强化无功补偿管理提升电网电压质量

■ 国网山东省电力公司成武县供电公司 胡丛飞 孙芳普

随着产业结构和能源消费方式的改变，配电网供电能力与用电需求差距愈发突出。同时，大量精密制造、自动化设备等敏感负荷的广泛使用，对配电网供电电压质量提出了更高要求。

电压质量管理现状及痛点

新型电力系统构建对电能质量管理要求更严。分布式光伏和储能设施大规模接入，配电网逐步向源网荷储多要素共存的有源网络演变，但目前配网对电能质量污染源用户接入管控不足，电能质量监测、治理手段缺失，电压偏差、谐波、功率因数等指标受到一定影响。

10 千伏配网电压质量是衡量供电质量是否符合标准的一项重要技术指标。例如供电服务坐席人员在供服系统监测到某台区所接带用户低电压，第一时间派发低电压工单至台区经理，台区经理携带工器具现场核查，使用万用表对用户侧电压进行测量，发现现场确实存在低电压问题后应开展以下检查：首先查用户表计、JP 柜出线开关等关键节点接线端子是否存在氧化、接触不良等问题，经检查无问题；检查配变挡位，经检查配变挡位已在最高档；检查JP 柜内台区无功补偿装置，发现无功补偿装置存在鼓胀现象、无法正常使用，造成台区无功缺额较大，用户侧电压较低。这可以看出无功和电压管理对用户侧电能质量影响较大。

无功补偿优化管理措施

成果介绍

通过全面排查配变电容器设备运行情况，划分“网格化”无功管理布局，以台区融合终端作为“边”设备，部署电能质量在线监测App，与电能表协同应用，实时监测客户运行状态、电能质量和上网电量等数据，实现全量运行数据尽收眼底、尽在掌握，在供服系统部署区域（即划分的网格单元）无功协同联动控制策略，精准研判区域内无功缺额情况，统筹长远目标与近期需求，下发运检工单筹备长期优化方案，依托智能融合终端自动投切区域内闲置电容器组确保短期内无功就地平衡，实现首创区域无功协同联动控制，有效解决配变电容器利用率低、无功异常大、集中补偿难度大的问题。

功能展示

App 配变电容器智能监测。配变低压侧实现智能融合终端全覆盖，基于智能电容器标准物联网通信协议，在配电物联网应用平台开发无功补偿设备控制App，通过物理连接和主站调试，将智能电容器投切状态、补偿容量和功率因数等数据接入融合终端，通过融合终端将数据上传供服系统电压质量全景监测平台，实现配变电容器的运行情况全监测。

平台划分区域无功协同联动。在实现线路所接带配变智能电容器监测全覆盖的基础上，以负荷分布、供电半径为原则进行网格划分，在供服系统云主站部署无功缺额计算和电容器投切策略，通过融合终端的远程控制，实现电容器的精准投切，达到网格内无功协同联动的目的。

划分联动分组。根据线路所接带配变的实际运行情况，按照如下原则划分网格化联动分组：供电半径超过10 千米或所接带配变大于30 台的线路，分组数宜大于3 组；供电半径小于10 千米或所接带配变小于30 台的线路，分组数宜小于或等于3 组；在区域内供电半径2 千米内有配变集中分布的，宜集中作为1 个联动分组；若线路接带配变分布较为分散，根据实践经验建议在一定供电半径内合理划分联动分组（分组供电半径一般不大于2 千米）。

云主站部署计算无功缺额。根据《电力系统无功补偿配置技术导则》（Q/GDW 10212—2019）无功补偿容量计算方法，配变无功补偿容量应按照变压器实际参数，结合负荷侧预测无功缺额，在云主站部署计算无功缺额策略，分别计算各联动分组内功率因数不达标配变的最大无功缺额。

工单驱动无功优化管理。根据云主站计算得到的存在无功缺额的配变信息，研判可能存在的无功管理问题，下发运检类工单至台区经理，制定长期优化方案，查漏补缺，完善区域内无功就地平衡问题，如表1 所示。

表1 配变无功缺额长期优化方案

电容器分组投切。针对目前网格内出现的配变无功缺额，按照从电源侧至负荷侧的方向，选择网格组内距离无功补偿不足的配变最近的闲置电容器组进行投切。分组投切策略通过云主站布置，判断所须投入电容器的组数，利用智能融合终端的远程控制功能对所须投入电容分组进行自动投切，从而满足当前网格内中压侧无功缺额的补偿。分组投切策略应满足以下原则：当投切电容器最小分组容量满足网格内配变无功缺额时，可进行远程投切；当投切电容器最小分组小于网格内配变无功缺额时，须就近选择其他电容器组，一并投切；当投切电容器未分组或分组容量大于网格内配变无功缺额时，须就近选择其他电容器组以供投切。

取得成效及社会效益

以10 千伏甲线路为例，线路总长11.5 千米，所接带配变共计32 台，均已安装智能融合终端，配变电容器为智能电容器。按照联动分组划分原则，综合考虑线路负荷大小和供电半径，从地理位置区域负荷分布选择，共计划分为5 个无功联动分组，分组供电半径最大1.95 千米、最小1.21 千米，如图1 所示。

图1 10千伏线路地理接线图

以联动分组1 为例，乙配变额定容量400 千伏•安，功率因数小于0.9，且该配变电容器已全部投入仍无法满足当前无功须求，系统触发区域无功联动调整策略，通过距离乙配变供电距离最小的3 个配变自动投切电容器分组容量，使乙配变该点的中压侧无功缺额得到补充，从而减少无功远距离传输带来的线路损耗，有效解决部分配变电容器利用率低的问题。在联动分组1 中，各配变通过无功联动优化调整前后的数据对比如表2、表3、表4 所示。

表2 优化前配变信息数据表

表3 优化后配变信息数据表

表4 各配变无功联动优化调整前后数据对比表

通过数据对比，该联动分组某一时刻无功总缺额397.76 千伏•安，平均功率因数0.91，投入电容器组数为19 组。通过无功联动优化调整后，该联动分组原始数据无功总缺额317.67 千伏•安，平均功率因数0.94，新增投入电容器4组，新增补偿容量80 千伏•安。

根据DL/T 686—2018《电力网电能损耗计算导则》，电容器的介质损耗角正切值为0.000 5，无功经济当量取0.08，无功联动分组内新增补偿容量80 千伏•安后，节电量为：

式中：QC为无功补偿装置的额定容量，千伏•安；KQ为无功经济当量，千瓦/千伏•安； tanδ为电容器的介质损耗角正切值；T为电容器运行时长，月均投入运行10 天，日运行6 小时，T =6×10=60；计算得到，该联动分组月节省电量667.8 千瓦•时。

甲线路共分5 个联动分组，累计新增投入无功补偿装置460 千伏•安，该线路月可节省电量2 194 千瓦•时，按照当地当年购电价0.394 9 元/千瓦•时计算，折算月经济效益866.5 元。

得益于电网传输无功功率的大幅度下降，电网输送有功功率能力提升、输电线路负载率下降，台区经理对台区运行状况的及时处理，促使设备安全运行水平显著提高。以成武县大田集镇为例，2023年1—5月全面施行无功补偿优化管理后，通过红外测温仪、局放检测仪等设备检测，大田集镇变电站、线路及台区共发现发热缺陷10处，同比减少31 处，减少了设备运维的人工和机械成本，同时提高了供电可靠性；大田集镇台区出口低电压“清零”，同比减少15 个；短时低电压用户40 户，同比减少752 户；因长时间低电压产生的工单“清零”，同比减少19件，取得十分显著的社会效益。

工作展望

下一步，将探索试点建立“站、线、变、户”四级电能质量监测体系，从中、低压两个方面差异化制定监测技术路线，完成台区融合终端、光伏保护开关、一二次融合开关、智能变电站安装调试，开发电能质量监测微应用，依托资源业务中台开展多元数据融合，深化数字挖掘手段，建立指标分析体系，实现多级数据采集和验证，实现“站—线—变—户”四级电能质量问题的定位和溯源。