基于快速开关型配网串补装置对改善配网电压质量的分析

摘要随着我国经济蓬勃发展，GDP 总量已经跃居世界第二，电力作为我国经济发展的主要能源，人们对于电压质量的要求也越来越高。合理的无功配置不仅能够降低线损、提高供电能力从而保证电压质量,而且还能提高电网的稳定性，特别是电压稳定性。随着配电系统负荷的日益増长,无功需求也日益增大,当无功功率不平衡时,会出现系统功率因数和电压降低、电能质量下降、线损增加等问题,因此配电网的无功补偿是降低线路线损、提高电压质量的重要措施,保证配电系统安全稳定运行的一项有效手段。论文针对 10kV 配电网电压质量及配电网串补装置进行分析研究,旨在发现 10kV 架空配电网运行无功功率补偿节点,并采取提高电压质量的调节措施。论文首先对架空配电网及配电网串补装置的相关理论进行论述,并且针对现阶段国内外有关电压质量的相关文献进行分析和总结，以我国湛江廉江供电区为例，分析其10kV 配电网电压质量进行现状分,通过分析笔者认为廉江供电区区域配电网电压质量存在的末端电压较低等等问题;然后论文提出了提升湛江廉江供电局 10kV 配电网电压质量的技术措施,主要借助基于快速开关型配网串补装置技术的调节,并对提升后的电压质量、电压波动率、线路线损进行综合分析。论文针对所存在的问题查找原因及实施评价,将目前运行方式下供电半径长的 10kV 线路负荷末端电压波动范围由现在的±20%以上控制到国家标准 GB/T12325 规定的±10%以内。解决 10kV 高桥线路存在的电压过低问题，为解决湛江廉江供电局 10kV 线路电压质量问题探索出一条投资少、见效快而又方便运行维护的解决途径。同时也能够进一步改善我局的配电网运行水平,提高居民用电质量。关键词：10kV 配电网、电压质量、串补装置第一章绪论1.1课题研究背景及意义廉江位于广东省西南部，雷州半岛北部，与广西接壤，濒临北部湾，地域总面积2835平方公里，人口200多万人。地处南亚热带和北热带的过渡带，属南亚热带、北热带、亚湿润季风气候，是传统农业大县和工业强县，盛产水果，号称百果之乡;是广东40个产粮大县中表现较突出的县级市;是粤西唯一一个全国生猪调出大县;廉江工业种类齐全，以电饭煲产业的总体表现最为突出，廉江电饭煲的产量已经占据了全国电饭煲总产量的30%，也被称之为“电饭煲之乡”。由于廉江地区本身的煤炭资源比较缺乏，一定程度上限制了廉江地区在火电建设方面的可持续发展，在此背景下也形成了廉江地区独特的电力工业发展格局。随着我国改革开放的深入发展，我国经济发展水平也有了相应的提升，电网建设取得了非常惊人的进步。与此同时，我国人民对于生活质量要求的提升也让我国用电负荷方面飞速增长，我国农村地区的居民对电能质量的要求也在逐渐增加。与主网进行比较的话，配电网本身所具有的电能质量能够给用户带来更为直接的感受和体验，针对我国农村地区电压稳定性进行处理也显得非常的必要1-3。我国县级供电区电压合格率较差，以廉江地区为例，由于廉江地区的农网处于山区和丘陵地带，这也导致了变压器最大供电半径的客户在线路末端存在着供电电压低的问题。近几年来，随着我国农村加工产业的不断发展，农村地区用电负荷也逐渐增多，并且受到季节性的影响明显，这也给廉江地区农村低压线路的电压管理带来了比较大的挑战。如果在平常的用电中受到了突发性的电压质量影响的话，不仅仅会给用电客户带来不便，同样也会造成供电企业在经济方面的损失。从现阶段廉江地区的电网构建现状可以看出，其与国际先进电网进行比较的话存在着非常大的差距。随着经济社会的不断发展和进步，全面建设小康社会工作的开展也对我国供电的质量和服务提出了更高的要求。我国现阶段县级电网基础设施建设较为落后，因此，针对电网的建设和发展也是一项比较长远的工作和任务。1.2国内外研究现状1.2.1配网电压质量解决措施的研究现状针对现阶段配电网在电压质量方面所存在着的问题，我国国内配电网通常会采取以下几个方面的解决对策和措施：4-14（1）根据负载情况来合理的调整线路的运行方式。首先针对整个电网的负载情况来进行合理的分析，针对负载的具体情况进行调整，从而也能够避免变压器的轻载运行。一般来说，如果变压器的负载率呈现出50%到60%之间是合理的。对于普通的变压器来说，如果其整体的负载是少于30%的话，那么应该根据相应的经济情况来进行检查，检查工作完成和结束后应该及时的更换变压器。如果是整体的负载在70%到80%左右的话，那么就可以开展技术和经济方面的比较，针对比较的结果来调整是否需要更换相应的变压器。进行相应的负荷预测，如果是在节假日这种低负荷的时间段，那么就可以把负荷尽可能的从一台变压器或者是多台变压器中进行集合，也能够减少变压器在功率方面的损耗。现阶段在我国配电网络的发展过程中，针对其相应的运行和管理措施仍然是存在着一定的局限的，针对高峰期或者是低谷期都是需要针对符合线路进行调整，也会给线路路的运行和维护带来一定的管理压力。（2）根据不同的用户在负荷方面的情况针对不同变压器的分接头进行选择。更换变压器抽头可以将变压器的二级侧电压控制在合格范围内。此方法是电压调节的常用方法。变压器与变电站之间的距离差会导致一次侧电压升高或降低，从而影响二次侧电压。根据经验，如果变压器靠近电源，则将变压器的分接头设置在95的位置。如果变压器远离电源，则可以将变压器的分接头设置在102.5的位置。如果变压器位于线路末端，则将变压器的分接头设置在105的位置，这有助于二次侧电压接近额定电压。但是变压器抽头的可调范围很小，不能解决供电半径大线路的电压质量问题。目前，无载调压变压器已广泛应用于配电网，其控制能力较弱。变压器分接开关不能根据负载变化独立响应，实现动态电压的自动调节，且需要停电处理，这会影响设备的供电可靠性，并增加运行和维护压力。（3） 根据区域总体规划，合理布局配电线路。配电网的改造包括电网结构，新线路能够有效的减少相应的供电半径，通过这样的方式也能够有效的提升整个高电压的水平，增加变压站针对有功率和无功率进行合理的分配。这样的方法也能够从线路运行的本质问题上进行有效的解决，这也是基于配电网长期发展所开展的设想和考虑。能够针对现阶段的配电网络进行合理的改革和完善，也能够为整个配电网络提供稳定且有效的运行环境。但是采用这样的方式在整体的项目投资方面是比较大的，对于投资人来说相应的投资期也是非常长的。目前在我国很多的乡镇中都是非常难以开展的，这种方式仅仅只适用于发达地区的改造，针对配电网电压低的问题并不能够进行有效的解决。（4）在不缺少无功功率的配电系统中，主要是通过载调电压来针对电压进行调节，在中间变电站的变压器和终端变压器之间进行安装。它的调压相对灵活，通常用于对调压要求高，变电站负荷曲线差异较大的配电网。但是，有载调压器的成本很高并且控制复杂。在某些地区，由于电源半径长且线路负载重，在各种操作模式下很难满足不同的负载点对于电压的不同要求，如果其满足某些负载要求的话，那么在另一部分的电压便宜就会超出一定的允许范围，这不能解决线路的整体电压质量问题。（5）也可以采用并联无功补偿的方法。现阶段并联无功补偿的方法也是针对我国国内配电网电压质量问题所采用的一种比较常见的解决方法，与配电网改造相比，其投资额度大大降低。特别是随着我国城市配电自动化程度的不断发展以及我国农村配电网络的不断完善，我国农村电网升级和改造工程也得到了进一步的普及，在配电网的无功补偿方面整体的能力都得到了极大提升的提升，降低线路方面所产生的损耗。但是，由于调压效果与经济性之间的矛盾，并联无功补偿装置在国内配电网中的应用存在以下主要问题：（1）投切开关方面的问题。投切开关是整体的接触器，在开启的动作方面是比较频繁的并且噪声是比较高的，在响应速度方面较慢，不能够在无功功率的系统中进行及时且有效的跟踪和补偿。在电容器进行投入使用的过程中，一般来说会产生比较强大的电磁浪涌电流。如果把整个电容器进行切断的话，那么也会产生过高的电压。如果要把电容器进行再次的运行的话，那么就需要针对其进行完全的发电出力。虽然目前针对电力电子技术方面的制作已经非常的成熟，但是由于一定的经济方面的原因，其也不能够完全的取代接触器。（2）通用控制器方面的问题。在整体的通用控制器方面的干扰能力是比较差的，也会出现一定的错误动作或者是崩溃的情况，因此其不适用于谐波系统。由于这种通用控制器的整体功能比较简单，因此也难以有效的满足在高级补偿系统方面的要求，如果是当等容循环切换控制的策略执行的过程中，因此导致整体的补偿精度比较差，如果系统长时间处于欠补偿的话，那么其平均的功率因数也就会呈现出较低的情况。尽管近年来已经使用了各种先进的无功功率补偿设备，并且其控制技术得到了迅速发展，现阶段设备的价格方面是比较高的，因此在故障方面的产生次数也比较多，在这样的情况之下其也不能够针对普通并联电容器的地位进行取代。（3）使用寿命短。无功补偿装置的制造商水平是参差不齐的，因此也缩短了相关设备的使用寿命，在一定程度上增加了企业的投资成本，也不利于整个设备的广泛应用和推广。（4）在无功补偿设备管理方面缺乏经验。许多无功补偿装置投入配电网后，由于其安装的位置是比较分散的，因此其所产生的作用没有受到人们的广泛关注。对于电力系统基层人员来说，如果不能够针对相应的设备进行及时的检查和维修的话，那么无功补偿的装置也不能够发挥其本身的作用。1.2.2串联补偿装置的国内外研究现状现阶段国内外都是采用并联无功补偿的方式来有效的提升整个配电网的电能质量，通过这样的方式也能够有效的降低整个线路受到损伤的情况。特别是爱发达国家中，如果电力消费增长的速度缓慢，并且电力工业的发展比较成熟，那么配电网整体的自动化程度也就会不断的提升。目前在美国中，如果是针对供电半径比较长的线路来说，那么其通常会在无功需求比较大的区域安装相应的电容器来进行局部的补偿，如果是针对欧洲的一些小国家来说，由于其本身的土地面积以及人口数量，导致其农村配电网络供电的距离比较短，因此其通常是采用变电站集中补偿的方式来进行电压的有效控制15-22。由于并联补偿其本身方面所存在着的一些缺陷，这也造成了其在应用方面有着一定的局限性，具体的表现在其针对节点电压的控制以及潮流的控制。在其进行了相应的补偿之后，在补偿区附近的电压都会相应的增加，能够在总体的效果方面达到良好的控制水平。因此总体来说，在并联补偿方面其并不是能够针对电能质量问题进行解决的唯一方法和选择。随着电容器制造技术的不断进步和发展，串联补偿技术在现阶段的发展中也得到了非常广泛的应用23-24。在上个世纪六十年代左右，串联补偿装置开始在我国得到较为广泛的研究和应用，但是由于种种原因的限制，导致串联补偿装置的研究和应用中断，一直到上个世纪九十年代才开始重新的推广和使用这样的基础。我国许多的学者和专家针对串联补偿技术都进行相应的理论研究和分析，这也在一定程度上促进了在我国的推广和因公。淮阴在2000年徐州三堡开关站首次使用两套200kV固定串联补偿装置，串联补偿度为40，容量为2 x 500 Mvar， 不仅仅降低了整体的工程造价，同样有效的提升了系统整体的稳定性和可靠性。串联补偿技术在整体的配电网络中有着非常独特的地位和作用，通过这样的技术能够针对配电线的电压进行合理的分布，也能够有效的减少整个电源线末端总体的电压降，采用自适应的调压和实施响应的方式，是非常适合我国偏远山区的特点的。并且串联补偿技术本身的结构和控制也比较简单，能够针对一般的配电线路进行优化和补偿。以美国、加拿大和瑞典为主的欧美国家使用串联补偿技术来针对80KV以下的电压问题进行解决。在上个世纪二十年代末期，美国政府在33KV的电网中首先安装了串联补偿电容器，希望能够通过这样的方式来改善电网潮流； 在1940年代，苏联开始在3-33kV网络中推广使用串联补偿技术，以提高电压质量。可以看出，在国外，串联补偿技术在配电网中的应用甚至早于输电网络。 通