无功补偿装置在10kV配电网的应用

周胜峰

电力系统中的无功功率是一个实时动态系统，供用平衡。我局的10kV配电线路所带的负荷季节性很强，在农业生产排灌期感性负载大。经常出现无功不足，功率因数下降，导致电网电网输送的无功电流加大，线损增加、系统电压降低、负载设备出力下降，一尺来维持能量转换的守衡。为使电网中的无功电流最小，最好的办法是在电网中无功负荷存在的各个环节配置无功电源。从而减少电网中的无功电流，减少网损，提高设备效率。无功功率的平衡应按照“全面规划、合理布局、分级补偿”的原则进行，采用集中与分散相结合，以分散补偿为主，调压与降损相结合，以降损为主。为此，我局在农业生产用电设备的投运前要求用户加装无功补偿装置，同事我局也根据负荷的变化进行无功装置的投切，取得了较好的效果。

1 我县农网无功平衡现状分析

庆安县电网子1998以来进行了系列改造、农网升级工程、技改项目等电力建设。土地整理、水利工程建设、农民自建提水线路等。通过使用JP柜或无功补偿箱和自动补偿柜等方式，基本解决了0.4kV层面的变压器随器补偿，通过安装10kV线路无功补偿电容器，基本解决了10kV层面的线路补偿。这两个层面的武功不补偿设备的设置，是按照“分级、就地”的原则，单点补偿容量小，一般在实际千乏到几百千乏之间。我局在农网中无功潮流最集中地环节是60kV变电站。我局共有60kV变电站12座，主变容量142100kVA/17台。平均单台容量在6300kVA以上，大负荷时，全部主变负荷率达到100%以上，可见我局负荷的特殊性，故主变本身就是个容量很大的感性负载，小号的无功公率相应较大。另外。10kV层面的配电线路分散补偿不能完全平衡掉线路上的无功需求，每个60kV变电站都有几条出线，0.4kV的感性负载的增加，这些无功需求叠加在一起集中到变电站10kV母线侧，数值可达几千千乏。无功功率的增加，大大的增加了线路的损耗，电压降曾大，导致用电设备出力不足，严重的导致设备烧毁。

2 60kV变电站的集中无功补偿装置分析

我局对60kV变电10kV母线侧的集中无功补偿都是按照20～30%的集中补偿装置，然而，这些集中补偿装置均是固定容量不分组或简单分为两组，这也是问题所在。这几千千乏的集中补偿设备，均是手动投切的，要么不投切，要么投上一组就是一半或是全部无功容量。根据我局的季节性负荷的特点，我们在平安变电所安装了一套“有级调压式动态无功补偿系统”器工作原理是采用特种自耦调压变压器与又在分接开关配合，实现若干档自动调压，从而调节输出的无功功率。此装置在我局的应用过程中，效果相对固定模式的补偿电容器组，补偿的效果要好，建议采纳此种形式。但是这种模式不是真正的动态跟踪补偿模式。

在当前广泛采用的补偿模式下，补偿设备在实际运行中经常工作在下面几种状态：比如城东变单组装置2000kVar，在某一个时间段需要补充1000KVarde无功。可供选择的方案只有两种，其一，不投入补偿设备，欠补运行，导致无功负荷需穿越主变到60kV线路，并向上到上级变电站。导致主变输出能力减小、运行效率低、损耗增加，线路线损增加、上级变电站无功负荷增加；其二，投入补偿设备，则过补运行，致使无功过剩，向上一级返送，使主变二次电压升高、系统设备绝缘寿命降低，主变输出能力降低，运行效率降低，主变、线路损耗降低。

由此可见，上述补偿模式是最适合大型工厂、企业变电集中补偿的方式。大型工厂、企业的负荷特点是稳定、变化率小，所以很适合采用此种方式。然而我局60kV变电站的负荷性质，恰恰相反，具有不稳定、变化率大的特点。上述不分组或简单分组型式补偿装置，存在不能跟随无功潮流变化而变化补偿容量的问题。即便是前述“有级调压式动态无功补偿系统”调节范围仅为补偿电容器容量的36～100%

进年来，随着大功率电力可控硅技术的发展和完善，电力科技领域出现了一种真正意义上的动态跟踪补偿装置——变电站动态无功自动补偿装置，使解决随负荷变化进行合理动态无功补偿成为现实。

3 变电站动态无功自动补偿装置

此装置采用一种全新的技术理念，根据结构原理的不同，动态跟踪补偿（SVC）技术又分为：自饱和电抗型、晶闸管相控电抗器型、晶闸管投切电容器型、高阻抗变压器型和励磁控制的电抗器型等。它突破了用断路器、真空接触器等开关分组投切电容器的传统方式。压控调容智能无功补偿装置，利用电容器在无功补偿中的容性无功和器端电压的平方成正比的原理，通过调节电容器的电压来改变电容器发出的无功出力，从而达到精细补偿无功的目的。由于不采用机械投切方式，故不会产生因投切引起的充、放点涌流及过电压等问题。从而减少了对电网和电容器的冲击，延长了电容器的使用寿命。

其特点是：①实时跟踪、动态补偿，是功率因数达到95%以上；采用了电力可控硅，利用串联技术投切电容器组，实现零投切，无冲击、无涌流、无操作过电压，大大提高了设备的使用寿命。②改善电压质量，稳定系统电压，抑制电压闪变；降低线损，高效节能，提高电器设备运行效率，增加变压器的出力及效率。③控制器实现智能化、数字化，显示清晰、操作简单并且具有良好的通信接口。④保护齐全。具有多重保护性，可与综合自动化实现联合保护。此装置有多重容量的产品可供选择。可应用新建变电站，并可通过增加调压、控制系统的方式，对现有的设备进行升级改造。将原有集成TBB不补偿装置升级成自动补偿装置。和好的解决变电站存在的補偿不细、投切产生的过电压和涌流等问题。

4 改造存在的问题和解决的办法

推广应用此项新技术装置，目前主要存在以下问题：一是资金不足。目前此类装置价格较高，一般电容器补偿装置每千乏约一百多元或更少。而变电站动态无功补偿装置市场价约为每千乏二百多元左右。如10000KVAx2的变电站补偿率按20%计算需要补4000kVar，包括后台控制在内全部新建约需要资金80万元左右。二是保护控制。一种情况是采用厂家独立控制屏单独控制，能够实现本站范围内科学合理运行。但它一般均未纳入本站综合自动控制。另一种情况是与变电站的综合自动化装置融洽结合，这要求现有的综自装置要与之结合，需要综自装置做一定的后续软件衔接。

5 改造方案和效益分析

对现有的变电站补偿设备进行改造升级，不用更换原电容器组，之需要增加相应调压设备和控制屏，每个站需要的资金就大幅减少了。主要采用在原有电容器的基础上，增加相应的调压控制装置，有如下两种方案：一是采用可控硅调压型的动态无功自动补偿装置，可真正实现动态0～100%调节范围的补偿。此方案投资相对多一点但是可靠。目前匹配3000kVar约需要资金50万元左右。二是采用带有载分接开关的自耦调压变压器控制装置，实现动态分若干档调压的补偿装置，匹配3000kVar约需要资金25万元左右。以一座10000KVAx2变电站改造安装此装置为例，若10kV侧功率因数由0.92提高到0.96，主变按平均0.65负荷系数计算：2×10000×（0.96-0.92）×365×24×0.65=4555200kWh。每年可多供电量4555200kWh，按0.10元/kWh利润计算，年可增收约为45.55万元，主变本身因功率因数提高也可以减少损耗，还可以保证电压质量。我局12座变电站，若均改造为动态无功补偿模式，每年经济效益可达几百万元，效益十分可观。

农网无功平衡工作，需要认真务实地搞好调查研究，坚持从实践中来到实践中去。以农村电网更科学、更安全、更经济委目标，降低电网损耗，提高电压质量、提高经济效益。做好无功平衡工作就等于减少了能源的损耗，提高了企业效益、增加了社会效益。