探析新型无功补偿装置在10kV配电系统中的应用

刘云贺

(国网河北省电力有限公司柏乡县供电分公司，河北 邢台 055450）

引言：电力系统中，配电网络是保障电力运行的重要结构。保证其运行质量符合峰值需求，才能更好地推动经济高效发展。在实际应用过程中，配电网络结构构成过于单一，导致建设偏向有功装置，使得无功装置无法满足配电系统运行需求。缺少相关功率，导致系统运行过程中对线路损耗影响相当严重。配电网长期处于缺乏无功功率的情况下运行，尽管10kV变电所能够基于无功功率给予补偿，但是对于母线电压、线损等无法进行控制，使得配电可靠性降低。对此，采用新的装置完善配电网的无功功率，实现有效补偿。

一、无功补偿装置在10kV配电系统中的作用

调压变压器、同步调相机都属于无功补偿装置，前者实际使用会消耗一定无功功率，无法作为相关电源使用。后者则能够根据配电系统需要的实际功率做出补偿。并且该装置具有便于安装、低能耗的优势，能够有效预防无功功率出现到送现象。在10kV配电系统中，主要装置分为无功与有功两种类型[1]。实际工作中有功功率更多是负责电网运行，并将其消耗掉。在电感元件中电流不同的做工导致温度呈现出差异，在工作中应用相关技术更有效地推动供电质量提示。

二、无功补偿装置在10kV配电系统中的进化史

（一）固定式

早期使用的无功补偿装置，形式多是固定形式。目的是为了防止电流经过输送时出现异常现象，影响电网系统。固定式电容器占据电路整体30%，数值相对较小。并且多是在100kV以下使用，工作性质相对单一，无法从事高运行工作，对于电流高峰运行阶段，固定式电容器根本无法发挥作用。固定式补偿装置安置于电线杆上，外表长期裸露在外，安全性无法得到保障。即便电路断网，挂网依旧无法推出，再度开启电力输送有极大危险，当前已经不再使用。

（二）人工式

10kV配电线路在电力系统发展历程中，不断地运行和改善。发现电流在白天夜晚的变化差异较大，为了在电流数值较高的阶段进行无功补偿，引进容量较大的电容器组，并投入人工辅助开展运行。但是依旧无法避免意外事件发生，例如在电量需求量较大的生产厂家，会由于不间断的赶工加班，导致工厂突发性停电，导致产量生产受到影响。为了保证安全范围内能够有足够的电力，多数情况下会占用无功功率用于解决电力问题，但是从整体来看，补偿效果并不明显。还会在补偿时提高工作难度，留下安全隐患。

（三）简易型

简易型无功补偿，是吸取了人工式无功补偿的经验衍生的方法。能够通过分体式构件，融合对应的控制单元，用以替代人工进行操作，实现自动化投切。

（四）一体化

箱式一体化无功自动补偿装置，完善了简易型分体式装置，解决以往分体式装置的特点。首先，从外观来看，箱式一体化补偿装置发生巨大改变，内部设备布局更加合理。但是设备布局在箱内，需要单杆架设对其固定。同时增设一定的副架，保证内部有效固定。并配备相关的避雷、保险等装置，做好接地工作。箱式一体化无功补偿装置，不但有效对时间进行控制，传导设备也十分先进，在不断研究的背景下，能够创新电压数值形式，更好地实现电子集成发展[2]。

三、10kV 配电系统中的新型无功补偿装置的设计

现阶段的10kV配电系统无功补偿装置多是采取静态补偿的方式，根据补偿方式能够提高功率。但是由于设备处理能力较差，导致补偿装置设计过于简单，难以满足无功补偿需求，使用的电容器在用电高峰时段出现无功补偿能力不足的现状。针对于无功功率补偿装置设计，本文提出新型无功补偿装置设计，满足10kV配电系统负荷波动时对于无功功率的需求。根据10kV配电系统特点，基于DSP对10kV线路做无功补偿，满足系统的动态补偿需求。

（一）位置确定

在对10kV配电系统设计补偿装置时，需要将装置置于线路负荷2/3的位置。这样能够改善电压输出情况，降低线路运行期间的损耗问题。并且根据电路输送的实际情况，设计补偿容量。通常情况安装的电容器数量较多，目的是降低电容量的损失。但是投入的维修和安装成本相对较高，长远角度来看不利于企业发展。在实际工作中，对于超负荷的线路，使用两个设施保证效果，降低成本投入量。安装确定好具体位置，满足线路的需求。还能够采取单点补偿的方式，将其安置在电线杆上，禁止使用分组投切的方式，能够用简单的方式保护线路，使补偿效果最大化。

（二）容量确定

在设计无功装置补偿的过程中，需要确定容量是否能满足线路的要求。承载过大过小都会影响无功补偿的有效性。当数值处于合理的区间内，才能防止过电压等事故发生，并对设备的散热效果优化，提高电容器的工作安全性，降低线路损毁程度，起到推动发展的效果。

（三）补偿点确定

无功补偿装置能够对负荷电路进行优化，缓解能源损耗的问题，保证供电的稳定性。根据安放的补偿装置做出合理演算，使电压得到改善。通常用功损耗根据补偿电容安装，来减少线路对其使用次数，根据使用需求补偿无功、有功功率。同理有功电使用也会降低损失，使线路损失降至最低。根据计算的相关点，对不同节点容量补偿情况进行了解，同时对相关点数值进行排列，计算出实际需要的备选地点[3]。多数补偿点都设置于节点处，通过计算能够获得最佳补偿方式，找到适合的位置。

四、新型无功补偿装置在 10kV 配电系统中的应用

10kV配电系统中无功功率分为两种形式，无功功率在系统中用来实现线路功率变化，有功功率则是系统实际消耗的功率。当系统内缺少无功功率时，系统将会出现电压下降的情况。为了保证配电系统无功功率得到补偿，配置补偿装置必不可少。结合10kV系统分析新型无功补偿装置的应用价值，分析应用效果。

（一）DSP 的新型装置

在10kV配电系统中，无功补偿装置可以分为容性与感性，分别代表电压相位靠前以及电流超出电压。有功功率在系统中的作用是将传输的功率加以转化，转变其数值，一旦出现无功功率不足的情况，将会造成电压值开始下降，低于正常值。因此，在系统运行过程中，无功补偿是必不可少的一部分。

1.新型无功补偿装置原理

新型无功补偿装置是根据当前各种类型的设备优化，对设备优点总结设计的装置。其构成包含了电容器组、避雷器等多种设备，与传统补偿装置的区别在于。新型无功补偿装置采用双电容组，采取星型布线的方式，确保配电系统交流时能够进行投退。使用DSP为控制芯片，对线路电压传输质量进行稳定，保障线路电压质量完善。新型无功补偿装置多是安装在屋外的集装箱内，能够以简洁的安装方式来简化安装过程。

2.硬件结构

10kV配电系统的无功装置通过TV、TA对线路的信息进行有效采集，将采集信息传输，经过隔离变送模块转化为小电流，送入隔离室进行转化。此时输入芯片转换通道，完成采集任务。DSP借助电容器发出投退指令，发射信号给光耦隔离，实现驱动元件的操作。

其核心部件采用的是CMOS技术，在DSP芯片中能够发挥出强大的数据处理能力。并且能同时拥有16个外行串接口，用以连接各项设备，结合自身的计算能力来满足实时分析数据的需求；无线通信则是通过GPRS作为传播媒介，有着传播速度快的特点，能够基于无线通信的基础上实现远程操控。使用GPRS数据传输模块登录平台，能够获取到IP地址，分别注册到域名服务器中，再进行交换，通过传输的方式借助IP协议创建传输模式，无需额外布线。

3.电容器组的投退控制

传统的无功补偿装置，设置的电容器组的投退控制方式，通常根据电压、按功率等因素来进行控制。其中按功率控制，是在线路有功功率出现变化的时候，功率因素无法满足无功的变化，线路负荷波动开始变化并增大。此时切投会产生相当大的电压反应，造成电压振荡；按电压控制，线路变化无法将功率变化反映出来，在临界区会产生振荡现象；而无功控制会导致功率处于临界值，造成电容器组频繁出现投退现象，造成电容器损毁现象。因此，基于DSP的新型无功补偿装置，能够采用双电容组，转变传统单一控制局面。更好地满足电压振荡需求，寻找新的投退控制方法[4]。

传统的控制技术会在上下限区域出现投退现象，对其优化后依旧无法有效控制。本次的新型无功补偿装置对其优化，采用电压与无功结合的方式，经过优化改造后的控制技术，能够有效满足投退的需求。预设好投退的影响定值，根据预设电容器定值，根据上下限区域的电容器，对投分别投入的电容器无功上限进行划分，并考虑好投退后电压振荡问题。做好区域内合理的规划，保证电容器能够有效实现投退操作，线路负荷波动在投退后不会出现较大的波动。

4.控制软件系统

针对于无功功率控制采用的是集成模块，无功功率在设定的范围内，电容器不投切。一旦超出设定范围，按照设计的原则进行投切。保证各电容器使用时长保持一致，提高电容器的使用寿命。控制逻辑图根据框架开始执行命令，判断正确继续下一组操作，判断否则继续下一个环节，继续对实际情况加以判断，通过判断电容器是否投入。

（二）新型无功补偿装置应用效果

根据新型无功补偿装置在10kV配电线路安装使用后，能够发现运行期间能够保证良好的运行态势。并且线路电压、电流等信息采集灵敏，信号传播流畅。电容器在投退过程中，也能快速做出反应。根据新型无功补偿装置与传统装置相比较，通过对比装置投入后采集的日功率因素变化，根据变化的实际情况，分析的结果是：未投入新型无功无偿装置前，10kV配电线路由于功率因素较低，在运行过程中，功率因素在0.84-0.95之间，功率导致线路的损耗影响较大。而应用新型无功补偿装置后，线路能够保持功率因素在0.95，与未投入无功功率补偿装置相比较，功率因素呈现提高的情况。减小了系统无功输出的功率，增加了电力系统的输电能力[5]。

根据未投入无功补偿装置与投入补偿装置的线路电压运行水平相比较，能够发现投入后的配电系统线路电压能够保持在10.1-10.7kV之间，提高了系统电压的运行效率，基于末端的线路电压也能达到这一标准，有效保障了电路系统的供电系统。新型无功补偿装置在投入后，与以往装置相比较，有效降低了线路功率损耗率，比例高达2.12%。能够保证电量处于中等水平，根据10kV配电系统的年度电量占比，按照每度电的费用进行计算。在采用新型无功功率装置后的电网运行效率，为电力企业提高的效益累积能够按照每度电费用*2.12%=实际效益，减少每年度至少百万元的成本。

结论：综上所述，通过对新型无补偿装置进行探究，并与以往的装置与新装置畕畕的无功功率差异。通过对比展现新型装置的功能，更好地发挥装置在配电系统中的节能效果。有效提高系统功率，在安装过程中克服以往变压器的短板问题，解决电网末端电能质量低的问题。提高电网运行线路质量，推动国内电力技术更上一层楼。