无功补偿在10kV线路中的应用
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作者: 魏玉锋 薛本山
[摘 要]目前,国内大量应用的10kV配电线路无功补偿装置多数是整组人工投切方式,这类装置只能做到高负荷时投入、低负荷时切除。它们不能随着负荷的变化以及对无功功率的需求及时自动进行相应的调整,更不能实现电压无功补偿综合自动调节。鉴于此,本文对无功补偿在10kV线路中的应用进行了探讨。
[关键词]无功补偿10kV容量
[中图分类号]TM[文献标识码]A[文章编号]1007-9416(2010)03-0130-01
1 前言
我国城乡10kV配电线路广泛采用大树干、多分支的单向辐射型供电方式。这些线路的特点是:负荷率低,负荷季节性波动大,配电变压器的平均负荷率低,供电半径长,无功消耗多,功率因数低线路损耗大,末端电压质量差。由于是人工操作,有可能造成无功功率的欠补和过补。欠补偿会影响电能质量增加损耗,而过补偿即无功倒送会危及系统运行的稳定性和安全性。为防止过补偿通常装设容量较小,从而长期处于欠补状态。因此说整组补偿的精度低。另外,用电负荷经常变动的工矿企业,以及对无功需求不断变化的其它场合,均需要有自动调节装置来实现动态电压控制和无功补偿。在10KV配电线路上进行分散补偿具有投资小,回收快,补偿效率较高,便于管理和维护等优点,能显著改善电力线路的运行性能、降低电能损耗、提高供电网络的电压质量,适合于功率因数较低且负荷较重的长配电线路。
对此,本文对10kV线路无功补偿系统进行了设计。
2 10kV线路无功补偿系统设计
2.1 补偿点及补偿容量的确定
为求出在满足运行约束条件下的最优无功补偿容量及位置,本文以年支出费用最小为目标函数,以潮流方程约束为等式约束,以负荷电压、补偿容量等运行限量为不等式约束。年支出费用包括补偿设备的年运行维护费、投资的回收、补偿电容的有功损耗和补偿后10kV网线损而支付的能损费用。总的有功损耗由两部分组成:(1)因有功电流的流动产生,(2)由无功电流的流动产生。通过在线路上安装补偿电容器,能够减小无功电流,从而减小无功电流的流动引起的有功损耗。对网络中除电源节点外的所有节点实施此算法,按照每个节点补偿最佳容量后降低的有功线损,由大到小排列,即可得候选的补偿节点。此系统利用遗传算法对得到候选的补偿节点来求解补偿节点及补偿容量 ,补偿点只能选在节点处。而这些节点有可能不是最佳补偿点,为此系统提出基于非节点的补偿算法,即利用遗传算法并行寻优的特点,在每个补偿节点的上接和下接支路中,按电线杆的位置,增加相应节点(称为非节点),以节点与非节点的电气距离作为控制变量集,再利用遗传算法求出最佳补偿位置及补偿容量。通过算例分析显示在不增加无功补偿设备费用的前提下,这种“非节点”补偿方式能进一步提高电压水平及降低线损。
2.2 补偿位置确定
无功补偿装置安装地点的选择应符合无功就地平衡的原则,尽可能减少主干线上的无功电流为目标。不同电容器组最佳装设位置的计算公式如下:Li=(2i/2n+1)L式中,L为线路长度,n为电容器组数,Li为第i组电容器的安装位置,i=1……n通过测算,根据实践中经验,一条线路安装一台无功补偿柜一般安装在线路负荷三分之二处。通过合理配置无功补偿容量,选择电容器最佳装设地点,能改善电压质量,还能降低线路损耗。一般地说,配电线路上电力电容器安装组数越多,降损效果越明显,但相应地增加了运行维护的工作量,同时也增加了补偿设备的投资成本上升。因此,一般在负荷分布相对均匀的线路上,安装1组电容器比较好,最多不超过2组。由于杆上安装的并联电容器远离变电所,容易出现保护不易配置、控制成本高、维护工作量大、受安装环境和空间等客观条件限制等工程问题。因此,杆上无功优化补偿必须结合以下实际工程要求来进行:(1)补偿点宜少,一条配电线路上宜采用单点补偿,不宜采用多点补偿;(2)控制方式从简。杆上补偿不设分组投切;(3)补偿容量不宜过大。补偿容量太大将会导致配电线路在轻载时的过电压和过补偿现象;另外杆上空间有限,太多的电容器同杆架设,既不安全,也不利于电容器散热,线路分散补偿电容器组容量应控制在150kv及以下;(4)接线宜简单。最好是每相只采用一台电容器装置,以降低整套补偿设备的故障率;(5)保护方式也要简化。主要采用跌落熔断器和氧化锌避雷器分别作为过流和过电压保护,其熔断器的额定电流按电容器组额定电流的1.43～1.55倍选取;150kvar以上时应采用柱上断路器或负荷开关自动控制。
2.3 无功补偿技术要求
①泄漏比距:≥24mm/kV.②额定电压:10.5kV,最高工作电压:12kV.③接线型式:单星型,中性点不接地.④所有连接:铜排或铜绞线(铜编织线),引出端子铜材.⑤电容器组带自放电电阻:电容器组的剩余电压在5分钟之内由工作电压降至50V以下,10分钟之内放电完毕.⑥箱体:不锈钢.⑦铁构件:镀锌.⑧投切开关:高压真空接触器.⑨线路用电流互感器:LZKW-10型开启式.⑩电容器保护:过流、过流速断、过电压、欠电压、零序、电容器放电时间禁合。测量精度:电压电流±0.5%。控制功能:功率因数控制电容器投切。统计功能:日最高最低电压、电流、功率因数,电容器投切前后运行数据,运行电容器运行时间。远程通信和抄表:RS485接口,实现当前运行数据下载、整定值下载修改上传、遥控投切、统计记录下载.本期采用近距离射频无线通讯方式。数据管理软件:具有较完善的设备管理和通讯、分析、打印功能.包括:运行数据下载:线路电压、线路电流、线路无功、线路功率因数、三相电容器电流、电容器累计动作次数、电容器投入时间、系统时间;整定值或运行参数下载上传;遥控投切;电容器投切前后运行数据下载;日最高最低电压、电流、功率因数数值及出现时间下载.
2.4 管理与维护
无功补偿装置安装后,需要使用笔记本电脑进行现场在线动态管理,调出历史资料,查看装置是否按照设置方式和参数进行自动投切。还要从变电站观察补偿装置投、切时线路上功率因数和电流是否发生了变化,达到预期的效果。如不理想,应该分析原因,调整设置参数,甚至调整定补和自补容量。是为了做好无功管理工作的保障,必须编写详细,责任明确,达到闭环管理。要从补偿装置计划提出开始,到对设备的技术要求、选型定货、验收试验、安装施工、运行管理、维护检修、拆迁移位等每个环节都要落实到相关部门,责任到人。 (1)无功补偿装置的运行情况可以从调度自动化月报表中或变电站运行月报表中反映出来。(2)无功补偿装置是重要电气设备之一,应该结合线路运行每月检查一次。(3)使用红外线测温仪测量电容器外壳温度(特别是在夏季),并做好测量记录。(4)补偿装置主机套管、电容器套管、绝缘子、跌落式熔断器、避雷器及支架等,应结合每年春防、秋防停电时进行清扫检查。
3 结语
总之,我国配网尤其是农村电网节能潜力很大。合理配置电容器,使之智能化、免维护是这一领域的技术关键。配电线路安装线路无功补偿装置是一种安装简单、见效快、效果显著的降损节能的好方法,技术先进、经济效益明显。值得推广应用。
[参考文献]
[1] 苑舜.配电网无功优化及无功补偿装置[M].北京:中国电力出版社,2006.
[2] 刘介才.实用供配电技术手册[M].北京:中国水利水电出版社,2006.
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