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无功补偿解决配电网低电压问题的对策研究
发布时间:2018-1-4  作者:卫才猛 唐维杰 张 震  来源:《中国高新科技》杂志  浏览量:1335
摘要:在电力系统运行过程中,为了保证电压的质量,减少线损,供电部门和电力用户都安装了低压无功补偿装置,但在实际使用过程中存在一些比较突出的问题。文章首先对相关问题进行了分析,然后提出了相应的解决措施,以保证电力系统的安全稳定运行。 关键词:无功补偿装置;谐波电流;非线性负荷

1 案例介绍

在供电网络中,配电网是非常重要的组成部分,主要包括线路分段分支设备、中压配电线路、配电站、开闭所等部分。配电网运行管理主要包括配电设备的检修、巡视、停电维护等。在某配电网维护过程中,低压无功补偿装置存在一些问题,文章以此供电网络为例,对低压无功补偿装置存在的问题进行了分析,然后提出了相应的解决措施。

2 低压无功补偿装置易出现的问题

2.1 谐波的制约

在低压无功补偿装置运行前,需对安装位置的谐波情况进行认真检测。电容器投入使用以后,谐波一旦出现放大的情况,就会使控制器的性能受到严重的影响,还会给电容器造成一定程度的损坏。

当前,非线性负荷越来越受到重视,例如在电网运行中使用频炉电弧炉,这就导致公用电网中的电能质量不断降低,损耗不断上升。在工作过程中受到这些负荷的影响,就会形成谐波电流,即恒流源。在低压配电网中,变压器短路阻抗和高压侧短路阻抗构成了谐波等值阻抗。忽略电阻分量,对一台变压器进行分析,将其短路电抗假定为恒定的,伴随着系统运行模式的不断变化,电源等值感抗也会出现一定的变化,无功补偿成套装置加入的电容器组数会对电容器工频容抗造成一定的影响。所以,对于不同的负荷情况和电网运行模式来说,谐波放大的情况会受到其明显的影响。

2.2 订货需求盲目

若低压无功补偿装置的安装位置没有确定,安装位置的精准负荷也得不到确定。订货时,为了使不同负荷下的无功补偿需求得到满足,一般会增加回路数、降低单组电容器的容量、不断放大无功补偿容量。使用这些办法后会产生很多负面影响,比如元件比较容易出现损坏、投切元件的工作环境被不断地恶化以及电容器组投切次数不断增多等。

2.3 投切元件质量差

一般的低压接触器与低压无功补偿装置使用的投切元件有很大的不同,低压无功补偿装置的投切元件可对涌流进行抑制,主要包括复合开关和专用接触器两种类型。晶闸管和机械开关构成了复合开关,这是一种新型的元件,其主要的缺点就是在投切时受绝缘强度的影响,比较容易造成晶闸管的损坏。低压无功补偿装置经常使用的投切元件就是专用接触器,主要由串有电阻的辅助触头和主触头构成,该技术已达到了成熟的水平。由于该项技术非常冗杂,主要的缺点就是会给低压无功补偿装置的可用率造成一定的制约。

2.4 控制器性能低

合格的低压无功补偿控制器的功能主要包括闭锁投切震荡、投切程序、保护、延时及加速过电压、设置投入切除门限等。在对低压无功补偿控制器进行验收时,一定要严格遵循《低压无功补偿控制器订货技术条件》(DL/T597-1996)的有关规定。在进行高温测试时,需将低压无功补偿控制器24h的放置在40℃的测试箱中,还要持续通电2h。在实际工作环境中,低压无功补偿控制器需适应40℃以上的工作环境,这就给控制器的性能造成了一定的影响。

3 装置可靠性提升的方法

如果低压无功补偿装置进行多次投切,其安全性就会受到系统运行情况的直接制约。对低压无功补偿装置的可用率造成影响的因素有很多,例如装置自身的可靠性、装置安装位置的变压器容量、负荷性质以及负荷率等。要想使低压无功补偿装置的可用率得到不断的提高,就要将装置的设计、验收和维修保养工作做好,对装置中关键元件进行严格的把关,明确装置的分组容量和总容量。

3.1 对无功补偿装置的电容量进行确定

根据安装目的的不同,无功补偿装置的电容量也会不同,具体见公式(1):

1)

在提升功率因数的前提下,将运行负荷的有功功率设置为P,将投入使用前的电容器功率因数设置为cosρ1,将投入使用后的电容器功率因数设置为cosρ2,将运行电压设置为U,需要补充的电容器容量设置为Q。

折算到电容器额定电压UN时,其额定容量QN的计算见公式(2):

2)

对上面的情况进行仔细分析后,负荷的有功功率P得以确认,若想确认无功补偿装置的所有补偿容量,需获得电容器投入前的功率因数cosρ1。电网在正常工作时,功率因数cosρ1与有功功率P都是不断变化的,这就使补偿总容量的计算需要在实际的负荷中使用科学的统计方法来获取。

有功功率P的确定方法为在统计的时间范围中,某一值的有功功率值与时间概率相等。功率因数cosρ1的确定方法为当负载率达到一定的数值以后才能计算到统计时间中,此时某一值的概率大于负荷功率因数,但某一值要小于负荷功率因数,所以通过数值定义将该功率定义为cosρ1

无功补偿装置中最佳的配置为3组左右的电容器,在确保投切元件的操作次数满足设计要求的情况下,使用不等容量的办法对电容器容量进行分布。

3.2 对控制器的质量进行有效监督

低压无功补偿控制器能不能正常运行是非常重要的,在电容器装置实现正常运行的前提下,使无功功率实现有效的平衡,促使电网电压达到合格水平。低压无功补偿装置的检测非常严格,一定要满足有关的规定,聘请具有权威的机构对其进行检测,对其可靠性的要求非常高。如果装置安装在高温环境中,需对高温试验指标进行严格的把关,在南方地区,对控制器进行高温试验时,其有效温度需保持在60℃以上。

3.3 对无功补偿成套装置的结构形式进行科学的挑选

电容器的专用投切元件结构是非常复杂的,它的可靠性无法达到电网无功补偿的需求。电网中客观存在着一定的谐波,在限制涌流的无功补偿成套装置结构形式和使用专用投切元件来投切电容器时,会存在一定的缺点,即其可靠性较差。先治理谐波电源引发的电压闪变和波动,再使用低压无功补偿成套装置进行抑制,低压无功补偿成套装置是由限流电抗器和高性能的低压接触器构成的。电容器的投切是借助低压接触器得以实现的,使用限流电抗器来抑制投切时出现的涌流。无功补偿成套装置安装在谐波含量最高的地方,在限制谐波放大时,使用的主要方法就是对电抗率进行科学的挑选。

3.4 使用监测管理系统监测低压无功补偿装置

在监测配电网能效数据时,可使用电网综合能效管理平台来进行操作,从而实现对能效的分析、诊断和治理,促使策略评估和节能改造得以实现。使用电网综合能效管理平台以后,促使能效设备管理规划得到不断的优化,监测能效数据的目标得到全面实现。图1为在线能效监测平台图示。

 

1 在线能效监测平台图示

“6+1”系统数据实现有效结合后,使设计设备状态指标和设备运行管理得以实现:

1)对设备的运行管理功能进行设置,电流谐波、电压谐波和功率因数不合格时进行及时提醒,电压出现失压、低压和超压情况时进行及时提醒,运行电流出现超负荷的情况时进行及时提醒。

2)使线路、班组和分局进行横向对标时,能快速地完成,为设备安全运行指标排名提供便利;使配网运行维护人员的巡查、巡线、设备现场故障分析等情况得以及时汇报;实现了配网设备维护、维修和预防性试验的及时提醒,终端用户使用该系统后,停电通知信息推送客户的功能就会得到较好的体现。

3)配网巡线计划和路线记录监督功能得以实现,同时配网巡视计划和路线记录监督功能也会实现;对同类设备的故障率排名进行了较好的统计,从而使高风险设备得到及时的发现;量测设备采集到的所有数据,用户可对其进行预警配置和预警规则,预警规则主要包括个性化规则和标准化规则两种。在对具体设备进行配置时,可使用个性化规则,所有的量测设备都可使用标准化规则。

4)量测设备采集到的数据已经超出预警规则的范围后,系统就会自动以邮件或短信的方式将信息发送给有关的负责人。

4 结语

综上所述,对低压无功补偿装置运行产生影响的因素有很多,想要提升低压无功补偿装置的运行可用率,重点是对分组容量和装置总容量进行确定,并对产品的质量进行严格控制。为了解决电容器专用投切元件可靠性不够、谐波放大等问题,应对低压无功补偿装置的结构形式进行合理的设计,制定出具体的低压无功补偿装置产品质量标准,并检测投切元件的质量。此外,还要利用在线监测管理系统对低压无功补偿装置的运行情况进行监测,保证低压无功补偿装置安全运行。

参考文献

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[4]吴凤春.大庆城市配电网无功优化补偿的研究[D].哈尔滨:东北农业大学,2003.

[5]曹伟.利用无功补偿解决配电网低电压问题的对策研究[D].广州:华南理工大学,2016.


收稿日期:2017-11-13

作者简介:卫才猛(1979-),男,广东阳江人,惠州供电局高级工程师,硕士,研究方向:设备管理。

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