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10kV快拆快裝無功補償設(shè)備多控制策略技術(shù)研究及應(yīng)用
姚建1，陳思均2 ，周東濤1，王磊2 ，梁仕斌2，杜迎虎3 ，張大帥3 ，吳耀輝3
(1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司西雙版納供電局 ，云南西雙版納666100; 2.云南電力試驗研究院(集團）有限公司 ，昆明650000; 3.西安森寶電氣工程有限公司 ，西安710119)
摘 要：本文提出一種系統(tǒng)化改善10kV線路無功電壓質(zhì)量方法，通過后臺系統(tǒng)監(jiān)控軟件與快拆快 裝無功補償設(shè)備協(xié)調(diào)配合 ，系統(tǒng)實時監(jiān)控，統(tǒng)籌分析管理，補償設(shè)備自適應(yīng)調(diào)整控制策略或快速改 變補償位置，“軟硬結(jié)合”方法補償無功，實現(xiàn)10 kV線路電壓無功最優(yōu)補償目標(biāo)。通過西雙版納供 電局配電網(wǎng)所轄10 kV勐臘線工程實例應(yīng)用證明該方法在提高線路功率因數(shù)、節(jié)能降損、改善電能 質(zhì)量方面具有可行性及高效性。關(guān)鍵詞：10 kV線路 ；無功補償；控制策略；快拆快裝；電能質(zhì)量
0 引言 西雙版納地區(qū)山區(qū)多 ，配電網(wǎng)10kV線路簡單，供電半徑長，多以種植經(jīng)濟作物的農(nóng)網(wǎng)負荷為主，負荷隨季節(jié)變化特性明顯。因此，造成10kV線路無功補償需求量變化 ，無功電壓問題較為突出 。同時存在10kV線路無功補償設(shè)備重負荷期補償量不夠，輕負荷期利用率低 ，補償點選擇不合理等問題 。本文就10kV勐臘線負荷規(guī)劃情況，并結(jié)合目前線路無功電壓情況 ，以該線路無功最優(yōu)補償為目標(biāo) ，提出一種后臺系統(tǒng)監(jiān)控軟件與快拆快裝無功補償設(shè)備協(xié)調(diào)配合的系統(tǒng)化無功補償方法來解決該線路目前存在的問題。中壓快拆快裝無功補償設(shè)備不僅能夠自適應(yīng)調(diào)整控制策略迅速補償安裝點的無功缺額 ，而且還可以根據(jù)后臺系統(tǒng)實時監(jiān)控 ，統(tǒng)籌分析管理中壓快拆快裝無功補償設(shè)備，根據(jù)分析結(jié)果提出中壓快拆快裝無功補償設(shè)備安裝點的最優(yōu)位置 ，通過設(shè)備帶電情況下快速拆裝優(yōu)勢改變補償點位置 ，提高設(shè)備的利用效率，實現(xiàn)線路電壓無功最優(yōu)補償目標(biāo) 。
1 10kV線路無功補償技術(shù) 10kV線路無功補償原則：自下而上 ，就地補償。10kV線路無功補償主要為多點分散地補償。多點分散補償是將補償電容器組分組分散裝設(shè)在 10kV配電線路上不同位置，實現(xiàn)10kV線路就地補償。通過該方式提供的無功功率不用再由變電站及上級線路輸送，使主變變壓器和上級線路損耗相應(yīng)地減少。該補償方式的效果較為明顯，特別是針對沿線用電負荷點較多，分散及供電半徑大的10kV線路補償效率最為顯著。其主要作用是:實現(xiàn)無功負荷的就地平衡，減少無功功率的流動，提高10kV中壓線路平均功率因數(shù)，降低線損。本文以10kV線路電壓無功最優(yōu)補償為目標(biāo) ，利用中壓10kV快拆快裝無功補償設(shè)備及其配套后 臺系統(tǒng)監(jiān)控軟件協(xié)調(diào)配合，系統(tǒng)化補償10 kV線路 無功，如圖1所示。
圖1 多點分散補償示意圖
10kV線路無功補償原則是:后臺系統(tǒng)軟件監(jiān)控 ，統(tǒng)籌管理為主，10kV快拆快裝無功補償設(shè)備無功自動補償為輔。后臺系統(tǒng)軟件實時監(jiān)測10kV線路運行狀況，在線分析線路潮流，提出系統(tǒng)化最優(yōu)無功補償方案。第一，調(diào)整10kV線路上快拆快裝無功補償控制策略，實現(xiàn)整條線路無功最優(yōu)補償。第二，根據(jù)10kV線路運行特點及無功需求變化情況，在不影響10kV線路正常供電的情況下，帶電作業(yè)快速拆裝改變10kV快拆快裝無功補償設(shè)備補償 位置實現(xiàn)整條線路無功補償點最優(yōu)。
2 無功補償控制策略 中壓10 kV快拆快裝無功補償設(shè)備補償控制策略主要包括： 1)基于經(jīng)典的“九區(qū)圖法”電壓無功控制策略 2)基于經(jīng)典的“九區(qū)圖法”電壓功率因數(shù)控制 策略 。3)基于10kV線路電壓合格率的“三區(qū)圖法”電壓控制策略。 4)基于負荷周期性變化特性的時間控制策略 。后臺系統(tǒng)軟件通過監(jiān)測數(shù)據(jù)潮流分析 ，系統(tǒng)化管理10kV線路快拆快裝無功補償設(shè)備，以10 kV線路無功最優(yōu)補償為目標(biāo)遠程調(diào)整不同補償點快拆快裝無功補償設(shè)備補償控制策略 。
2.1 基于經(jīng)典的“九區(qū)圖法”電壓無功控制策略 “九區(qū)圖法”電壓無功控制策略是按照定值設(shè)置電壓和無功上下限將電壓一無功平面劃分為9個區(qū)域 ，如圖2所示。
圖2 “九區(qū)圖法”電壓無功控制策略原理圖
圖中:U為中壓10kv快拆快裝無功補償設(shè)備安裝點電壓 ；Q為快拆快裝無功補償設(shè)備安裝點無功功率；Q投入越下限為快拆快裝無功補償設(shè)備安裝點無功欠補；Q切除越上限為無功補償設(shè)備安裝點無功過補。
鑒于后臺系統(tǒng)軟件以10 kv線路無功最優(yōu)補償為目標(biāo)系統(tǒng)化管理快拆快裝無功補償設(shè)備，該電壓無功控制策略以電壓合格目標(biāo)優(yōu)先為原則 ，其基本 控制策略如下：1)4區(qū) 、5區(qū)、6區(qū)、7區(qū)投人電容器。2)]區(qū)、2 K 、3區(qū)、8區(qū)切除電容器。3)9區(qū)保持現(xiàn)狀 ，不動作。
2.2 基于經(jīng)典的“九區(qū)圖法”電壓功率因數(shù)控制策略 “九區(qū)圖法”電壓功率因數(shù)控制策略與“九區(qū)圖法”電壓無功控制策略原理一樣，如圖3所示 。
圖3 “九區(qū)圖法”電壓功率因數(shù)控制策略原理圖
鑒于后臺系統(tǒng)軟件以10kV線路無功最優(yōu)補償 為目標(biāo)系統(tǒng)化管理10kV線路中壓10kV快拆快裝無功補償設(shè)備 ，該電壓功率因數(shù)控制策略以電壓合格目標(biāo)優(yōu)先為原則，其基本控制策略如下：1）4區(qū)、5區(qū) 、6區(qū)、7區(qū)投人電容器。2）1區(qū) 、2區(qū)、3區(qū)、8區(qū)切除電容器。3）9區(qū)保持現(xiàn)狀 ，不動作。
2.3 基于10 kV線路電壓合格率的“三區(qū)圖法”電壓 控制策略 “三區(qū)圖法”電壓控制策略是不考慮線路無功因素簡化的“九區(qū)圖法”電壓無功控制策略 ，如圖4所示。
圖4 “三區(qū)圖法”電壓控制策略原理圖 鑒于后臺系統(tǒng)軟件以10kV線路無功最優(yōu)補償 為目標(biāo)系統(tǒng)化管理10kV線路中壓10kV快拆快裝無功補償設(shè)備，該電壓控制策略基本控制策略如下： 1）3區(qū)投入電容器 。
2）1區(qū)切除電容器 。
3）2區(qū)保持現(xiàn)狀，不動作 。
2.4 基于負荷周期性變化特性的時間控制策略 時間控制策略是一種特殊的無功控制策略 ，根據(jù)10kV線路負荷周期性變化特點設(shè)置無功補償設(shè)備投人一切除時間點，根據(jù)設(shè)定時間定值定時投切無功補償設(shè)備 ，如圖5所示 。
圖5 時間控制策略原理圖
在后臺系統(tǒng)軟件監(jiān)控掌握10kV線路運行大數(shù) 據(jù)情況下，分析判斷10kV線路負荷周期性變化情況 ，確定補償設(shè)備投人一切除時間點 。該控制策略主要針對用戶負荷穩(wěn)定周期性變化而設(shè)定。
3 中壓10 kV快拆快裝無功補償設(shè)備 中壓10kV快拆快裝無功補償設(shè)備主要包含開關(guān)電源單元 、電容器單元 、控制單元、電流采樣單元和其他附件五部分 ，如圖6所示 。其結(jié)構(gòu)特點：質(zhì)量輕、體積小 ，且為分體式結(jié)構(gòu) ，能夠滿足帶電作業(yè)快速拆裝、10 kV線路無功補償設(shè)備單桿安裝空間小 、裝位置靈活 、施工費用低等要求。
圖6 中壓無功補償裝置安裝示意圖及現(xiàn)場運行照片
4.1 線路概況 10kV勐臘線線路全長69.43 km ，主干線長42.64 km，主干線型號LGJ-120、LGJ-95 及 LGJ-70。線路配變總?cè)萘?span>6885 kVA，其中專變35臺，共 5 830 kVA；專變20臺，共1055 kVA。變電站出口電壓10.5 kV，線路最大電流93 A,平均功率因數(shù)0.8。
4.2 仿真分析 根據(jù)該線路10kV單線圖搭建潮流分析模 型 ，并根據(jù)線路重負荷期運行情況設(shè)定電氣參數(shù)，原始線路潮流分析結(jié)果如圖7所示 。
以提高整條10kV線路平均功率因數(shù)為目標(biāo)確定中壓無功補償設(shè)備補償點及其補償容量 ，10kV勐臘線線路用電負荷的最大負荷平均有功功率為P，補償前的功率因數(shù)為cosφ1
式中：P為設(shè)備安裝點后線路最大平均有功功率 ；cosφ1為補償前功率因數(shù) ；cosφ2為補償后功率因數(shù)；Qc認為安裝點中壓無功補償設(shè)備補償容量 。
在工程實踐中 ，無功補償要求需要將cosφ1提高到cosφ2左右，補償容量為計算值取整即可 。
經(jīng)過理論及仿真分析并通過現(xiàn)場調(diào)研
圖7 原始路線潮流仿真結(jié)果圖
圖8 無功補償設(shè)備投運后，線路潮流仿真結(jié)果圖
4.3 工程應(yīng)用及效果分析
在該線路上實施中壓快拆快裝無功補償方案 后
表1
10kV勐臘線各節(jié)點功率因數(shù)前后對比
由表1可知
表2 控制策略調(diào)整后10kV勐臘線各節(jié)點功率因數(shù)前后對比
由表2可知
5. 結(jié)束語
10kV勐臘線的中壓10kV無功補償設(shè)備工程應(yīng)用案例表明：后臺系統(tǒng)軟件不僅能夠?qū)崟r監(jiān)控線路運行情況變化 |
