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1、簡述
根據(jù)全國幾大供電網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)計，我國在供電線路上損失的電力平均為總輸電功率的10%，而歐美及發(fā)達國家在供電線路上的損失僅占總輸電功率的3%，如果采取措施，把供電線路上的損耗降到5%，僅此一項，我國在電力傳輸網(wǎng)上的損耗每年可節(jié)約600多億元。所以對供電線路進行無功補償來降低線路損耗并提高供電質(zhì)量，是貫徹國家加快建設(shè)節(jié)約型社會戰(zhàn)略部置的具體措施之一。
2、無功補償?shù)脑?span>
從電工學(xué)可知，供電網(wǎng)上傳輸?shù)目偣β?/span>S，包含傳輸?shù)挠泄β?/span>P和無功功率Q，三者的關(guān)系為：S=簡稱功率三角函數(shù)，而P/S=cosΦ被定義為電力網(wǎng)的功率因數(shù)，其物理意義是：供給線路的有功功率P占線路視在功率S的百分數(shù)。在電力網(wǎng)上輸送電力時，希望功率因數(shù)越高越好，也就是供電網(wǎng)傳輸極大的有功功率，極小的無功功率。因此，在線路上，把具有容性功率負荷的裝置并接在電網(wǎng)感性功率負荷處，這樣，感性負荷所需要的無功功率由容性負荷輸出的無功功率來補償，而無須由電源來提供，確保整個電力傳輸網(wǎng)的功率因數(shù)較高，目前國內(nèi)外廣泛采用并聯(lián)電容器作為無功補償裝置。
3、無功補償提高功率因數(shù)的意義：
當(dāng)前我國城鄉(xiāng)供電網(wǎng)中，10KV線路為主干線，尤其是農(nóng)村配電網(wǎng)，供電半徑大、負荷季節(jié)性強、用電時間集中，所以功率因數(shù)非常低，有的地區(qū)的功率因數(shù)低于0.6，整個供電網(wǎng)長期處在無功不足的狀態(tài)下運行，造成線路損耗極大，電壓質(zhì)量極差，故對10KV供電網(wǎng)加裝無功補償提高功率因數(shù)已迫在眉睫。
3.1 無功補償提高功率因數(shù)可極大地減少線路的損失
當(dāng)線路通過電流I時，供電線路上的有功損耗為ΔP=3I2R=3R(P2+Q2)/U2=3R(P/UcosΦ)2
=3RP2/U2cos2Φ
所以線路有功損失ΔP與cos2Φ成反比，cos2Φ超高，ΔP越??！
表1功率因數(shù)降低與有功損耗增加的關(guān)系表
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功率因數(shù)由1.0降到右列數(shù)值時 |
0.95 |
0.9 |
0.85 |
0.8 |
0.75 |
0.7 |
0.65 |
0.6 |
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有功功率損耗增加ΔP% |
11 |
23 |
38 |
56 |
78 |
104 |
136 |
178 |
3.2 無功補償提高功率因數(shù)可減少線路電壓損失
電力傳輸網(wǎng)上電壓的損失ΔU=(PR+QX)/U由此可知，影響ΔU的因素有四個：線路的有功功率P，無功功率Q，線路電阻R和電抗X。如果采用容抗為XC的電容來補償，則電壓損失為ΔU=[PR+Q(X-XC)]/U，故采用補償電容來提高功率因數(shù)后，電壓損失ΔU減小了，同時電壓質(zhì)量也提高了！
3.3 無功補償提高了電力網(wǎng)的傳輸能力
視在功率與有功功率之間的關(guān)系為P=S cosΦ，由此可知，在傳送有功功率P恒定的條件下，cosΦ越高，所需視在功率也越小，所以在負荷功率因數(shù)較高的情況下，線路就可傳輸較高的有功功率，提高了供電網(wǎng)的送電能力。
4、10KV供電線路無功補償位置和容量的確定
目前，10KV供電電源側(cè)都采用了無功集中補償?shù)姆椒ǎ鴮τ?span>10KV供電線路側(cè)采用無功分散補償?shù)姆椒?，即把一定容量的高壓并?lián)電容裝置分散安裝在供電線路距離遠、負荷重、功率因數(shù)低的10KV架空線路上。所以無功補償裝置安裝地點的選擇應(yīng)符合無功就地平衡的原則，盡可能減少主干線上的無功電流。一般對于均勻分布無功負荷的供電線路，其補償容量和安裝位置按2n/(2n+1)(其中n為不小于1的整數(shù))規(guī)則。對于負荷在線路上的分布狀況不同，安裝地點也不相同，并根據(jù)負荷分布特點和容量的大小計算確定。見表2
表2 配電線路分散補償電容器裝置的安裝參數(shù)
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負荷沿主干線分布狀況 |
電容補償 安裝組數(shù) |
電容器安裝容量與 線路無功功率比 |
安裝位置位于主干線首端長度 |
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均勻分布 |
1 |
2/3 |
2/3 |
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2 |
4/5 |
2/5；4/5 |
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非均勻分布 |
分支線呈600 |
1 |
4/5 |
3/5 |
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分支線呈900 |
1 |
4/5 |
2/3 |
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5、 ZRTBBZW10KV供電線路無功自動補償系統(tǒng)
ZRTBBZW10KV系列供電線路無功功率自動補償系統(tǒng)，是專為10KV架空線路無功補償精心開發(fā)設(shè)計的產(chǎn)品，在供電線路上選擇******點加裝此系統(tǒng)后，既能實時補償線路無功缺口，又不會引起線路無功過剩，真正實現(xiàn)了10KV供電線路的無功功率自動補償。
5.1 系統(tǒng)的工作原理
ZRTBBZW10KV系列供電線路無功功率自動補償系統(tǒng)由電壓互感器（PT）采集B、C相電壓信號，高精度開啟式電流互感器（CT）采集A相電流信號，把電壓和電流信號傳送到智能控制器，經(jīng)控制器采樣電路得到電壓、電流的模擬信號，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，得出電壓、電流、有功、無功、功率因數(shù)、諧波百分比等參數(shù)，與存貯在固定存貯器中的系統(tǒng)設(shè)置點進行比較，由系統(tǒng)決定什么情況下操作電容器組，并通過高壓交流真空接觸器來執(zhí)行電容器組的分合閘，從而達到自動循環(huán)投切電容器組，補償線路無功的目的，使電網(wǎng)上無功功率供需就地自動平衡。系統(tǒng)的工作原理如圖1所示。
5.2 系統(tǒng)的組成
ZRTBBZW10KV系列供電線路無功自動補償系統(tǒng)，主要有：跌落式熔斷器、避雷器、電流互感器、高壓無功智能控制器、補償柜及其支架等。補償柜內(nèi)部主要有：電壓互感器（兼作電源）、高壓交流真空接觸器、交流接觸器、噴逐式熔斷器和電力電容器組等元件組成。
5.3 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點
(1)補償柜主體結(jié)構(gòu)為一體化箱式設(shè)計，殼體采用2mm冷扎鐵板或不銹鋼板焊接成型，達到防護IP53等級。箱體內(nèi)裝有，高壓PT-CT，高壓電容器真空投切開關(guān)、噴逐式熔斷器、電力電容器組，而控制器單獨安裝在防雨箱內(nèi)。
(2)ZRTBBZW-I型無功自動補償系統(tǒng)采用單桿安裝，即以電桿為中心，橫梁上安裝電容器成套裝置及固定組電容器；
ZRTBBZW-Ⅱ型無功自動補償系統(tǒng)采用雙桿安裝，即在主電桿旁再加立副電桿，把Ⅱ型補償柜固定在主桿和副桿的橫梁上，控制器固定在主桿上
兩種型號的補償系統(tǒng)都具有安裝方便，安全可靠等特點
(3)作為投切動作元件的高壓交流真空接觸器，采用固體絕緣，具有免維護、無重燃、壽命長、可頻繁動作等優(yōu)點。
(4)每臺電力電容器組都有內(nèi)置自放電阻和內(nèi)熔絲，并裝有電力電容器單臺保護熔斷器，可進行相間短路保護及對地短路保護，當(dāng)某個電力電容器組發(fā)生故障時，其高壓熔斷器將會熔斷，該電力電容器組退出，不會影響整個系統(tǒng)的安全運行。
(5)高精度開啟式電流互感器，具有較高的靈敏度，安裝于10KV配電網(wǎng)的A相，在安裝過程中不截斷用戶的高壓線。電流互感器測出的電流信號通過二次線的方式并傳送到控制器，從而避免了沿面放電擊穿事故的發(fā)生，真正達到了安全可靠。
(6)無功功率自動補償器，具有智能化程度高、靈敏度好、使用壽命長、可配置無線遙控操作等特點，通過專用手持控制儀，可以人工操作補償裝置，還可以無線讀取運行參數(shù)、設(shè)計運行模式、修改設(shè)定值、查看運行記錄，并且方便地和微機相連將運行數(shù)據(jù)傳輸給微機進行統(tǒng)計處理。
4.4 系統(tǒng)的安裝調(diào)試
(1)對于ZRTBBZW-I型補償系統(tǒng)僅需單桿架設(shè)，無需副桿，而對于ZRTBBZW-Ⅱ型補償系統(tǒng)需雙桿架設(shè)，需要加立副桿。并且都必須按圖施工，所需外配器件，如跌落式熔斷器、氧化鋅避雷器開啟式電流互感器等均選用優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，以確保設(shè)備安全運行。
(2)高精度開啟式電流互感器安裝于10KV電網(wǎng)A相，把A相主線固定在電流互感器頂端兩半園孔中，電流互感器標注箭頭應(yīng)與A相電流方向一致。
(3)在確認一切接線正確完好后，合上跌落式熔斷器，給整個系統(tǒng)加電，并按照使用說明書進行：電源檢查、倒送電檢測、控制器連接測試、初始數(shù)據(jù)的測試與調(diào)整、真空接觸器分合閘檢測、控制模式和投切點設(shè)置等工作，調(diào)試完畢后按下自動運行鍵，則系統(tǒng)進入自動運行工作。
5.5 系統(tǒng)的故障分析及排除方法見表3
表3 ZRTBBZW-10KV無功自動補償系統(tǒng)常見故障及解決方法
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故障現(xiàn)象 |
原因分析 |
解決辦法 |
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控制器不工作(“電源正?！敝甘緹艉推渌笜藷魶]亮) |
1. 供電電源缺相； 2. 節(jié)點接觸不良； 3. 控制器保險管壞。 |
1. 檢查各接點使接觸良好； 2. 更換控制器保險管； 3. 檢查完畢，先手動合閘，正常后再轉(zhuǎn)到自動運行。 |
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電源指示燈亮，而運行指示燈不閃爍 |
控制器的微處理器，受到外界干擾，程序跑飛，造成死機。 |
卸去控制器本身的斷路器再合上,使控制器的微處理器自動復(fù)位。 |
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電容器組 操作過度 |
1. 同一線路上安裝兩臺及以上無功自動補償系統(tǒng)，并用無功或電壓基本模式系統(tǒng) 2. 電容器的投/切延遲時間設(shè)置太短。 |
1.起用控制器的限制合閘功能 2.增大電容器的投/切延遲時間 |
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很少發(fā)生電容器組操作 |
1.基本控制模式的操作調(diào)協(xié)點總是超過或低于線路上出現(xiàn)的參數(shù)值。 2.電容器組的容量或安裝位置不合適。 |
1.通過應(yīng)用軟件重新設(shè)置操作點； 2.慎重調(diào)整電容器的容量或安裝 位置。 |
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沒有電容器操作 |
1.倒送電情況長期出現(xiàn)； 2.手動/自動開關(guān)在手動位置； 3.負荷保險管壞 |
1.起用倒送電控制功能；或調(diào)整參數(shù)設(shè)置。 2.將開關(guān)打到自動位置； 3.更換負荷保險管。 |
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電容器容量不夠 |
某個電器的保險熔斷致使電容器的投入量減少。 |
檢查保險，如熔斷，看電容器是否損壞。如損壞更換同型號同容量的電容器；檢查電容器上的連線是否燒斷，如連線燒斷，查跌落保險看是否接觸不良引起打火而使連線燒斷，若跌落保險接觸不良，使其接觸良好，或更換新的跌落保險。 |
5.6系統(tǒng)的應(yīng)用實例
（1）城西變電站至杏香變弄務(wù)10KV供負荷為3131KVA的10KV線路，每條線路長約為29.40km，變電站的出口處的平均功率因數(shù)為0.86，線路末端的功率因數(shù)在用電高峰時低于0.7，為此在每條線路上都加裝上七套，其中ZRTBBZW10KVⅠ型無功自動補償系統(tǒng)四套，IⅠ型無功自動補償系統(tǒng)三套，經(jīng)計算分析裝置運行后變電站出口處的功率因數(shù)提高到0.96,線損率降低40%以上，且明顯提高了電壓質(zhì)量，電容按1700Kvar計算：
（1）線路頻率損后的節(jié)電
設(shè)單臺3131KVA變壓器按平均功率1800KW計算，每天正常工作10小時，一年工作250天，最大負荷全年耗電時間為2500小時(τ)，假設(shè)每度電費為0.58元,線路電能損耗與傳輸電能比為0.03以δ表示.則,補償后的全年節(jié)電量:
△WL=SL*cosφ1*δ*τ*{1-[cosφ1/cosφ2]2}
=1800×0.8×0.03×2500×[1-(0.8/0.96)2]
≈33000(kw·h)
注:SL為主變負荷，cosφ1：補償前功率因數(shù)，cosφ2：補償后功率因數(shù)。
（2）補償后系統(tǒng)線路全年節(jié)電量:
△WT=△Pd*(S1/S2)2*τ*[1-(cosφ1/cosφ2)2]
=10×12×2500×0.31
≈7638(kw·h)
式中Pd為變壓器短路損耗,約為30KW
（3）補償投入后的全年總的節(jié)電效果:
△W=△WL+△WT=33000+7368=40368(kw·h)= 40368x0.58元≈2.3413萬元
式中：電費按0.58元/度，最大負荷1年工作時間按2500小時計算
（4）力率電費的節(jié)約:
根據(jù)用戶地區(qū)的電費計價方式，用戶全年應(yīng)交納的功率因數(shù)調(diào)整電費約為：（以當(dāng)?shù)毓╇娋止β室驍?shù)考核點為0.9計算，補償前用戶系統(tǒng)的功率因數(shù)為0.8,則功率因數(shù)罰款力率為+5%。）
力率罰款電費=有功電費*力率=有功功率*全年工作小時*電費單價*力率
=1800*2500*0.58*5%≈13.05萬元
因無功補償裝置投入后，系統(tǒng)功率因數(shù)達到了功率因數(shù)考核點0.95以上，故不會再產(chǎn)生功率因數(shù)罰款電費，反而還會有部分電費獎勵。
力率獎勵電費=有功電費*力率=有功功率*全年工作小時*電費單價*力率
=1800*2500*0.58*0.75%≈1.9575萬元
（5）合計全年節(jié)約電費：2.3413+13.05+1.9575≈17.3488萬元
以上計算未將諧波對系統(tǒng)的影響計算在內(nèi)。諧波電流會導(dǎo)致變壓器的鐵損和銅損增加，及引起導(dǎo)線、電機等附加損耗的增加。在變壓器二次側(cè)接入濾波將明顯降低電能損失。由于該計算復(fù)雜，不作定量分析。
