分析10KV配电线路无功自动补偿装置的设计与安装

李纪冬 焦大超

摘要：随着我国用电负荷的增长，部分供电半径大、功率因数低、线路损耗大的 10 kV 农网配电线路无法满足用户需求，必须要设计自动无功补偿装置进行无功补偿。

关键词：10kV配电线路；无功自动补偿装置；设计；安装

引言

10KV 配电网络广泛具有供电质量差、功率因数低、线损大的情况。尤其是农村 10KV配电网。由于电网结构不合理、负荷季节性强、配电变压器负载率低。从而造成网络功率因数变化频繁，电网线损率居高不下，配电网所需要的大量无功功率靠主网输送，加大了线路的电压损耗和网络损耗。国家的规范要求和现实的应用实践都表明，在 10KV配电线路上实施无功补偿的必要性和重要性已被广泛认可，而能够实现无功自动补偿在近些年已受到很多供电企业的极大关注。

1 10kV 电网的无功补偿装置设计的重要意义

随着社会的不断进步，人们对电力的需求逐年增长，从而造成了电力系统负荷功率负担过重，谐波源和负载不平衡，已经对人们的生活造成了困扰，急需一种新型的方法来应对上述问题，科学技术的大力发展，为新方法创造了一个比较好的前景，近些年来，国家在电子技术方面发展迅猛，无功补偿和电网谐波治理新技术取得的新突破，解决了以前很多的问题，虽然配电在电网的过程中起到重要的作用，但是损失也是极其之高的，而无功补偿在这上面可以很好的降低损耗，并且很好的提高输电质量。在传统的设计过程中，虽然充分考虑到无功优化网络以及规划，但是对操作优化上的设计却很少的进行考虑，因此本论文从 10kV 电网的无功补偿装置设计出发，充分发挥网内各种设备的作用，从而实现全网无功优化调度，最终提高电功率。

2 10kV配电线路无功自动补偿装置的设计

2.1 硬件设计

根据设计要求，需要采集的模拟量包括电网的三相电压 U a、U b、U c，三相负载电流 I a、I b、I c。无功补偿控制系统的整体硬件结构主要由信号采样电路、信号调理电路和 DSP 外围电路部分组成。数据采集部分将三相交流信号经过电压互感器和电流互感器进行提取，经过调理电路，包括滤波电路和运放电路连接到 DSP 的I/O 口，从 A/D 口输入的数据在 DSP 中进行 FFT 运算。控制器硬件设计构成部分为：DSP 最小系统、信号采样部分电路、信号调理部分电路、抬升电路以及驱动部分的电路等。由 DSP 进行运算、处理，计算出判据条件、无功功率或功率因数。根据控制方式判断所需投切电容量，并通过 I/O 口将投切指令输出到继电器驱动电路；驱动电路接到信号后，通过继电器开关控制补偿电容器组的投切。

2.2 判断电容器组投切

为了判断电容器组投入值和切出值大小，需对测量值和设定值进行格式化处理：1）扩大测量值和设定值；2）分别计算感性和容性状态下的功率因数测量值；3）分别计算感性和容性状态下的功率因数设定值。如果出现过电压现象，那么需对电容组进行延时处理，并丢弃一组电容器；如果出现轻载现象，那么需延时一段时间之后，再丢弃一组电容器。对过压和轻载现象进行判断，查看测量值和设定值是否返回到正常值，如果功率因数测量值大于等于切入值，那么需对电容组进行延时处理，再丢弃一组电容器；如果功率因数测量值小于投入值，那么需对电容组进行延时处理，再投入一组电容器。

2.3无功补偿触发系统的设计

在设计触发电路时，TSC 的触发角应严格按照峰值触发机制，以防止导通瞬间产生过电流，而 TCR 则应使其触发角保持在 90°～180°之间。当控制单元判定一组 TSC 进行投切时，触发单元中的锁相环模块将采样电网电压并进行同步，于电网电压自然换相点处给出触发脉冲。而当控制单元判定 TCR 進行投切时，需先通过一组计算电路，当投入无功量为负值时，认为系统发生了过补偿，此时计算电路将直接导出触发角90°，脉冲信号于 90°点给出，TCR 全导通；若是无功量为正，计算导出的触发角就为 180°，认为此时TCR 关断。

2.4 无功补偿远程无线集控系统

无功补偿远程无线集控系统主要是通过遥控器从而对无功补偿系统进行一定程度的综合管理，通常情况下该项技术包括各个方面，比如运输数据，无线通讯，智能化等等，主要是通过应用智能手机芯片，电信通讯系统以及处理器等等从而对显示器进行控制。无功补偿远程无线集控系统采用的是大规模集成电路技术，此技术的优点在于微型控制，同时也可以抵抗干扰，具有十分齐全的功能，而且运行的比较稳定，操作方便，安装简便，此技术连接的软件使用也是方便简单。

2.5软件设计

采用模块化设计，既方便修改检查，同时加快了执行的效率。根据系统的硬件电路与设计功能要求，控制保护主控软件包括五个主要模块，对于功率因数的控制要先对系统的无功与功率因数做检测计算。当无功功率超越上限时，系统的功率性质呈容性，说明投入的电容器使系统出现过补偿，此时应马上控制继电器切除所投入的电容器。然后再通过计算得出新的功率因数，进而计算出所需投切电容的容量，当电压过零点时投入相应的电容。由于补偿用的电容器连接方式有三角形接法与星形接法两种，所以每相投切电容量的计算也有区别，当电容接线方式采用星形接法时，设 Q 为需补偿的无功功率，U 为测量所得的线电压大小， 为流经电容的电流，根据下式可计算出所需投入的电容量 为：

3 10kV配电线路无功自动补偿装置的安装过程

与普通的电路设备安装情况不同，无功补偿装置在 10kV 配电线路中的安装过程具有其固有的特殊性，不仅对安装技术具有更高的要求，对各项参数控制、操作细节控制等均做出了严格规定。因此，必须对无功补偿装置的安装过程进行全方位的严密把控，避免出现安装漏洞。在安装过程中，首先应对线路的电压控制目的进行全面调查分析，并在此基础上确认电流流径位置，为电容器的参数奠定合理基础。其次，对安装施工人员进行综合素质考查，包括无功补偿装置的专业安装技能测试、施工技艺测试等，对容易出现的漏洞，如电压错位、电流错位、互感器损坏等情况进行严格把控，以保证设备的安装质量。另外，在无功补偿装置的安装流程初步完成的情况下，安装施工人员还应对该安装设备及其所在线路进行符合规定标准的检测，一旦发现异常，应及时进行具体探查，并采取补救措施。可见，只有充分保障安装过程的科学性与合理性，才能为电流运行提供稳定、安全、高效的技术保证。

结语

综上所述，10kV 配电线路是配电网的重要组成部分，随着社会经济水平的提高，供电企业对配电线路的节能技术要求越来越高。无功补偿装置作为一种节能的优化式工具，有助于配电线路中电容器的合理配置，具有安装简便性、节能高效性等特点，可见，明确无功补偿装置的设计与安装要求与细节，是现阶段供电企业节能电网建设的关键。

参考文献

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（作者单位：1.天津市汇峰工程设计咨询有限公司2 天津中电华利电器科技集团有限公司）