无功动态补偿装置在10kV配电线路中的运用

摘要:无功动态补偿装置应满足农网10kV配电线路补偿电容,适应无功负荷的变化而达到比较理想的补偿效果,从而降低线路损耗,增加经济效益。

关键词:无功动态补偿容量效益分析

一、我县10kV配电网现状

近年由于负荷的持续增长,无功需量也在逐年增加,农网无功补偿容量严重不足,能够根据无功需求进行自动补偿的无功容量更是甚少。我县10kV线路装设集中补偿电容总容量为40487千乏,占配变总报装容量的5.3%,可投运率100%;10kV配变低压侧装有电容补偿容量55771千乏,占配变总容量的7.3%,可投运率98%;低压用户侧就地随器补偿电容较少。

由于近年来我县经济的持续发展,三相异步电动机或潜水泵大量投入配网运行,用电负荷以及无功需量迅速增长,农网电压调控能力和电压质量水平难以满足当地农村经济发展的需要,供用电矛盾很突出。

二、无功补偿的概念

我们知道电力系统中大多数用电设备均是根据电磁感应原理来工作的,如变压器、电动机等,它们都是依靠建立交变磁场来进行能量的转换或传递。所以这些设备除了吸收有功电流(功率)外,还要吸收一定的无功电流(功率),用以建立交变磁场进行能量转换和传递。一般而言,用电设备的无功电流是感性的,我们称之为感性无功功率,定为无功负荷。而为用电设备提供无功功率的除了发电厂发电机、调相机外,再就是我们常见的并联电容器,我们称之为容性无功功率,定为无功电源。而感性无功功率和容性无功功率在相位上正好相反,如果它们并联一起接在电网上,则这种无功的交换可以在容性功率和感性功率之间进行,不用通过发电机和调相机发出的无功来实现交换,这就是我们通常概念中的无功补偿。

在理想情况下各级系统设备所需的无功要求就地发出、就地消耗,这样就不会在输、配电线路上形成无功功率的远距离传输。无功功率的远距离传输一是会占用电力系统资源造成输、变、配电设备供电能力的下降;二是会造成线路末端电压的大幅下降;三是会在线路上增加有功功率和电能的损耗。因此我们在进行无功补偿规划设计时遵循的基本原则是:分电压等级分区域补偿,就地平衡。并满足“总体平衡与局部平衡相结合;供电部门补偿与用户补偿相结合;集中补偿与分散补偿相结合,以分散补偿为主;降损与调压相结合,以降损为主”的要求。

三、10kV线路无功补偿实例

我们现以1条10kV农排线路为例,分别从线路现状、线路分析、设备选型,节能分析等方面来说明一下补偿效果:该条10kV线路平均负荷为1270千瓦,最高负荷2600千瓦,最低负荷300千瓦,该线路的自然功率因数cosφ1为0.75,线路上装设的固定电容器补偿容量为180千乏。

柏变511线路是我公司柏各庄35kV变电站出线的一条10kV配电线路,柏各庄供电所管辖。该线路全长33.93公里,线路供电半径9.4公里,主干线路导线为LGJ-70,其余为LGJ-50、LGJ-35,其中以LGJ-35居多。主要以柏各庄范围内农业排灌、大米加工、蔬菜冷储用电和居民生活用电为主,夏秋季负荷较重,且昼夜及农灌期间负荷变化大,虽经更换导线增加导线截面,安装分散式固定无功补偿,线损率有了一些降低,但线损的绝对值仍很大,2006年底该条线路的线损率为10.56%。

为了进一步降低线损,提高供电质量,公司采用了DWK-12户外高压无功自动补偿装置。

DWK-12户外高压无功自动补偿装置用在10kv线路上,是无功分散补偿的一种,由于采用了编码自动投切的方式,可以根据负荷的变化自动投切电容器,将线路的无功潮流降到较小的程度,经过分析计算,将其安装在适当位置,可使线路损耗明显降低,用较少的投资,收到可观的经济效益。安装该装置后,线路末端电压有所提高。是一般固定无功补偿不可替代的产品。

1、主要特点:

⑴根据线路无功变化自动检测、分析计算、控制电容器的投切,当系统停电后再次送电设备自动检测并进入控制状态;

⑵采用电压无功综合控制,比功率因数控制更科学更准确(有些线路无功很小但功率因数却很低,如果采用功率因数控制就会投电容器造成过补,也可能出现末端电压“翘辫子”或电网谐振等危害)。

⑶ 率先在国内实现了分级、多级编码投切,使得高压线路的无功补偿更为精确;

⑷可通过无线通讯模块、GPRS和CDMA等通讯方式实现近程控制或遥测遥调(便于运行管理和数据采集)。

2、结构和工作原理

装置结构及原理框图如下图。主要由电容器、控制器、真空接触器、电压互感器和电流互感器、滤波装置、户外跌落式熔断器六部分组成。控制器根据电压互感器和电流互感器的实时数据进行处理和判断,控制电容器的投切。真空接触器接收和执行来自控制器的指令,完成电容器的投切动作。户外跌落式熔断器对装置进行短路保护,一旦装置有短路故障,跌落式熔断器立刻跳开,防止对装置和线路造成损害。

为了切实了解DWK-12户外高压无功自动补偿装置的功能和使用方法,我们同西安森宝电气工程有限公司的技术人员进行了技术交流,并针对柏变511线路的实际负荷情况制定技术方案,同时现场实际勘察,针对此线路较长,分支负荷较大,负载的自然功率因数较低的情况,确定采用两点集中补偿,补偿位置1为主干线40#杆,位置2为荣各庄分支30#杆前端。

2007年6月8日,在西安森宝电气工程有限公司技术人员的指导下,柏变511线路DWK-12进行了安装调试,调试后即投入运行。

设备投运后,从变电站到线路出口的功率因数明显提高,由 0.75提高到 0.95、线路末端电压升高了300V、线路无功下降了600kvar(该数据为投运时现场读得),经过半年的试运行,设备运行正常,确实达到了减少线损,提高供电质量的设计目的。

四、无功补偿量计算

为了准确计算出DWK-12的节能效果,对柏变511线的线路损耗进行了统计计算,计算结果如下:

1、线路概况:柏变511线路总长约为33.93km,线路很长;负荷性质为农业灌溉,春、夏、秋三季灌溉用电较多,由此可知,此条线路负荷季节性较强,在灌溉季节无功缺额会最多。此条线路目前有3台固定电容器,容量共180kvar。其中6月-10月:白天功率因数0.92,夜里过补-0.75;其他月份固定补偿手动切除三组,功率因数在0.90以下。

2、线路基本参数

⑴.柏变511线配变安装容量11600KVA

⑵.平均负荷率32%

⑶.自然功率因数0.75

⑷.导线型号均为LGJ-120 杆距80m

⑸.线路出口电压10.4KV

⑹.设备安装后段配变容量8160KVA

3、在40号杆安装DWK-12,补后功率因数0.95,补偿容量550(静补100+动补150+动补300)千乏,由于采用两级动补,补偿容量共分100、250、400、550四级,位置2补偿容量为200(动补50+动补150)kvar。基本实现了缺多少无功补多少无功,较好的解决了线路负荷变化对无功的需求。

4、节能效益分析

我们知道线损和电流的平方成正比。输电线上的电流越大,线路损失就越大,如果我们在不改变电网输送能力的前提下,提高电网的功率因数,就能够有效的减小输电线上的无功电流,也就能有效减小线损。如果安装点功率因数从cosφ1提升到cosφ2 ,安装点补偿后的电压U2将稍大于补偿前电压U1,为分析问题方便,可认为U2≈U1=U,则当线路上的电流减少为I`。

在方案设计和配置时,应充分考虑负荷的变化和分布,一方面首先要做好用户低压侧就地集中补偿,在此基础上再采用多点、多级的高压无功补偿装置,即按线路的无功负荷分布,设置2个或3个以上的高压补偿点,补偿装置采用单级容量较小、步长最短,2级以上的高压无功补偿装置为好。或者通过采用调整电容器受电电压的方式来调整补偿容量(Q=2πfCU2) 。

五、总结

总之,电压质量管理工作的技术管理是一项长期、系统、细致、专业性较强的工作,需要各部门的密切配合和用户的支持配合。通过对该套电容动补装置的试用,我们在装置的选用、配置、安装、调试以及维护方面总结了一些经验,要求厂家进行了改进,并将逐步推广使用,这对于提高10KV配电线路功率因数,降低线路损耗将发挥重要作用。

参考文献:

[1赵全乐. 线损管理手册 中国电力, 2007.

[2]王孔良. 用电管理. 中国电力, 2007