■ 國網(wǎng)山東省電力公司成武縣供電公司 胡叢飛 孫芳普

隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源消費(fèi)方式的改變，配電網(wǎng)供電能力與用電需求差距愈發(fā)突出。同時(shí)，大量精密制造、自動(dòng)化設(shè)備等敏感負(fù)荷的廣泛使用，對配電網(wǎng)供電電壓質(zhì)量提出了更高要求。

電壓質(zhì)量管理現(xiàn)狀及痛點(diǎn)

新型電力系統(tǒng)構(gòu)建對電能質(zhì)量管理要求更嚴(yán)。分布式光伏和儲(chǔ)能設(shè)施大規(guī)模接入，配電網(wǎng)逐步向源網(wǎng)荷儲(chǔ)多要素共存的有源網(wǎng)絡(luò)演變，但目前配網(wǎng)對電能質(zhì)量污染源用戶接入管控不足，電能質(zhì)量監(jiān)測、治理手段缺失，電壓偏差、諧波、功率因數(shù)等指標(biāo)受到一定影響。

10 千伏配網(wǎng)電壓質(zhì)量是衡量供電質(zhì)量是否符合標(biāo)準(zhǔn)的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)。例如供電服務(wù)坐席人員在供服系統(tǒng)監(jiān)測到某臺(tái)區(qū)所接帶用戶低電壓，第一時(shí)間派發(fā)低電壓工單至臺(tái)區(qū)經(jīng)理，臺(tái)區(qū)經(jīng)理攜帶工器具現(xiàn)場核查，使用萬用表對用戶側(cè)電壓進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場確實(shí)存在低電壓問題后應(yīng)開展以下檢查：首先查用戶表計(jì)、JP 柜出線開關(guān)等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)接線端子是否存在氧化、接觸不良等問題，經(jīng)檢查無問題；檢查配變擋位，經(jīng)檢查配變擋位已在最高檔；檢查JP 柜內(nèi)臺(tái)區(qū)無功補(bǔ)償裝置，發(fā)現(xiàn)無功補(bǔ)償裝置存在鼓脹現(xiàn)象、無法正常使用，造成臺(tái)區(qū)無功缺額較大，用戶側(cè)電壓較低。這可以看出無功和電壓管理對用戶側(cè)電能質(zhì)量影響較大。

無功補(bǔ)償優(yōu)化管理措施

成果介紹

通過全面排查配變電容器設(shè)備運(yùn)行情況，劃分“網(wǎng)格化”無功管理布局，以臺(tái)區(qū)融合終端作為“邊”設(shè)備，部署電能質(zhì)量在線監(jiān)測App，與電能表協(xié)同應(yīng)用，實(shí)時(shí)監(jiān)測客戶運(yùn)行狀態(tài)、電能質(zhì)量和上網(wǎng)電量等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)全量運(yùn)行數(shù)據(jù)盡收眼底、盡在掌握，在供服系統(tǒng)部署區(qū)域（即劃分的網(wǎng)格單元）無功協(xié)同聯(lián)動(dòng)控制策略，精準(zhǔn)研判區(qū)域內(nèi)無功缺額情況，統(tǒng)籌長遠(yuǎn)目標(biāo)與近期需求，下發(fā)運(yùn)檢工單籌備長期優(yōu)化方案，依托智能融合終端自動(dòng)投切區(qū)域內(nèi)閑置電容器組確保短期內(nèi)無功就地平衡，實(shí)現(xiàn)首創(chuàng)區(qū)域無功協(xié)同聯(lián)動(dòng)控制，有效解決配變電容器利用率低、無功異常大、集中補(bǔ)償難度大的問題。

功能展示

App 配變電容器智能監(jiān)測。配變低壓側(cè)實(shí)現(xiàn)智能融合終端全覆蓋，基于智能電容器標(biāo)準(zhǔn)物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議，在配電物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺(tái)開發(fā)無功補(bǔ)償設(shè)備控制App，通過物理連接和主站調(diào)試，將智能電容器投切狀態(tài)、補(bǔ)償容量和功率因數(shù)等數(shù)據(jù)接入融合終端，通過融合終端將數(shù)據(jù)上傳供服系統(tǒng)電壓質(zhì)量全景監(jiān)測平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)配變電容器的運(yùn)行情況全監(jiān)測。

平臺(tái)劃分區(qū)域無功協(xié)同聯(lián)動(dòng)。在實(shí)現(xiàn)線路所接帶配變智能電容器監(jiān)測全覆蓋的基礎(chǔ)上，以負(fù)荷分布、供電半徑為原則進(jìn)行網(wǎng)格劃分，在供服系統(tǒng)云主站部署無功缺額計(jì)算和電容器投切策略，通過融合終端的遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)電容器的精準(zhǔn)投切，達(dá)到網(wǎng)格內(nèi)無功協(xié)同聯(lián)動(dòng)的目的。

劃分聯(lián)動(dòng)分組。根據(jù)線路所接帶配變的實(shí)際運(yùn)行情況，按照如下原則劃分網(wǎng)格化聯(lián)動(dòng)分組：供電半徑超過10 千米或所接帶配變大于30 臺(tái)的線路，分組數(shù)宜大于3 組；供電半徑小于10 千米或所接帶配變小于30 臺(tái)的線路，分組數(shù)宜小于或等于3 組；在區(qū)域內(nèi)供電半徑2 千米內(nèi)有配變集中分布的，宜集中作為1 個(gè)聯(lián)動(dòng)分組；若線路接帶配變分布較為分散，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)建議在一定供電半徑內(nèi)合理劃分聯(lián)動(dòng)分組（分組供電半徑一般不大于2 千米）。

云主站部署計(jì)算無功缺額。根據(jù)《電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償配置技術(shù)導(dǎo)則》（Q/GDW 10212—2019）無功補(bǔ)償容量計(jì)算方法，配變無功補(bǔ)償容量應(yīng)按照變壓器實(shí)際參數(shù)，結(jié)合負(fù)荷側(cè)預(yù)測無功缺額，在云主站部署計(jì)算無功缺額策略，分別計(jì)算各聯(lián)動(dòng)分組內(nèi)功率因數(shù)不達(dá)標(biāo)配變的最大無功缺額。

工單驅(qū)動(dòng)無功優(yōu)化管理。根據(jù)云主站計(jì)算得到的存在無功缺額的配變信息，研判可能存在的無功管理問題，下發(fā)運(yùn)檢類工單至臺(tái)區(qū)經(jīng)理，制定長期優(yōu)化方案，查漏補(bǔ)缺，完善區(qū)域內(nèi)無功就地平衡問題，如表1 所示。

表1 配變無功缺額長期優(yōu)化方案

電容器分組投切。針對目前網(wǎng)格內(nèi)出現(xiàn)的配變無功缺額，按照從電源側(cè)至負(fù)荷側(cè)的方向，選擇網(wǎng)格組內(nèi)距離無功補(bǔ)償不足的配變最近的閑置電容器組進(jìn)行投切。分組投切策略通過云主站布置，判斷所須投入電容器的組數(shù)，利用智能融合終端的遠(yuǎn)程控制功能對所須投入電容分組進(jìn)行自動(dòng)投切，從而滿足當(dāng)前網(wǎng)格內(nèi)中壓側(cè)無功缺額的補(bǔ)償。分組投切策略應(yīng)滿足以下原則：當(dāng)投切電容器最小分組容量滿足網(wǎng)格內(nèi)配變無功缺額時(shí)，可進(jìn)行遠(yuǎn)程投切；當(dāng)投切電容器最小分組小于網(wǎng)格內(nèi)配變無功缺額時(shí)，須就近選擇其他電容器組，一并投切；當(dāng)投切電容器未分組或分組容量大于網(wǎng)格內(nèi)配變無功缺額時(shí)，須就近選擇其他電容器組以供投切。

取得成效及社會(huì)效益

以10 千伏甲線路為例，線路總長11.5 千米，所接帶配變共計(jì)32 臺(tái)，均已安裝智能融合終端，配變電容器為智能電容器。按照聯(lián)動(dòng)分組劃分原則，綜合考慮線路負(fù)荷大小和供電半徑，從地理位置區(qū)域負(fù)荷分布選擇，共計(jì)劃分為5 個(gè)無功聯(lián)動(dòng)分組，分組供電半徑最大1.95 千米、最小1.21 千米，如圖1 所示。

圖1 10千伏線路地理接線圖

以聯(lián)動(dòng)分組1 為例，乙配變額定容量400 千伏?安，功率因數(shù)小于0.9，且該配變電容器已全部投入仍無法滿足當(dāng)前無功須求，系統(tǒng)觸發(fā)區(qū)域無功聯(lián)動(dòng)調(diào)整策略，通過距離乙配變供電距離最小的3 個(gè)配變自動(dòng)投切電容器分組容量，使乙配變該點(diǎn)的中壓側(cè)無功缺額得到補(bǔ)充，從而減少無功遠(yuǎn)距離傳輸帶來的線路損耗，有效解決部分配變電容器利用率低的問題。在聯(lián)動(dòng)分組1 中，各配變通過無功聯(lián)動(dòng)優(yōu)化調(diào)整前后的數(shù)據(jù)對比如表2、表3、表4 所示。

表2 優(yōu)化前配變信息數(shù)據(jù)表

表3 優(yōu)化后配變信息數(shù)據(jù)表

表4 各配變無功聯(lián)動(dòng)優(yōu)化調(diào)整前后數(shù)據(jù)對比表

通過數(shù)據(jù)對比，該聯(lián)動(dòng)分組某一時(shí)刻無功總?cè)鳖~397.76 千伏?安，平均功率因數(shù)0.91，投入電容器組數(shù)為19 組。通過無功聯(lián)動(dòng)優(yōu)化調(diào)整后，該聯(lián)動(dòng)分組原始數(shù)據(jù)無功總?cè)鳖~317.67 千伏?安，平均功率因數(shù)0.94，新增投入電容器4組，新增補(bǔ)償容量80 千伏?安。

根據(jù)DL/T 686—2018《電力網(wǎng)電能損耗計(jì)算導(dǎo)則》，電容器的介質(zhì)損耗角正切值為0.000 5，無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量取0.08，無功聯(lián)動(dòng)分組內(nèi)新增補(bǔ)償容量80 千伏?安后，節(jié)電量為：

式中：QC為無功補(bǔ)償裝置的額定容量，千伏?安；KQ為無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量，千瓦/千伏?安； tanδ為電容器的介質(zhì)損耗角正切值；T為電容器運(yùn)行時(shí)長，月均投入運(yùn)行10 天，日運(yùn)行6 小時(shí)，T =6×10=60；計(jì)算得到，該聯(lián)動(dòng)分組月節(jié)省電量667.8 千瓦?時(shí)。

甲線路共分5 個(gè)聯(lián)動(dòng)分組，累計(jì)新增投入無功補(bǔ)償裝置460 千伏?安，該線路月可節(jié)省電量2 194 千瓦?時(shí)，按照當(dāng)?shù)禺?dāng)年購電價(jià)0.394 9 元/千瓦?時(shí)計(jì)算，折算月經(jīng)濟(jì)效益866.5 元。

得益于電網(wǎng)傳輸無功功率的大幅度下降，電網(wǎng)輸送有功功率能力提升、輸電線路負(fù)載率下降，臺(tái)區(qū)經(jīng)理對臺(tái)區(qū)運(yùn)行狀況的及時(shí)處理，促使設(shè)備安全運(yùn)行水平顯著提高。以成武縣大田集鎮(zhèn)為例，2023年1—5月全面施行無功補(bǔ)償優(yōu)化管理后，通過紅外測溫儀、局放檢測儀等設(shè)備檢測，大田集鎮(zhèn)變電站、線路及臺(tái)區(qū)共發(fā)現(xiàn)發(fā)熱缺陷10處，同比減少31 處，減少了設(shè)備運(yùn)維的人工和機(jī)械成本，同時(shí)提高了供電可靠性；大田集鎮(zhèn)臺(tái)區(qū)出口低電壓“清零”，同比減少15 個(gè)；短時(shí)低電壓用戶40 戶，同比減少752 戶；因長時(shí)間低電壓產(chǎn)生的工單“清零”，同比減少19件，取得十分顯著的社會(huì)效益。

工作展望

下一步，將探索試點(diǎn)建立“站、線、變、戶”四級電能質(zhì)量監(jiān)測體系，從中、低壓兩個(gè)方面差異化制定監(jiān)測技術(shù)路線，完成臺(tái)區(qū)融合終端、光伏保護(hù)開關(guān)、一二次融合開關(guān)、智能變電站安裝調(diào)試，開發(fā)電能質(zhì)量監(jiān)測微應(yīng)用，依托資源業(yè)務(wù)中臺(tái)開展多元數(shù)據(jù)融合，深化數(shù)字挖掘手段，建立指標(biāo)分析體系，實(shí)現(xiàn)多級數(shù)據(jù)采集和驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)“站—線—變—戶”四級電能質(zhì)量問題的定位和溯源。