(jìn)行重新設(shè)置，功率因數(shù)使用cosφ0，用U20代表負(fù)載電壓。cosφ0接入電容之后，功率提高因數(shù)使用cosφ+表示，負(fù)載側(cè)的電壓增加使用U2+表示，按照如下公式(1)進(jìn)行計算：

電源電壓是U1,U2N表示變壓器負(fù)載額定電壓，變壓器位置電源側(cè)電的壓分接值為Ux。若電容器被切除，就可以對負(fù)載側(cè)電壓進(jìn)行調(diào)整。最初操作前，用U20表示負(fù)載端的電壓，cosφ0代表功率因數(shù)。切除電容后，同cosφ表示功率因數(shù)降值，U1表示負(fù)載電壓降值，此時就能夠?qū)⒇?fù)載側(cè)電壓的降低值計算出來，依托自動化系統(tǒng)的控制，完成補償電壓的調(diào)整[4]。

4 結(jié)語

針對10kV 配電網(wǎng)的無功優(yōu)化自控系統(tǒng)設(shè)計，首要內(nèi)容就是按照無功補償方式，制定補償方案，合理設(shè)計無功優(yōu)化自控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，選擇投切方法，科學(xué)設(shè)定補償參數(shù)，調(diào)整補償電壓，保證系統(tǒng)應(yīng)用效益，發(fā)揮無功優(yōu)化應(yīng)用價值，降低配電網(wǎng)當(dāng)中的線路損耗，提高配電質(zhì)量。