无功补偿装置对电网电压调节影响分析
北极星电力网技术频道
作者:电力论文3
2007/12/24 18:44:43
摘要：对温州地区存在的电网电压偏低情况作了调研分析，指出了无功补偿容量不足、无功补偿自动控制器性能不佳等是造成电网电压偏低的主要原因，为治理和改善电网无功平衡，提高电压合格率，提出了相应的对策和措施，并建议加强无功补偿的宣传，健全相关的管理制度。
关键词：电压；无功补偿；电容器
一直以来，温州地区存在电网电压偏低的现象，电压合格率较省内其他地区低。2000年用电量激增，同比增长超过20％，最高月份增长超过30％。由于电网供电能力、网架结构等的影响，温州地区频频出现低电压现象，2000年9月23日7时40分时，220kV主网电压降至200kV左右，慈湖变220kV母线电压达193．99kV，永强变亦只有205．32kV，温州电厂出口仅为202．63kV。
无功补偿装置中应用最多的并联电容器装置是调节电压、提高功率因数、改善电压质量的有效手段，合理的无功补偿可以最大限度地利用设备供电能力，提高用电效率。针对温州地区低电压的实际情况，我们对该地区并联电容器装置的配备、管理和运行进行了调查，实地察看了乐清、永嘉两地的设备运行情况，以期挖掘潜力，并提出提高电压合格率的对策与措施。
1概况与现状
温州地区现有电力电容器约640Mvar，用户电容器约630Mvar（包括部分已分发但尚未安装的电容器）。其中220kV变电所6座，主变容量1530MVA。日最高负荷达到1370MW，相当多的变电所主变负荷率在70％以上。尽管对部分变电所进行了增容扩建，并相应增加无功补偿装置，同时还更换了部分110kV和35kV的主变（更新的主变改为有载调压型），且低压侧电压为10．5kV，对保证供电，提高电压合格率起到了积极的作用。但是，由于全社会负荷增长出乎意料地快，而前几年自备发电的用户由于油价上涨等因素也转而使用网供电，一时产生电力供需不平衡，低电压和电压不稳的现象时有发生，确实给电力部门带来很大压力。
2存在的问题
2．1无功补偿容量不足
2．1．1变电所
温州地区的220kV变电所主变容量及电容器组容量如表1。其中，飞云变原有2组10800kvar的电容器组，与1号主变配套；增容2号主变时因资金馈乏未能同期建设配套电容器组，造成该变电
所无功补偿容量明显不足。2000年9月23日7时40分时，220kV母线电压为201．58kV，与永强变相差3．74kV，而正常情况下仅差1．0kV左右。实地调研的乐清、永嘉两地110kV变电所分别有4座和3座，主变容量及电容器组容量如表2。
乐清的110kV白象变问题较突出，其无功补偿容量不足，设备老旧，而负荷又比较大。白象变装有2台31．5MVA变压器，共配置7770kvar并联电容器，分3组，占主变容量的12．3％。其中后两组为1984年安装投运，由单台容量30kvar的电容器组成（原每组容量1800kvar，系为拆除其中损坏的若干台而组成），已接近使用寿命，故障较多，需经常维护，给安全运行带来极大的不利，建议尽快更换。
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乐清、永嘉两地的一些负荷较大的变电所（白象变等）的10kV出线存在着母线电压和负荷功率因数偏低（低于0．8）的情况，无功补偿明显不足，白象变尤其严重，12条出线中有6条的负荷功率因数偏低。
2．1．210kV配电线路与低压用户
根据对线路累计输送有功、无功电量的计算所得的平均功率因数即可发现一些线路功率因数极低，只有0．6～0．7，无功功率严重缺乏。很明显，线路末端低压侧无功补偿不足是造成这种现象的根本原因。
我们知道，无功补偿的原则是“分（电压）层分（供电）区”平衡，尽量减少线路上的无功输送，降低线损，提高供电效率。而低压用户大量的感性设备及低功率因数电器的投入使用，只有采用分散的
就地补偿方式，才能起到较好的效果。
由于温州地区中小企业特别多，家庭工厂多，电机多，用户专变容量不大（大量的是30kVA、50kVA、80kVA三档），负荷涨落集中，峰谷变化明显，给电压波动带来明显的不利影响。同时，由于政府有关文件只要求对100kVA及以上专变实施功率因数考核，使得电力部门在低压无功补偿方面的工作难以开展。虽然电力部门已采取了措施，诸如推广随机补偿等技术，但是许多用户由于缺乏无功
已有的并联电容器拆除，一些用户领取并联电容器后闲置一边（有些是不知道如何安装）。同时，家庭用户中冰箱、空调器、节能灯等低功率因数家电大量增加；城市道路照明用的高压钠灯，其标称功率因数为0．4，而实测时仅0．26（有待验证）。如此汇涓流成大河，造成低压无功大量不足。一些配变即使安装了低压无功补偿装置也因补偿容量不足起不到有效的作用，而仅仅依靠供电部门的补偿手段远不能解决无功缺乏的问题，更何况仅在配变下进行补偿是不经济的。
如白象变711线负荷一般在715kVA左右，该线路仅有3台100kVA以上的配变，基本上3天停电1次。
归纳起来，主要有以下几个问题：
（1）缺乏对中小用户的无功考核手段，许多小用户仅装设有功表一只进行计量，没有约束的用户是低压网无功短缺的根源和管理的盲点。
（2）农网改造资金不足，一部分农村综合变安装了低压无功补偿箱，尚有部分没有配置低压无功补偿装置。
（3）低压无功补偿装置中问题较多，未能完全起到应有的作用。
（4）宣传节电力度不够，用户对无功补偿认识不足。
2．2自动控制装置故障
2．2．1变电所电压无功综合控制装置
目前，220kV变电所的电容器组由值班员人工手动操作，尚未安装自动综合控制设备，因此存在电压偏低已有相当时间，电容器组尚未能及时投运的情况。[FS:Page]
部分110kV变电所的综合自动化系统中包含了AVQC功能，但在运行中都出现了各种各样的异常情况，有些只调分接开关而不投切电容器，有些只投切电容器而不调分接开关，有时候又会莫名其妙地拒动，需经人工干预后才能正确工作。经温州局运行管理人员分析，有些是控制策略存在问题，有些则是硬件问题。目前在温州应用较多的是南瑞电网的DISA系统，有7个站。其他早期安装的上海申贝的产品，则无AVQC功能，且升级困难。
相比而言，单独的电压无功综合控制装置运行状况稍好，故障少一些。据不完全统计，目前约有11个110kV变电所实现自动控制并联电容器组，其中8套为内嵌在综合自动化系统中（1套已安装完毕，尚未投运），3套单独装置（2套已安装完毕，尚未投运），其余各变电所的电容器装置由值班员人工控制投切。
总的来说，电压无功自动控制装置在运行中均存在一些问题，应注意适当的设备选型，订货时严把质量关；综合自动化中AVQC功能设计要满足运行要求。
2．2．2低压无功补偿装置
已安装投运的低压自动无功补偿装置出现的故障较多，主要是厂家配套的控制器、投切开关等选型得不到有效的质量控制。
例如，据乐清供电局不完全统计，其辖区内使用的杭州某厂生产的无功补偿箱在已运行的不足2年时间内，其配套的TS8D控制器返修率达30％～40％，该控制器经电力部无功质检中心敦促于2000年才正式送检。
另外，当地用量较大的深圳华冠控制器也存在质量不稳定的现象，主要表现在功率因数指示有较大偏差。目前，装设于户外的低压无功补偿装置的最大缺陷是其内部的控制器不适宜在寒冷低温和暑热高温条件下工作。控制器按行标DL／T597－1996《低压无功补偿控制器订货技术条件》规定的工作环境温度为－5～40℃，而在浙江地区，户外冬天山区可达－10℃，夏天气温可达40℃，阳光直射下可达60℃以上，由于没有相应户外使用条件的产品的国标、行标，给生产和使用单位都带来困难，造成客观上户外装置故障率高，可靠性差一些的局面。有些装置使用半年到一年即因故不能投用了；白象供电所在专变、农村综合变下安装的81套补偿箱仅55套合格，4套停用，22套不合格。
2．3部分主变低压侧电压偏高、分接头档级偏大
目前尚有黄田、白象、苍南等9个变电所11台主变低压侧电压为11kV，由于额定电压选择不合理，造成10kV母线电压偏高而无功补偿不足的现象，影响了上一级的电压和功率因数的控制调节。
地区内（不含趸售县）尚有8个变电所的12台主变低压侧电压为11kV，且分接开关为7档，每档2．5％，存在调压幅度太大，低压侧电压偏高，不能有效投入电容器以及线损大等问题，影响经济运行。其中巴曹变等7座变电所电压合格率低于70％，最低仅30％。另外，尚有8台分接开关为无载调压的主变在运行。[FS:Page]
2．4一些变电所无功电压人工调整不及时
随机从白象变（无自动投切装置）取得的单日变电所母线电压及线路负荷整点报表，可以发现，电容器基本上处于投入运行状态，但有时出现110kV和35kV母线电压处在合格范围，10kV母线电压超高（超过10．7kV）的不合理现象。例如，白石变9月23日电容器一直处于投入运行状态，18时和21时35kV和10kV母线电压分别为36．97／11．03kV和36．60／10．96kV，35kV侧功率因数分别为0．92和0．93，此时10kV母线电压超高，宜调分接头档位。该类变电所电压无功运行情况较复杂，值班人员对电压无功认识不足、对电容器组和分接头操作不合理就不能正确运用调压手段及时地调节。在暂未装设无功电压综合控制装置的情况下，应制定无功电压运行规程，并组织值班人员学习和培训。
又如，从乐清供电局遥测报表看，9月23日22时虹桥变1号主变三侧电压分别为105．80／37．85／10．69kV（其中110kV侧电压已低于合格下限，35kV侧电压已高于合格上限，10kV侧电压已达到合格上限），功率因数分别为0．93／0．92／0．99，此时宜调节110kV侧分接头以适当降低中低压侧电压。
220kV飞云变和110kV白象变应列为首要改造的对象。220kV飞云变，应与2号主变配套增设2组电容器组，单组容量10800kvar。110kV白象变，对2组老旧电容器组进行更换和增容，拆除原1440kvar和1530kvar的2组电容器，改建为每组
逐步实施对剩余的11台110kV主变和12台35kV主变进行改造，换成低压侧电压为10．5kV的主变，并增加分接开关档位。将剩余的1台110kV主变和8台35kV主变改造为有载调压变压器。
应尽快使110kV小南变、广场变、江南变等的电压无功综控装置实施投运。对已投用的装置要对照电力行业标准DL／T672－1999《变电所电压无功调节控制装订货技术条件》及有关的VQC设计规范，进行必要的检查和改进。对装置的整定值应根据当地负荷变化、电容器组容量等实际情况进行合理设定，不能采取一刀切的方式。针对当地35kV变电所供电情况，对一些调压、投切电容器操作要求复杂的变电所要考虑安装适当的电压无功自动综合控制装置。暂时没有条件安装的变电所，应制订有关补偿电容器投切和主变有载分接开关调整的运行规程，并详细指导值班员了解负荷和功率因数的变化情况，学习掌握正确、合理调节分接开关、适时投切电容器组的操作策略，严格执行相应的运行规程。[FS:Page]
由于该产品生产厂家众多，质量良莠不齐，供电部门在选型采购时应特别慎重，并要指导用户选配优良产品。宜根据通过电力部无功补偿装置质量检测中心（浙江省电力试验研究所内）按有关电力行业标准实施检测合格的产品目录进行选择。对用于户外的产品尤其应参照标准执行，必要时应对产品的高低温适应条件作特别要求。在当前尚无合适标准的情况下，省电力公司可组织制订低压无功补偿控制器的企业标准，根据不同的使用场所提出相应的适用环境要求。对入网的设备要按企业标准进行严格的检验。
为了提高线路的功率因数,乐清和永嘉地区分别进行了线路无功补偿的试点工作,但由于目前此类补偿没有较为成熟的产品,他们选择了最简便的固定补偿方式,无控制和保护功能。在运行中，乐清有跌落熔丝烧断的记录，而永嘉运行情况尚好。
针对功率因数低、负荷重、在低压侧暂不便进行无功补偿的线路，可考虑在线路上进行高压并联电容器补偿。进行此种补偿时，首先应对负荷进行阶段跟踪监测（可选用负荷监测仪），确定最高、最低负荷，及相应功率因数。加装固定接入的电容器时，其补偿容量应按最低负荷校核，要求补偿后的线路在任何运行状态下均不得出现高电压，以免危及用电设备的安全。超过上述容量的补偿，一定要装备自动投切装置。
由于广大用户对“无功功率”的含义不明白，甚至连部分电力职工对此也不清楚，所以普遍存在用户不理解无功补偿的必要性以及补偿带来节能效益及其它利益，认为这仅仅是电业局的事。建议将“低压无功补偿装置”更名为“低压无功补偿节电（能）箱”，通俗易懂，使用户容易接受。同时给电力安装职工的工作带来方便，可促进就地无功补偿的工作。同时也应该加大有关“无功功率”和“无功补偿”内容的科普宣传工作，使广大用户和电力职工对“无功补偿”的含义、必要性及其意义有较深刻的认识，并能自觉的支持供电企业开展此项工作。
随着经济发展，在近一段时期中，中小电力用户会越来越多，转动机械负荷及低功率因数的负荷会大量增加。如不加限制规范，势必对电力网运行带来严重危害，也不利于节能。事实上，电力线损中10kV线路及低压网线损占到了将近7成。有必要从电力法规建设的角度来考虑对用电产品的功率因数的限制和要求，无限制地使用电力网的无功资源对电力网将造成严重的污染。建议将用户上缴的功率因数考核罚款作为用户装设和改造无功补偿设备的专款使用，实现谁多用无功谁多补偿的环保形式；或建议选用低功率因数的用电产品时应注意进行必要的无功补偿。[FS:Page]
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