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10kV快拆快裝無功補償設備多控制策略技術研究及應用
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.云南電網有限責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：本文提出一種系統化改善10kV線路無功電壓質量方法，通過后臺系統監控軟件與快拆快 裝無功補償設備協調配合，系統實時監控，統籌分析管理，補償設備自適應調整控制策略或快速改 變補償位置，“軟硬結合”方法補償無功，實現10 kV線路電壓無功最優補償目標。通過西雙版納供 電局配電網所轄10 kV勐臘線工程實例應用證明該方法在提高線路功率因數、節能降損、改善電能 質量方面具有可行性及高效性。 關鍵詞：10 kV線路；無功補償；控制策略；快拆快裝；電能質量
0 引言 西雙版納地區山區多，配電網10kV線路簡單，供電半徑長，多以種植經濟作物的農網負荷為主，負荷隨季節變化特性明顯。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勐臘線負荷規劃情況，并結合目前線路無功電壓情況，以該線路無功最優補償為目標，提出一種后臺系統監控軟件與快拆快裝無功補償設備協調配合的系統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備不僅能夠自適應調整控制策略迅速補償安裝點的無功缺額，而且還可以根據后臺系統實時監控，統籌分析管理中壓快拆快裝無功補償設備，根據分析結果提出中壓快拆快裝無功補償設備安裝點的最優位置，通過設備帶電情況下快速拆裝優勢改變補償點位置，提高設備的利用效率，實現線路電壓無功最優補償目標。
1 10kV線路無功補償技術 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在 10kV配電線路上不同位置，實現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，降低線損。 本文以10kV線路電壓無功最優補償為目標，利用中壓10kV快拆快裝無功補償設備及其配套后 臺系統監控軟件協調配合，系統化補償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:后臺系統軟件監控，統籌管理為主，10kV快拆快裝無功補償設備無功自動補償為輔。后臺系統軟件實時監測10kV線路運行狀況，在線分析線路潮流，提出系統化最優無功補償方案。第一，調整10kV線路上快拆快裝無功補償控制策略，實現整條線路無功最優補償。第二，根據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，帶電作業快速拆裝改變10kV快拆快裝無功補償設備補償 位置實現整條線路無功補償點最優。
2 無功補償控制策略 中壓10 kV快拆快裝無功補償設備補償控制策略主要包括： 1)基于經典的“九區圖法”電壓無功控制策略 2)基于經典的“九區圖法”電壓功率因數控制 策略。 3)基于10kV線路電壓合格率的“三區圖法”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。 后臺系統軟件通過監測數據潮流分析，系統化 管理10kV線路快拆快裝無功補償設備，以10 kV線路無功最優補償為目標遠程調整不同補償點快拆快裝無功補償設備補償控制策略。
2.1 基于經典的“九區圖法”電壓無功控制策略 “九區圖法”電壓無功控制策略是按照定值設置電壓和無功上下限將電壓一無功平面劃分為9個區域，如圖2所示。
圖2 “九區圖法”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備安裝點電壓；Q為快拆快裝無功補償設備安裝點無功功率；Q投入越下限為快拆快裝無功補償設備安裝點無功欠補；Q切除越上限為無功補償設備安裝點無功過補。 鑒于后臺系統軟件以10 kv線路無功最優補償為目標系統化管理快拆快裝無功補償設備，該電壓無功控制策略以電壓合格目標優先為原則，其基本 控制策略如下： 1)4區、5區、6區、7區投人電容器。 2)]區、2 K、3區、8區切除電容器。 3)9區保持現狀，不動作。
2.2 基于經典的“九區圖法”電壓功率因數控制策略 “九區圖法”電壓功率因數控制策略與“九區圖法”電壓無功控制策略原理一樣，如圖3所示。
圖3 “九區圖法”電壓功率因數控制策略原理圖
鑒于后臺系統軟件以10kV線路無功最優補償 為目標系統化管理10kV線路中壓10kV快拆快裝無功補償設備，該電壓功率因數控制策略以電壓合格目標優先為原則，其基本控制策略如下： 1）4區、5區、6區、7區投人電容器。 2）1區、2區、3區、8區切除電容器。 3）9區保持現狀，不動作。
2.3 基于10 kV線路電壓合格率的“三區圖法”電壓 控制策略 “三區圖法”電壓控制策略是不考慮線路無功因素簡化的“九區圖法”電壓無功控制策略，如圖4所示。
圖4 “三區圖法”電壓控制策略原理圖 鑒于后臺系統軟件以10kV線路無功最優補償 為目標系統化管理10kV線路中壓10kV快拆快裝無功補償設備，該電壓控制策略基本控制策略如下： 1）3區投入電容器。 2）1區切除電容器。 3）2區保持現狀，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10kV線路負荷周期性變化特點設置無功補償設備投人一切除時間點，根據設定時間定值定時投切無功補償設備，如圖5所示。
圖5 時間控制策略原理圖
在后臺系統軟件監控掌握10kV線路運行大數 據情況下，分析判斷10kV線路負荷周期性變化情況，確定補償設備投人一切除時間點。該控制策略主要針對用戶負荷穩定周期性變化而設定。
3 中壓10 kV快拆快裝無功補償設備 中壓10kV快拆快裝無功補償設備主要包含開關電源單元、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。其結構特點：質量輕、體積小，且為分體式結構，能夠滿足帶電作業快速拆裝、10 kV線路無功補償設備單桿安裝空間小、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。線路配變總容量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0.8。
4.2 仿真分析 根據該線路10kV單線圖搭建潮流分析模 型，并根據線路重負荷期運行情況設定電氣參數，原始線路潮流分析結果如圖7所示。 以提高整條10kV線路平均功率因數為目標確定中壓無功補償設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，補償前的功率因數為cosφ1
式中：P為設備安裝點后線路最大平均有功功率；cosφ1為補償前功率因數；cosφ2為補償后功率因數；Qc認為安裝點中壓無功補償設備補償容量。 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。 經過理論及仿真分析并通過現場調研，在該線 路主干線37號桿、67號桿及133號桿處分別安裝3套容量均為200kvar，兩路補償方式的多控制策略自適應中壓快拆快裝無功補償設備，初始控制策略37號桿中壓10kV快拆快裝無功補償設備控制策略為電壓功率因數控制策略，67號桿和133號桿中壓10kV快拆快裝無功補償設備控制策略為電壓無功控制策略。潮流仿真結果如圖8所示。
圖7 原始路線潮流仿真結果圖
圖8 無功補償設備投運后，線路潮流仿真結果圖
4.3 工程應用及效果分析 在該線路上實施中壓快拆快裝無功補償方案 后，仿真分析結果與后臺系統軟件監測線路變電站出口、37號桿、67號桿及133號桿功率因數數據，見表1。
表1 10kV勐臘線各節點功率因數前后對比
由表1可知，各補償點的功率因數較原始線路均有顯著提高，變電站出口功率因數提高至0.911。但是從中壓無功補償設備監測數據發現133號桿處無功補償設備只有一路經常投運，另一路基本沒有投運。根據線路實際運行情況，10kV勐臘線線路未達到潮流仿真結果無功最優補償目標。后臺系統軟件系統以整條10kV勐臘線線路無功最優補償為目標,潮流分析計算調整無功補償設備控制策略及補償點，將133號桿處中壓10kV快拆快裝無功補償設備的安裝位置調整至117號桿并將其控制策略調整為電壓控制策略，其他兩套設備控制策略不變。仿真分析結果與后臺系統軟件監測線路變電站出口、37號桿、67號桿及117號桿功率因數前后數據，見表2。 表2 控制策略調整后10kV勐臘線各節點功率因數前后對比
由表2可知，對133號桿處中壓10kV快拆快裝無功補償設備安裝位置及控制策略調整后，線路變電站出口功率因數提高至0.951,37號桿、67號桿及117號桿處功率因數均高于0.95,線路無功補償效果與仿真結果基本一致，10kV勐臘線線路已經達到潮流仿真結果無功最優補償目標。
5. 結束語 10kV勐臘線的中壓10kV無功補償設備工程應用案例表明：后臺系統軟件不僅能夠實時監控線路運行情況變化，實時掌握整條10kV線路無功情況，而且能夠根據線路運行情況，利用中壓10kV無功補償設備快拆快裝的優越性調整其安裝的位置及控制策略進行無功自動化補償，使得整條10kV線路無功最優補償。該方法補償效果明顯，在提高線路功率因數，改善電能質量方面具有可行性和高效性。 |
