10kV配电网中低压无功补偿装置的设计与应用

DOI编码：10.3969/j.issn.1007-0079.2011.03.063

电力技术

10kV配电网中低压无功补偿装置的设计与应用

杨薇薇

摘要：当前电网无功优化方面的理论研究及单台补偿设备研究的相关文献较多，但是针对配电网10 kV线路的无功优化智能控制系统的研究尚属空白。本研究针对目前配电网无功补偿的现状，运用实例通过比较分析，提出以串联谐振注入式有源滤波器为基础的无功和谐波综合补偿方案，应用于低压系统的负荷补偿中，同时介绍了其参数设计方法并进行了仿真研究和实际应用，其软硬设计思路和一些工程经验还可推广到其它结构的并联补偿装置的设计和应用中，为推进新型大功率的电能质量治理设备的实用化进程提供有益的参考和借鉴。10 kV线路集成了远程通信技术和网络技术，可直接在调度室进行远程监视、管理及自动控制，通过上下位机数字化技术真正实现了无功优化智能系统。应用表明，变电站的每个出口功率因数总是在0.96～0.99之间波动，基本上是一条直线。该系统的实施为智能电网的实现探索了一条新思路。

关键词：配电系统；无功补偿；无功优化

作者简介：杨薇薇（1978-），女，河北静海人，国家电网北京经济技术研究院徐州设计中心，工程师。（江苏 徐州 221005）中图分类号：TM714.3 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）03- 0133-01

变电所应装设低压无功补偿装置，特别是箱变具备条件时宜装设低压无功补偿装置。这是因为，由于在配变安装低压无功补偿装置可以极大地改善居住区电压质量，减少电能输送过程中的电能损耗，符合满足居民生活水平提高和建设节约型社会的要求，所以变电所应装设低压无功补偿装置，箱变在满足低压无功补偿装置运行环境需要及设计要求时，也应装设低压无功补偿装置。低压无功补偿箱应根据无功功率的需量及电能质量要求采用智能型免维护无功自动补偿装置，其具备自动过零投切、分相补偿等功能。配变低压侧应装设无功补偿装置（低压无功补偿箱一般设置于变电所低压开关柜内）。低压无功补偿的容量配置一般应不少于配变容量的15%。建议采用晶闸管—交流接触器复合投切电容器型式实现循环投切控制、分相补偿；采用微处理器的测量、控制系统。电容器应优先采用干式、自愈式阻燃型电容器，电容允许偏差-5%～+10%，最大过载电压达135%额定电压，允许最高环境温度+55℃。按变压器额定容量的30％左右作一次性配置分组。全部电容器组应采用低压塑壳式断路器保护，分组电容器应设置熔断器保护。并联电容器无功补偿的特点是简单灵活、经济优势明显，缺点是可能会出现非常严重的系统谐波放大，它会导致并联谐振。

随着国民经济的发展，电力需求不断增长，电力系统负荷功

[1]率，谐波源和负载不平衡造成的影响正在日益增加。传统的方法

方式是在变电站二次侧集中补偿，无功补偿设备是旧的，偏少，无功缺额还比较大；无功补偿装置的配置不合理，目前，配电线路线损和末端电压非常低的根本问题还没有得到有效解决；无功补偿装置自动化程度低，随机补偿，固定线路色散补偿大部分，不能做到实时监控，以满足电力负荷的季节性和时间要求特点。总之，国内负荷无功功率和无功补偿设备缺乏自己的特色，关键是自动化程度不高，动态补偿和固定补偿不平衡，所以对10kV系统无功优化的智能配电网络进行开发是极其必要的并具有实际意义。

二、无功补偿装置中智能无功补偿控制器的设计要求

无功补偿控制器在运行中要求既能保证线路系统稳定、无振荡现象出现，又能兼顾补偿效果。要能自由选择电容器组合，针对Y-Δ结合情况根据配电系统三相中每一相无功功率的大小智能选择电容组合，可提供循环投切、智能投切，供电力用户选择。智能低压复合开关的性能：应能实现过零投入和过零关断，又可保证开、关时无涌流。无谐波，工作期间能耗小，避免对电网产生冲击，还应具备抗干扰、缺相保护、闭锁保护等功能，具有辅助接点。

三、配电网10kV线路无功优化智能系统的研究与实践1.系统概述

自动化系统无功优化使用DotNet技术开发，并且通过C / S结构运行。在客户端系统上运行后可以随时访问服务器，监控设备状态在线补偿。通过自动调度的第一侧线系统参数局域网、服务器系统，以及通过GPRS和通讯领域的补偿装置、控制或访问，以获取工作现场补偿设备的运行状态。系统服务器用来访问存储在数据库中的实时数据，数据库使用SQLSERVER的2005设计与管理系统，客户可以对数据库的数据进行统计和分析，可以自动生成Excel文件存储的统计报告的形式，如图1所示。图中1号线内选定开关在所指定的时间内状态的变化。

2.系统结构

系统是一个从最高层出发的远程主控制系统，本地和远程通信的两个微机控制系统组成网络，从操作的角度来看，功率实时根据模糊控制算法的数据因素来计算所需的补偿线需要投入或补偿电容器的能力，从而减少了用微机远程通信传输来实现切换补偿点线的局限，并确定开关电压测量对象，然后通过远程通讯网络发送控制命令来调整对象，在控制下关闭所有设备，调整两个控制参数

（下转第135页）

不能满足电力系统求，随着超大功率半导体器件、电力电子应用技术和控制技术的发展，无功补偿和电网谐波治理新技术有了较大的发展。其中，静止式动态无功补偿器得到了快速的发展和应用。

[2-4]无功补偿是减少损失，提高电压质量的有效方法。但在很长一段

时间内，人们主要关注无功优化网络方面，规划方面很少考虑在无功补偿装置开关操作优化。10kV配电线路与分布补偿电容器中的大部分是安装固定补偿电容器。规划配置阶段，只能通过提高无功补偿能力水平，降低网损，并创造必要的条件。实时控制系统通过对无功补偿的各种开关器件实现全网无功优化运行，以充分发挥在网络中各设备的能力与优点，挖掘现有装备潜力，以获得最佳无功优化效益。

一、配电网无功基本特点与现状

近年来，中国加大了电网建设和投资，很多资金用于设备的网络结构优化，运行方式优化改造也耗费了大量投资，但无功优化电网建设一直落后。目前国内配电网无功优化的现状是：补偿的主要

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总第190期

电力技术

结合黄骅港区域用地紧张的实际情况，该方式中可合理安装开闭所、环网柜，选择技术先进、质量可靠的产品。开闭所宜建于负荷中心区、用户较多的区域，以便提高供电可靠性。开闭所最大转供容量不大于15000kVA。开闭所的接线力求简化，一般采用单母线分段，两路进线，6～10路出线。两路进线引自不同变电站或同一变电站不同母线，进线采用300mm2或400mm2铜芯电缆。开闭所应按无人值班及逐步实现综合自动化的要求设计或留有发展余地。采用带有监控功能的高可靠、免维护开关柜，进线采用断路器，出线根据负荷大小采用断路器或熔断器加负荷开关。环网柜用于电缆线路分段、联络和分支线路出口，一般采取2路电缆进线、4路电缆出线，必要时可采取6路电缆出线。环网柜进出线选用真空开关，额定电流不小于600A，额定短路开断电流不小于20kA，具备实现综合自动化功能。

（2）配电设备与新建配网自动化系统的通信问题。

解决方案：根据地方政府的规划要求，黄骅港区配网均需采用电缆方式，所以通信方式可采用光纤将数据传输到变电站，通过变电站的光缆通道将数据传送到主站端机房前置机，将配网数据分流到配网自动化系统主机。新建线路光缆与电缆同时规划，同时施工，原有线路利用预留的通信管道敷设光缆。

中捷、南大港城区配网线路主要为架空结构，虽部分实现手拉手供电，但由于线路分段不合理，线路设备非智能化等原因，在转供电时存在操作时间长，操作手续繁琐，不能完全转带负荷的问题。

解决方案：利用配网资金，完善配网结构，按三分段三联络方式改造现有配网结构，如图2所示。

为使线路具有发展余地，且满足转带负荷的需要，三分段三联结网络的每一回线路最大电流控制在导线长期允许电流的3/4。配网线路加装自动化开关设备和配电系统智能控制装置，做到线路故障时能迅速自动检测故障，自动隔离故障段。为自动恢复非故障区

参考文献：

[1]城市电力规划规范(GB/50293-1999)[S].[2]城市电力网规划设计导则[S].

[3]城市中低压配电网改造技术导则(DL/T599-1996)[S].[4]沧州供电公司县域配电网规划技术标准[S].

图2 改造后的配网结构

供电，应建立相应的通信通道。根据中捷、南大港配网实际情况可先期考虑无线通信方式，考虑四遥接口问题，待具备条件时，利用光纤接入电网自动化、调度自动化、MIS、GIS等系统。自动化开关设备具有免维护、操作可靠、体积小和安装方便的特点，并且能适应户外恶劣的环境条件。

四、结束语

配网自动化系统的建设是一个复杂而繁琐的系统工程，牵涉的专业多、覆盖的范围大，而且建设过程中受到制约的因素很多，特别是外部环境。因此，要想建设一个好的配网自动化系统，必须从规划选型开始，步步慎重，并充分协调各方的关系，注重投运后的维护工作，也只有这样，才能使配网自动化系统发挥出更大的效益，缩短对客户的停电时间，提升优质服务的技术水平，才能使配电管理水平上一个新的台阶。

（责任编辑：刘辉）

（上接第133页）境中常见的作业系统和Access数据库软件，并不需要单独维护。

四、结论

配电网10kV无功补偿智能系统，由电压开关模式首先决定要确定的补偿和能力点的最佳位置。自动通过遥控通信技术和网络技术的电容器投切控制，以实现两个之间的上下位机的数据交换方式，下位机采集的补偿点和测量电压切换条件传输到主机电脑，个人电脑和调度室然后重点对变电站综合功率因数和无功功率输出，决定了交换条件、补偿点，然后切换到下位机发送命令，达到功率因数和电压双控目的。无功电压开关设备在电压采样中的无功功率和功率因数的通信技术，克服了同时采集电压、电流、该设备体积大、成本高的缺点。在同一时间内，利用通讯技术来交换设备安装点的电压数据的实时监测，避免了为考核电压单独安装电压监测装置需要到现场读取数据的繁琐。

图1 指定时间内状态的变化

参考文献：

[1]赵闻蕾,李晖.电参量谐波测量算法的研究[J].大连铁道学院学报,2003,24(4):58-62.

[2]程佩清.数字信号处理教程[M].北京:清华大学出版社,2001.[3]梁玉红.基于HART-HT2012的数字传感器的设计与开发[J].现代电子技术,2007,30(2):23-27.

[4]梁玉红.Bluetooth嵌入式应用系统研究[J].机床与液压,2005,(10):154-157.

（删除上限/输入下限）。

3.无功补偿远程无线集控系统

使用一个遥控器设置GPRS无线通信技术、自动化设备、远程监控、无线数据传输。控制显示器的主要是一种单芯片16位微处理器和一套核心的监管系统、一套电信系统、智能手机芯片技术。该系统采用大规模集成电路技术，高精度A / D转换器，微控制器技术、抗干扰技术，有可靠性高、精度高、功能齐全、易于安装等特点。后端系统软件灵活，易于安装，操作简便，装有XP操作系统环

（责任编辑：刘辉）

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