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配網(wǎng)長(zhǎng)線路加裝串補(bǔ)改善電壓質(zhì)量問(wèn)題探究

2016-12-27 19:32:14李華軍
關(guān)鍵詞:農(nóng)網(wǎng)串聯(lián)電容器

李華軍

摘要:隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,農(nóng)村的用電量和用電需求迅速增加,在促進(jìn)農(nóng)村電力實(shí)業(yè)迅速發(fā)展的同時(shí),也對(duì)供電的穩(wěn)定性和可靠性提出了更高的要求。文章首先對(duì)配網(wǎng)長(zhǎng)距離配電線路中存在的低電壓?jiǎn)栴}進(jìn)行了分析,然后闡述了加裝固定串聯(lián)電容器在10kV線路中對(duì)電壓改善的作用,通過(guò)加裝串補(bǔ)的仿真計(jì)算加以驗(yàn)證,證實(shí)了該方法的有效性。

關(guān)鍵詞:配電線網(wǎng);長(zhǎng)線路;串補(bǔ);電壓質(zhì)量;低電壓;串聯(lián)電容器 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

中圖分類號(hào):TM714 文章編號(hào):1009-2374(2016)32-0032-02 DOI:10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.32.015

目前,農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,導(dǎo)致農(nóng)村的用電需求和用電量迅速上升,對(duì)供電電壓的穩(wěn)定性要求也越來(lái)越高。但是從當(dāng)前農(nóng)村電網(wǎng)的實(shí)際情況來(lái)看,還存在著很多問(wèn)題,其中比較突出的就是,10kV配網(wǎng)線路的運(yùn)輸距離比較長(zhǎng),導(dǎo)致電壓下降,因而無(wú)法滿足農(nóng)村用電的電壓需求。電壓過(guò)低造成很多農(nóng)用機(jī)械無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)甚至啟動(dòng),成為制約農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要限制因素。與此同時(shí),該問(wèn)題的存在也降低了農(nóng)電網(wǎng)電壓的合格率,無(wú)法高質(zhì)量地完成上級(jí)部門提出的農(nóng)電網(wǎng)考核任務(wù)。為了解決問(wèn)題,我們制定了很多方案,并進(jìn)行了對(duì)比分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn),采用固定串聯(lián)補(bǔ)償方案具有較高的可行性,具有較好的經(jīng)濟(jì)適用性,可以用最少的經(jīng)濟(jì)投入,最大限度地改善10kV配網(wǎng)長(zhǎng)線路的電壓質(zhì)量,而且不需要進(jìn)行人工干預(yù),減少人力資源的投入。本文以當(dāng)?shù)啬称瑓^(qū)的10kV配網(wǎng)長(zhǎng)線路為例,對(duì)加裝串補(bǔ)改善電壓質(zhì)量的問(wèn)題展開(kāi)具體分析。

1 農(nóng)網(wǎng)電壓質(zhì)量的影響因素分析

就目前的情況來(lái)看,農(nóng)村配電網(wǎng)主要是以10kV為主,且電網(wǎng)規(guī)模較大,電力負(fù)荷情況相對(duì)復(fù)雜。同時(shí)由于農(nóng)村配電網(wǎng)的線路較長(zhǎng),導(dǎo)致其電壓質(zhì)量并不穩(wěn)定,容易受到多種因素的影響。下文就對(duì)影響農(nóng)網(wǎng)電壓質(zhì)量的主要因素進(jìn)行簡(jiǎn)單分析:

第一,農(nóng)村電網(wǎng)的架設(shè)比較薄弱,而且分布格局缺乏科學(xué)性和合理性,再加上供電的半徑距離較大,供電設(shè)備老化現(xiàn)象嚴(yán)重,進(jìn)一步加劇了配電線路的電壓損耗,如果其承擔(dān)的負(fù)荷較重,就容易導(dǎo)致線路末端電壓降低,無(wú)法滿足農(nóng)村的用電需求。

第二,由于農(nóng)村的配電變壓器較多,且其地域分布十分廣泛,這些都使得農(nóng)村電網(wǎng)的負(fù)荷存在巨大的峰谷剪刀差,而且農(nóng)村電網(wǎng)的季節(jié)性十分明顯,上述情況都對(duì)農(nóng)網(wǎng)送電效率和電能質(zhì)量起到了負(fù)面影響。

第三,在農(nóng)網(wǎng)的部分線路中,會(huì)使用一些大容量電動(dòng)機(jī),但由于對(duì)電動(dòng)機(jī)的接入缺乏良好的技術(shù)管理,在電動(dòng)機(jī)啟停的過(guò)程中就會(huì)對(duì)農(nóng)網(wǎng)線路的電壓造成影響。

除了上述三點(diǎn)因素外,農(nóng)村電網(wǎng)建設(shè)的資金缺乏也是重要的原因,資金的缺乏拖延了電網(wǎng)的改造速度。另外,農(nóng)網(wǎng)管理體制的不完善等因素也阻礙了農(nóng)網(wǎng)電壓質(zhì)量差等問(wèn)題的改善。

2 電壓串補(bǔ)基本原理分析

在配電線路中,可串聯(lián)增加一個(gè)容性設(shè)備(如電容器)。其中電容器的容抗會(huì)與線路中的電抗進(jìn)行抵消作用,這樣電力輸送端和接收端間的電氣距離就會(huì)相應(yīng)縮短。所謂串聯(lián)補(bǔ)償度,通俗來(lái)講,就是串聯(lián)容的抗值和線路電抗值之間的比值,即Xc/SL,該比值應(yīng)該<1/2。目前,國(guó)內(nèi)串聯(lián)補(bǔ)償度的數(shù)值在30%~45%之間(圖1)。

式中:U為線路末端電壓;P為線路末端有功;R為線路等效電阻;Q為線路末端無(wú)功;X為線路等效電抗。

通常情況下,P、R、Q、X的數(shù)值均>0,所以△U的結(jié)果也>0,末端電壓<首端電壓。但是在線路中加裝串聯(lián)電容器之后,X的數(shù)值會(huì)下降,甚至?xí)?lt;0,所以△U的結(jié)果也可能轉(zhuǎn)變?yōu)?。根據(jù)這一原理,只要升高負(fù)荷側(cè)的電壓,就能使電壓保持在合理范圍,促進(jìn)電壓治理工作的開(kāi)展。串聯(lián)電容器中無(wú)功總量的計(jì)算公式如下:

在線路正常運(yùn)行的過(guò)程中,如果產(chǎn)生的負(fù)荷較大,I(線路電流)的數(shù)值也會(huì)比較大,根據(jù)上述公式,電容器的無(wú)功總量就會(huì)增加;反之,如果負(fù)荷較小,I的數(shù)值越低,電容器的無(wú)功總量就會(huì)降低,直至降為0。由此推導(dǎo),串聯(lián)補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功總量是隨著負(fù)荷的變化而變化的,而且二者成反比例關(guān)系。也正因?yàn)槿绱?,要改善農(nóng)網(wǎng)長(zhǎng)線路中的電壓,可以采用串聯(lián)補(bǔ)償方式,具有顯著優(yōu)勢(shì)。

3 模擬仿真

3.1 建立仿真模型

本次仿真模型的建立主要采用Matpower潮流計(jì)算工具包(Matlab),具體步驟為:(1)結(jié)合客戶提供的線路圖紙,對(duì)每一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)和命名;(2)根據(jù)線路圖紙,通過(guò)查表的方式,分別計(jì)算出每一條線路中的R值、X值和C值;(3)收集近1.5年中該線路的最大有功功率、無(wú)功功率和視在功率以及上述數(shù)值的平均值,明確線路的最大負(fù)載率及其平均值;(4)將每一個(gè)節(jié)點(diǎn)變壓器的參數(shù)作為參考值,參考上一步得出的最大負(fù)載率和平均負(fù)載率,計(jì)算出每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的最大功率和平均功率;(5)將并補(bǔ)的參數(shù)及串補(bǔ)的參數(shù)都轉(zhuǎn)化成線路參數(shù);(6)將上述數(shù)據(jù)按工具包要求格式進(jìn)行輸入工作,然后進(jìn)行仿真。

3.2 仿真的重難點(diǎn)

3.2.1 選擇合適的串補(bǔ)部位。串補(bǔ)部位的選擇不能盲目,需要對(duì)多種因素進(jìn)行綜合考慮,注意以下問(wèn)題:(1)應(yīng)和線路的末端保持距離,切忌過(guò)分靠近。這是因?yàn)?,如果它們的間距較短,一旦發(fā)生重載等情況,位于線路中段的變電站電壓數(shù)值就會(huì)大幅度下降,即使加裝串補(bǔ),也無(wú)法對(duì)之前的線路進(jìn)行補(bǔ)償,還會(huì)影響到后段線路的補(bǔ)償效果;(2)應(yīng)和線路的首端保持一定的距離。在加裝串補(bǔ)電容器進(jìn)行補(bǔ)償,會(huì)大幅升高兩相鄰變電站的電壓,使之接近線路開(kāi)始端的電壓值,但是電壓仍會(huì)在一定時(shí)間后不斷下降。假設(shè)在線路的首端進(jìn)行串補(bǔ),那么線路末端的電壓就無(wú)法得到提升;(3)建議串補(bǔ)部位盡量加裝于主干線上,因?yàn)橐话惴种潆娋€的整體距離較短,電流比較小,產(chǎn)生的負(fù)荷也比較強(qiáng)。所以如果只能加裝1套串補(bǔ)裝置,應(yīng)該盡量安裝在距離比較長(zhǎng),而且電流比較大的主干線上。

3.2.2 選擇合理的串補(bǔ)容量。配電線路的自身電抗值以及串補(bǔ)度是串補(bǔ)容量的決定性影響因素。在本次研究中,我們?cè)O(shè)計(jì)了2段串補(bǔ),其中1段的串補(bǔ)度約為1/2,2段串補(bǔ)度的綜合約為1。如果線路的負(fù)載較輕,可以只投入1段。

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