翟健 劉升

一、概述

電網(wǎng)無功容量的優(yōu)化配置能夠降損節(jié)能，減少有功功率的不必要損耗；同時還能有效提高電壓質(zhì)量，在增加企業(yè)經(jīng)濟利益的同時體現(xiàn)出電力企業(yè)的社會責任感。為進一步加強農(nóng)網(wǎng)無功優(yōu)化補償建設(shè)工作，提高農(nóng)網(wǎng)無功補償能效和供電質(zhì)量，更好地服務(wù)社會主義新農(nóng)村建設(shè)，因此，需要從技術(shù)層面實現(xiàn)電網(wǎng)無功分布的最優(yōu)化，從管理層面上實現(xiàn)電網(wǎng)無功管理的科學化、規(guī)范化。

二、電網(wǎng)建設(shè)及運行現(xiàn)狀

1.電網(wǎng)建設(shè)現(xiàn)狀

經(jīng)過近幾年的建設(shè)，特別是農(nóng)網(wǎng)中低壓改造升級項目的實施，縣供電企業(yè)農(nóng)村電網(wǎng)得到了較快的發(fā)展，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不斷改善、網(wǎng)架薄弱的問題得到很大程度上的改善，電網(wǎng)的供電能力和自動化水平有了大幅度提高，電網(wǎng)損耗進一步降低，農(nóng)網(wǎng)的供電能力、安全性、可靠性及電能質(zhì)量水平都有了較大幅度的提高。

2.電網(wǎng)運行及管理水平

目前，縣級電網(wǎng)基本都已形成了以220kV變電站為中心，以110kV變電站為骨架，以35kV變電站為輻射的布局合理、調(diào)度靈活、安全可靠的電網(wǎng)。10kV配電網(wǎng)是由110kV及35kV變電站的10kV配電裝置、開閉所、配電室、箱式變及附屬設(shè)備、分段開關(guān)(柱上)、環(huán)網(wǎng)柜、電纜分支箱、架空和電纜線路等組成的電力網(wǎng)絡(luò)。380/220V低壓配電網(wǎng)則包括配電變壓器(或箱式變)低壓套管引出線、低壓配電裝置、低壓干線、低壓分支線、樓頭分線箱、接戶線等。高壓變電站的10kV主接線一般采用單母線分段接線，每臺主變帶10kV出線4-6回。10kV開閉所一股采用單母線分段接線，進線2回，出線4-6回。10kV配電室一般采用10kV單母線方式。配電網(wǎng)線路由架空線路、電纜線路、或架空線電纜線混合線路組成，以架空線路為主?？h級供電區(qū)域的輸電線路、主變等設(shè)備可用系數(shù)等均達到99%以上，綜合線損率連年下降，供電可靠率不斷提升。

三、當前無功管理存在的主要問題

1.無功優(yōu)化的問題。部分變電站無功補償容量配置不足，不能滿足無功增長的需要；部分變電站為非分組投切式電容器，其投入或退出后對無功潮流影響較大，必須進行改造，改造為分組投切式。要實現(xiàn)有效的降損，必須從電力系統(tǒng)角度出發(fā)，通過計算全網(wǎng)的無功潮流，確定配電網(wǎng)的補償方式、最優(yōu)補償容量和補償?shù)攸c，才能使有限的資金發(fā)揮最大的效益。

2.無功測量問題。目前10kV配電網(wǎng)的線路上的負荷點一般沒有安裝無功表，且人員的技術(shù)水平和管理水平參差不齊，表計記錄的準確性和同時性無法保證。這對配電網(wǎng)的潮流計算和無功優(yōu)化計算帶來很大困難。380V 終端用戶處通常只裝有有功電度表，要實現(xiàn)功率因數(shù)的測量是不可能的。這也是低壓無功補償難于廣泛開展的原因。

3.電網(wǎng)諧波問題。諧波的測量和治理需要盡快建立防治體系，解決和預(yù)防由于工業(yè)發(fā)展帶來的諧波問題，以便防患于未然。

4.無功倒送的問題。無功倒送會增加配電網(wǎng)的損耗，加重配電線路的負擔，尤其是采用固定電容器補償方式的用戶，在負荷低谷時可能造成無功倒送。觀察加裝無功補償裝置線路的無功運行數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，在負荷高峰時功率因數(shù)較低，在晚間負荷少時卻出現(xiàn)過補現(xiàn)象，主要原因在于用戶無功補償容量達到極限時，線路補償裝置不能實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)。

四、全網(wǎng)無功補償模式

全網(wǎng)無功補償是一個多變量多約束的混合非線性問題，需要綜合考慮農(nóng)網(wǎng)全網(wǎng)運行情況，以各節(jié)點電壓合格、網(wǎng)絡(luò)關(guān)口功率因數(shù)等為約束條件，根據(jù)給定的目標值（提高功率因數(shù)、全網(wǎng)網(wǎng)損最小、年運行費用最小或年支出費用最?。?，進行全網(wǎng)無功優(yōu)化計算，確定系統(tǒng)的最優(yōu)補償點和最佳補償容量，無功優(yōu)化補償就是根據(jù)全網(wǎng)無功優(yōu)化計算結(jié)果，調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器分接頭，投切靜止補償器和并聯(lián)電容器，實現(xiàn)跟蹤負荷變化的電壓和無功動態(tài)調(diào)節(jié)，滿足電網(wǎng)安全、經(jīng)濟運行目標?？傮w思路是：電網(wǎng)最優(yōu)無功補償規(guī)劃先自下而上，確定最優(yōu)補償容量，然后再自上而下進行分層最優(yōu)運行控制。全網(wǎng)無功優(yōu)化補償策略主要體現(xiàn)在：高壓網(wǎng)以變電站集中補償為重點，中壓網(wǎng)以10kV線路補償和配電變壓器低壓側(cè)集中補償為重點，低壓網(wǎng)及以下以用戶側(cè)分散補償為重點。

1.高壓配電網(wǎng)無功優(yōu)化補償模式

模式一：動態(tài)無功補償模式

對新建變電站、樞紐變電站、無功負荷波動變化比較大的變電站以及相對比較重要的變電站采取動態(tài)無功補償裝置。

模式二：分組自動補償模式

依據(jù)電網(wǎng)無功現(xiàn)狀在未進行無功自動補償?shù)淖冸娬?0kV母線上適當安裝自動投切裝置，使無功功率盡可能實現(xiàn)分站、分壓、分線平衡，降低高壓電網(wǎng)損耗。對補償容量相對不足、無功補償設(shè)備陳舊的變電站逐步進行更新改造。

模式三：電容器固定補償

無功負荷變化范圍小的部分變電站，安裝固定電容器組對變壓器本身空載損耗和所帶無功負荷就近補償。

模式四：無功補償+濾波

對于存在諧波污染的工礦業(yè)或是對諧波要求比較嚴格的場所，采用無功調(diào)節(jié)單元+無源濾波模式。

2.中低壓電網(wǎng)無功補償模式

模式一：配變低壓側(cè)集中補償+中壓線路補償

對線路較長、負荷重、功率因數(shù)低的10kV配電線路，采用配變隨器補償與線路補償相結(jié)合的方式。配變低壓側(cè)集中補償可使低壓臺區(qū)實現(xiàn)分層、分區(qū)就地平衡，線路補償用于補償線路無功基荷和未進行無功補償?shù)呐潆娮儔浩骺蛰d損耗部分。

模式二：配變低壓側(cè)集中補償

對線路較短、負荷輕的的10kV饋線，不必進行線路補償，采用在配變低壓側(cè)進行集中補償，主要補償配電變壓器消耗的無功功率，實現(xiàn)低壓臺區(qū)就地無功平衡，有效減少配電變壓器和配電線路的損耗。對配電變壓器逐臺補償，會使補償總?cè)萘考哟?，增加補償裝置的總投資。

模式三：中壓線路補償

對線路較長、負荷輕且較為集中的中壓饋線，可只進行線路補償，而不必對每臺配變進行無功補償。若采用手動投切的并聯(lián)電容器組固定補償方式，補償容量可取所有配電變壓器空載損耗總和。該補償模式不能減少傳送用戶功率而引起的配變損耗，與逐臺配電變壓器裝設(shè)無功補償裝置相比總投資少，維護工作量小。

模式四：低壓線路補償

在負荷較重的低壓配電線路上進行補償，作為電機隨機補償和變壓器補償?shù)妮o助手段，線路無功補償?shù)淖饔弥饕菧p少線路無功損耗和向電源側(cè)輸送無功功率。

模式五：無功補償+濾波

電力系統(tǒng)中的主要諧波源有變流器、電弧爐、電石爐等，對廠礦企業(yè)等容易產(chǎn)生諧波污染的高壓用戶的專用變壓器以及含諧波源較多的配電臺區(qū)，可在相應(yīng)變壓器低壓直接裝設(shè)帶有濾波單元的無功補償裝置，補償變壓器的無功損耗，改善用戶端功率因數(shù)，同時可兼顧調(diào)壓以及諧波治理。

措施：

五、無功補償管理的信息化應(yīng)用

（一）采用無功優(yōu)化及管理系統(tǒng)，解決無功優(yōu)化計算問題。該系統(tǒng)通過與調(diào)度自動化系統(tǒng)、營銷系統(tǒng)的交互采集到的配網(wǎng)各節(jié)點運行電壓、無功功率和有功功率等實時運行數(shù)據(jù)和各設(shè)備實際運行狀態(tài)為無功優(yōu)化計算的依據(jù)；以無功、電壓不越限，有載調(diào)壓開關(guān)每天動作次數(shù)不越限，無功補償裝置動作次數(shù)不越限，功率因數(shù)在合格范圍內(nèi)為約束條件；根據(jù)實際情況以電壓質(zhì)量、系統(tǒng)有功損耗、變壓器分接頭和電容器投切次數(shù)為目標進行無功優(yōu)化分析計算。

1.實現(xiàn)對高壓電網(wǎng)、中低壓電網(wǎng)的無功優(yōu)化分析，顯示出設(shè)備運行狀態(tài)所處區(qū)域，給出改善運行狀況的建議。

2.實現(xiàn)對高壓電網(wǎng)、中壓電網(wǎng)的無功補償規(guī)劃，自動選出最優(yōu)的補償點及補償位置，給出補償前后的運行數(shù)據(jù)對比，顯示節(jié)能降損的效果。

（二）采用AVC無功運行優(yōu)化集中控制系統(tǒng)，實現(xiàn)全網(wǎng)無功優(yōu)化控制。采用AVC電壓無功優(yōu)化集中自動控制系統(tǒng)進行綜合優(yōu)化處理后,形成有載調(diào)壓變壓器分接開關(guān)調(diào)節(jié)和無功補償設(shè)備投切控制指令，然后利用調(diào)度自動化系統(tǒng)的“四遙”功能，實現(xiàn)地區(qū)電網(wǎng)無功電壓優(yōu)化運行協(xié)調(diào)、自動控制。主要可以實現(xiàn)以下功能：

1.全網(wǎng)無功優(yōu)化控制

（1）當電網(wǎng)內(nèi)各級變電站電壓處在合格范圍內(nèi)，做到控制本級電網(wǎng)內(nèi)無功功率流向合理，達到無功功率分層就地平衡，提高受電功率因數(shù)。

（2）同電壓等級不同變電站電容器組根據(jù)系統(tǒng)計算決策誰優(yōu)先投入。

（3）同變電站不同容量電容器組根據(jù)系統(tǒng)計算決策誰優(yōu)先投入。

2.全網(wǎng)調(diào)節(jié)電壓運行優(yōu)化

（1）當無功功率流向合理，某變電站10kV側(cè)母線電壓超上限或超下限運行，處在不合理范圍時，分析同電源、同電壓等級變電站和上級變電站電壓情況，決定是調(diào)節(jié)本變電站有載主變分接開關(guān)還是調(diào)節(jié)上級電源變電站有載主變分接檔位。

（2）電壓合格范圍內(nèi)，高峰負荷提高運行電壓，低谷負荷降低運行電壓。

（3）條件允許的情況下，在負荷低谷期對兩臺主變并列運行的進行減變運行，從而降低母線電壓。

（4）實施有載調(diào)壓變壓器分接開頭調(diào)節(jié)次數(shù)優(yōu)化分配。

（5）實現(xiàn)熱備用有載高壓調(diào)壓變壓器分接開關(guān)檔位聯(lián)調(diào)。

綜上所述，縣供電企業(yè)的電網(wǎng)無功管理工作已逐漸走向成熟，無功管理的技術(shù)水平不斷提升，管理手段不斷加強，為全網(wǎng)無功優(yōu)化補償管理提供了廣闊的前景。