10kv配电线路无功优化的设计探讨

摘要：本文通过10 kV配电用户负荷特性等实际情况分析，提出10 kV配电线路应根据不同（分支）线路的功率因数特征进行无功补偿，确定补偿容量和补偿点选取方法以及补偿自动控制和保护的技术原则，对10 kV配电线路并联电容补偿实施结果的经济效益进行了对比分析。本文着重围绕10 kV 配电线路的并联电容补偿问题，结合一些地区配电网的实际情况，依据国家现行的有关技术标准，就补偿电容器容量配置、安装地点选择、自动控制策略等问题进行研讨。

关键词：配电线路无功补偿降损控制

配电网是电力系统中发生电力产销关系的最终环节。由于配电网面广线长，用户无功补偿差异大，如有些10 kV 配电网功率因数最低至0.60，导致配电网损耗增大和线路末端电压降低。为了改善受电端电压质量和降低电网电能损耗，除了采取缩小配电网的供电半径、增大导线线径、 使用低损耗配变等措施以外，在配电线路上和配电变压器低压侧装设并联电容器装置，可取得节能与调压的良好效果。

一、配电线路无功补偿的设计原则

要做好配电线路无功补偿工程设计和运行管理，应首先准确解读相关技术标准与规定。 根据配电线路无功补偿相关技术标准，可以归纳出以下设计规则：

1. 遵照无功电力分层分区就地平衡原则，在10 kV或6 kV配电线路上宜配置高压并联电容器装置，或者在配电变压器低压侧配置低压并联电容器装置。

2. 并联电容器装置的容量不宜过大，一般约为线路配电变压器总容量的30%～40%。

3. 配电线路上装设的并联电容器，在线路最小负荷时不应向变电所倒送无功，因此，必需装设自动投切装置。

二、配电线路并联补偿的配设

1. 配电线路并联电容补偿容量配置选择

遵照无功电力分层分区就地平衡原则，各级电网管理部门结合本地的具体情况，提出功率因数考核指标要求。大多数电网功率因数考核指标为：低谷时段不高于0.97及不低于 0.94，高峰时段不低于0.96，且年度高峰时段合格率不低于95%，低谷时段合格率不低于 85%。为此配电网要求35 ～110 kV 系统功率因数不低于0.95，10 kV 系统功率因数不低于0.90。在变电所主变10 kV侧接入并联电容器组，可使10 kV系统的功率因数达到0.9以上，并通过电压无功综合控制（调节变压器分接和投切并联电容器组）实现峰、谷功率因数考核指标合格率和供电电压偏差合格率双达标。由于集中电容补偿效益比配电线路分散补偿差，因此，分期分批在配电线路装设柱上式并联电容器组，以提高线路负荷的功率因数，降损节能和改善供电电压质量，提升配电系统整体的电压无功调控能力。

2. 电容器组安装位置的确定

对于电容器组容量优化配置和安装地点优化选择，许多专家学者曾进行深入研究，分别对配电线路负荷不同分布方式提出最优的容量配置和安装地点。诸如：

（1）当无功负荷均匀分布时，最佳补偿容量为无功负荷的2/3， 安装地点为距变电所全长 2/3处。

（2）当无功负荷为递增分布时，其最佳补偿容量为无功负荷的80%，安装地点为距变电所全长7/9 处。

（3）当无功负荷为递减分布时，其最佳补偿容量为无功负荷的62.3%，安装地点为距变电所全长4/9 处。

（4）当无功负荷为等腰三角形分布时，其最佳安装地点距变电所全长5/9 处。

然而配电线路的负荷分布大多是随机无规则的，且多分支，接线繁杂，其整体难以套用规范模式进行求解。但在分支路上有类似上述各种分布模式，故可把负荷分布复杂的配电线路看成各种分布类型的组合体，提出电容器组安装地点的基本要求：电容器组宜安装在配电线主干线的 1/2 以上处接且近负荷密集区；当有多组电容器时，宜分散安装在负荷密集的分支线路上。

三、补偿电容器的保护控制

10 kV配电线路补偿分固定补偿和自动补偿两种。线路补偿装置是否正常运行，取决于补偿装置元部件的质量、补偿容量的选择、安装地点的选择和自动控制装置的控制原理是否适用等。而控制原理合理与否直接决定补偿的效果及补偿装置的利用率。

1. 控制原理

（1）时段控制。一般情况下，将1天分为4个时段，即2个投时段，2个切时段。投切动作仅与时段有关，与线路的实时用电参数无关（保护动作除外）。控制策略简单、可靠，主要适用于负荷比较平稳、一般时间分段的线路。

（2）电压控制。设置电压上下限来控制装置投切，通常应附加1个切后再投的电压返回值参与控制。电压上下限的设定可不拘泥于国家标准规定的电压范围，要根据安装地点，不同线路选取。

（3）时间电压控制。该控制原理是前2种控制原理的综合，主要适用于投入时段负荷经常波动的场合。

（4）功率因数控制。设置功率因数上下限及无功返回值对电容器组进行控制，适用线路负荷重的场合，不适宜用在线路经常低载的场合。其主要缺点是线路轻载时功率因数最低， 补偿装置也不宜投入电容器。

（5）电压无功控制。设置电压上下限、无功上下限及电压返回值，对电容器组进行控制。 该方案结构较复杂，程序量比较大。主要适用于负荷变化比较频繁，波动较大的场合。

2. 自动控制装置保护

自动控制装置通常设在开关控制箱内。 结合户外补偿装置的运行特点及环境的特殊性， 自动控制装置应具有基本的保护，以保证补偿装置安全运行。一般设置电容器放电时间保护、 过电压保护、欠压保护、过电流保护、过流速断保护、缺相保护和开关拒动保护。

所以应根据农村用电特点， 除在变电站的10 kV母线进行集中自动补偿外，积极在10 kV线路上进行动态无功补偿，并优先采用遥控和自动投切装置，以实现无功的最优化配置和补偿。

参考文献：

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陆安定. 功率因数与无功补偿 [ M ] . 上海 ： 上海科学普及出版社， 2004 .

程浩忠. 电力系统无功与电压稳定性[ M ] . 北京 ： 中国电力出版社， 2004.

靳龙章. 电网无功补偿实用技术[ M ] . 北京： 中国电力出版社， 1997.

王兆安. 谐波抑制和无功功率补偿[ M ] . 北京： 机械工业出版社， 1999 .

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3燃烧方式对煤种的适应性

煤粉锅炉燃烧方式主要决定于煤质特性，可归结为煤的着火稳定性、燃尽特性和煤灰结渣特性等,也与各制造公司传统及积累的经验有关。煤种与燃烧方式、制粉系统的匹配归纳如下：

•极易着火煤种(着火稳定性指数Rw≥5.59或Vdaf≥37%的褐煤)宜采用切向燃烧或对冲燃烧,采用直吹式制粉系统。

•当入炉煤Mar≥30% 时，从干燥和防爆需要考虑，宜采用抽炉烟干燥的风扇磨煤机直吹式制粉系统，但对于MarlOMJ/的褐煤也可采用中速磨煤机,并采用较高的热风温度(≥380℃)。

•易着火煤种及中等着火煤种,Rw≥4.67或Vdaf≥20%的烟煤,宜采用切向燃烧或对冲燃烧方式，采用直吹式制粉系统。

•难着火煤种中，4.24≤Rw

•难着火煤种中，4.0≤Rw

•极难着火煤种中，Rw

对于难着火的贫煤、无烟煤等煤种，W火焰燃烧方式较为合适。如使用切圆燃烧方式和前后墙对冲燃烧方式，需通过煤粉浓淡分离装置，保证燃烧器着火部得到强辐射对流换热条件，并设计合理的一次风参数（风温，风速，风煤比）来实现贫煤、无烟煤的稳定着火。采取提高燃烧温度和延长燃烧时间、均匀稳定可控的给粉配风技术、选取制粉系统能达到的煤粉经济细度来达到完全燃烧的目的。

4 结论

我国各锅炉制造厂分别引进、消化了世界主要1000MW等级超超临界参数锅炉制造商的技术，并形成具有自身特色的技术流派，基本满足我国幅员广大、不同地域的工程要求。各工程应根据实际情况，综合电网需求、煤质特点、地质条件、主厂房布置等因素，选择技术合理、投资经济的锅炉型式。

塔式锅炉采用切圆燃烧方式，∏型锅炉采用双切圆或对冲燃烧方式。燃烧方式主要由煤种决定。优化燃烧不仅要优化燃烧器性能，还需合理设计炉膛尺寸、各种放热强度值、燃烧器的布置等要素。

参考文献：

[1] 《我国发展超超临界发电机组的技术选型研究――国家863“超超临界燃煤发电技术”课题/子课题1超超临界发电机组技术选型研究技术报告》，课题编制小组编，国家电力公司、中国华能集团 公司，2003年 8月

[2]《东方1000MW超超临机组锅炉设备技术介绍》，东方锅炉（集团）股份有限公司编制，2005年12月11日

[3] 《1000MW超超临界锅炉技术介绍》，上海电站集团/上海锅炉厂有限公司编制，2005年12月11日

[4] 《哈锅百万等级超超临界锅炉技术介绍》，哈尔滨锅炉厂有限责任公司、三菱重工编制，2005年12月

[5] 《B&W公司超临界锅炉技术》，北京巴布科克•威尔科克斯有限公司编制，2005年12月6日

[6] 《烟气净化技术－脱硫•脱硝》，东方锅炉（集团）股份有限公司•环保工程公司编制，2005年4月

[7] 《哈尔滨锅炉厂有限责任公司1000MW超超列界机组锅炉介绍资料》，哈尔滨锅炉厂有限责任公司编制，2005年10月