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10kV快拆快装无功补偿设备多控制策略技术研究及应用

姚建1,陈思均2,周东涛1,王磊2,梁仕斌2,杜迎虎3,张大帅3,吴耀辉3

(1.云南电网有限责任公司西双版纳供电局,云南西双版纳666100; 2.云南电力试验研究院(集团)有限公司,昆明650000; 3.西安森宝电气工程有限公司,西安710119)


  要:本文提出一种系统化改善10kV线路无功电压质量方法,通过后台系统监控软件与快拆快 装无功补偿设备协调配合,系统实时监控,统筹分析管理,补偿设备自适应调整控制策略或快速改 变补偿位置,“软硬结合”方法补偿无功,实现10 kV线路电压无功最优补偿目标。通过西双版纳供 电局配电网所辖10 kV勐腊线工程实例应用证明该方法在提高线路功率因数、节能降损、改善电能 质量方面具有可行性及高效性。

关键词:10 kV线路;无功补偿;控制策略;快拆快装;电能质量


0 引言

西双版纳地区山区多,配电网10kV线路简单,供电半径长,多以种植经济作物的农网负荷为主,负荷随季节变化特性明显。因此,造成10kV线路无功补偿需求量变化,无功电压问题较为突出。同时存在10kV线路无功补偿设备重负荷期补偿量不够,轻负荷期利用率低,补偿点选择不合理等问题。本文就10kV勐腊线负荷规划情况,并结合目前线路无功电压情况,以该线路无功最优补偿为目标,提出一种后台系统监控软件与快拆快装无功补偿设备协调配合的系统化无功补偿方法来解决该线路目前存在的问题。中压快拆快装无功补偿设备不仅能够自适应调整控制策略迅速补偿安装点的无功缺额,而且还可以根据后台系统实时监控,统筹分析管理中压快拆快装无功补偿设备,根据分析结果提出中压快拆快装无功补偿设备安装点的最优位置,通过设备带电情况下快速拆装优势改变补偿点位置,提高设备的利用效率,实现线路电压无功最优补偿目标。


1 10kV线路无功补偿技术

10kV线路无功补偿原则:自下而上,就地补偿。10kV线路无功补偿主要为多点分散地补偿。多点分散补偿是将补偿电容器组分组分散装设在 10kV配电线路上不同位置,实现10kV线路就地补偿。通过该方式提供的无功功率不用再由变电站及上级线路输送,使主变变压器和上级线路损耗相应地减少。该补偿方式的效果较为明显,特别是针对沿线用电负荷点较多,分散及供电半径大的10kV线路补偿效率最为显著。其主要作用是:实现无功负荷的就地平衡,减少无功功率的流动,提高10kV中压线路平均功率因数,降低线损。

本文以10kV线路电压无功最优补偿为目标,利用中压10kV快拆快装无功补偿设备及其配套后 台系统监控软件协调配合,系统化补偿10 kV线路 无功,如图1所示。


多点分散补偿示意图


10kV线路无功补偿原则是:后台系统软件监控,统筹管理为主,10kV快拆快装无功补偿设备无功自动补偿为辅。后台系统软件实时监测10kV线路运行状况,在线分析线路潮流,提出系统化最优无功补偿方案。第一,调整10kV线路上快拆快装无功补偿控制策略,实现整条线路无功最优补偿。第二,根据10kV线路运行特点及无功需求变化情况,在不影响10kV线路正常供电的情况下,带电作业快速拆装改变10kV快拆快装无功补偿设备补偿 位置实现整条线路无功补偿点最优。


无功补偿控制策略

中压10 kV快拆快装无功补偿设备补偿控制策略主要包括:

1)基于经典的“九区图法”电压无功控制策略

2)基于经典的“九区图法”电压功率因数控制 策略。

3)基于10kV线路电压合格率的“三区图法”电压控制策略。

4)基于负荷周期性变化特性的时间控制策略。

后台系统软件通过监测数据潮流分析,系统化

管理10kV线路快拆快装无功补偿设备,以10 kV线路无功最优补偿为目标远程调整不同补偿点快拆快装无功补偿设备补偿控制策略。


2.1 基于经典的“九区图法”电压无功控制策略

“九区图法”电压无功控制策略是按照定值设置电压和无功上下限将电压一无功平面划分为9个区域,如图2所示。


2  “九区图法”电压无功控制策略原理图


图中:U为中压10kv快拆快装无功补偿设备安装点电压;Q为快拆快装无功补偿设备安装点无功功率;Q投入越下限为快拆快装无功补偿设备安装点无功欠补;Q切除越上限为无功补偿设备安装点无功过补。

鉴于后台系统软件以10 kv线路无功最优补偿为目标系统化管理快拆快装无功补偿设备,该电压无功控制策略以电压合格目标优先为原则,其基本 控制策略如下:

1)4区、5区、6区、7区投人电容器。

2)]区、2 K3区、8区切除电容器。

3)9区保持现状,不动作。


2.2 基于经典的“九区图法”电压功率因数控制策略

“九区图法”电压功率因数控制策略与“九区图法”电压无功控制策略原理一样,如图3所示。


3  “九区图法”电压功率因数控制策略原理图


鉴于后台系统软件以10kV线路无功最优补偿 为目标系统化管理10kV线路中压10kV快拆快装无功补偿设备,该电压功率因数控制策略以电压合格目标优先为原则,其基本控制策略如下:

1)4区、5区、6区、7区投人电容器。

2)1区、2区、3区、8区切除电容器。

3)9区保持现状,不动作。


2.3 基于10 kV线路电压合格率的“三区图法”电压 控制策略

“三区图法”电压控制策略是不考虑线路无功因素简化的“九区图法”电压无功控制策略,如图4所示。


4  “三区图法”电压控制策略原理图

鉴于后台系统软件以10kV线路无功最优补偿 为目标系统化管理10kV线路中压10kV快拆快装无功补偿设备,该电压控制策略基本控制策略如下:

1)3区投入电容器。

2)1区切除电容器。

3)2区保持现状,不动作。


2.4 基于负荷周期性变化特性的时间控制策略

时间控制策略是一种特殊的无功控制策略,根据10kV线路负荷周期性变化特点设置无功补偿设备投人一切除时间点,根据设定时间定值定时投切无功补偿设备,如图5所示。

时间控制策略原理图


在后台系统软件监控掌握10kV线路运行大数 据情况下,分析判断10kV线路负荷周期性变化情况,确定补偿设备投人一切除时间点。该控制策略主要针对用户负荷稳定周期性变化而设定。


3 中压10 kV快拆快装无功补偿设备

中压10kV快拆快装无功补偿设备主要包含开关电源单元、电容器单元、控制单元、电流采样单元和其他附件五部分,如图6所示。其结构特点:质量轻、体积小,且为分体式结构,能够满足带电作业快速拆装、10 kV线路无功补偿设备单杆安装空间小、装位置灵活、施工费用低等要求。


中压无功补偿装置安装示意图及现场运行照片


4.1 线路概况

10kV勐腊线线路全长69.43 km,主干线长42.64 km,主干线型号LGJ-120LGJ-95 LGJ-70。线路配变总容量6885 kVA,其中专变35台,共 5 830 kVA;专变20台,共1055 kVA。变电站出口电压10.5 kV,线路最大电流93 A,平均功率因数0.8


4.2 仿真分析

根据该线路10kV单线图搭建潮流分析模 型,并根据线路重负荷期运行情况设定电气参数,原始线路潮流分析结果如图7所示。

以提高整条10kV线路平均功率因数为目标确定中压无功补偿设备补偿点及其补偿容量,10kV勐腊线线路用电负荷的最大负荷平均有功功率为P,补偿前的功率因数为cosφ1

       式中:P为设备安装点后线路最大平均有功功率;cosφ1为补偿前功率因数;cosφ2为补偿后功率因数;Qc认为安装点中压无功补偿设备补偿容量。

在工程实践中,无功补偿要求需要将cosφ1提高到cosφ2左右,补偿容量为计算值取整即可。  

经过理论及仿真分析并通过现场调研,在该线 路主干线37号杆、67号杆及133号杆处分别安装3套容量均为200kvar,两路补偿方式的多控制策略自适应中压快拆快装无功补偿设备,初始控制策略37号杆中压10kV快拆快装无功补偿设备控制策略为电压功率因数控制策略,67号杆和133号杆中压10kV快拆快装无功补偿设备控制策略为电压无功控制策略。潮流仿真结果如图8所示。


原始路线潮流仿真结果图


无功补偿设备投运后,线路潮流仿真结果图


4.3 工程应用及效果分析

在该线路上实施中压快拆快装无功补偿方案 后,仿真分析结果与后台系统软件监测线路变电站出口、37号杆、67号杆及133号杆功率因数数据,见表1


1  10kV勐腊线各节点功率因数前后对比


由表1可知,各补偿点的功率因数较原始线路均有显著提高,变电站出口功率因数提高至0.911。但是从中压无功补偿设备监测数据发现133号杆处无功补偿设备只有一路经常投运,另一路基本没有投运。根据线路实际运行情况,10kV勐腊线线路未达到潮流仿真结果无功最优补偿目标。后台系统软件系统以整条10kV勐腊线线路无功最优补偿为目标,潮流分析计算调整无功补偿设备控制策略及补偿点,将133号杆处中压10kV快拆快装无功补偿设备的安装位置调整至117号杆并将其控制策略调整为电压控制策略,其他两套设备控制策略不变。仿真分析结果与后台系统软件监测线路变电站出口、37号杆、67号杆及117号杆功率因数前后数据,见表2

控制策略调整后10kV勐腊线各节点功率因数前后对比



由表2可知,对133号杆处中压10kV快拆快装无功补偿设备安装位置及控制策略调整后,线路变电站出口功率因数提高至0.951,37号杆、67号杆及117号杆处功率因数均高于0.95,线路无功补偿效果与仿真结果基本一致,10kV勐腊线线路已经达到潮流仿真结果无功最优补偿目标。


5. 结束语

10kV勐腊线的中压10kV无功补偿设备工程应用案例表明:后台系统软件不仅能够实时监控线路运行情况变化,实时掌握整条10kV线路无功情况,而且能够根据线路运行情况,利用中压10kV无功补偿设备快拆快装的优越性调整其安装的位置及控制策略进行无功自动化补偿,使得整条10kV线路无功最优补偿。该方法补偿效果明显,在提高线路功率因数,改善电能质量方面具有可行性和高效性。

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