国网浙江桐庐县供电有限公司 浙江省桐庐
通过对桐庐县10kV配网结构的分析，对线路供电半径长，负荷变化较大，无功消耗多等问题，提出了因地制宜的解决方法和对策，合理选择配变的额定电压和档位设置，开展10kV线路无功自动补偿，解决了电压合格率低的问题，同时减少了电量的损耗，降低电压波动减少用户之间的相互影响。
关键词：配网结构 电压质量 无功配置 对策
1引言
桐庐县是浙江西部的一个山区小县，面积1825平方公里，东西较长，南北较短，且西部是山区，造成负荷分散，供电半径较长。近几年用电量以25％以上的速度增长，随着块状经济的发展，线路供电半径长，同一配网线路上民营小企业的用电负荷类型众多，造成的负荷变化较大，无功消耗多及电压合格率低等问题亟待解决。
2 电压偏差与配网结构
电压偏差合格率指标
电压偏差合格率是衡量电能质量的一个重要指标，根据电压等级不同分A、B、C、D、E五类，配网上的电压监测点占了C、D、E三大类。考核指标的目标：为确保完成国网公司下达的电压合格率考核指标和达到“创一流同业对标工作”的要求，杭州市综合供电电压合格率应达到99.5%，其中A类电压合格率达到99.7%。
桐庐电网以前的电压合格率情况
由于桐庐地处山区，生产、生活、气象等因素引起的负荷变化；无功补偿容量的变化；系统运行方式的改变引起的功率分布和网络阻抗变化等原因影响电压，主网的电压波动与调整，VQC装置的动作正确率，监控人员的责任心，配电网结构，配变档位选择，用电户的无功补偿等都影响电压变化。由于配网供电半径较长，其次存在各电压兼职人员对配变分接开关设置和调整不及时，使得C、D、E类电压合格率一直在98％左右徘徊。
配网结构与配变分接头档位选择
桐庐县东西长达77km，南北55km且中间隔江，造成负荷成带状分散，供电半径较长，10kV供电半径最大达35km，“手拉手”线路形成环网，供电半径则达更长，10kV电压降落较大及线路的无功消耗较大。81条配电线路中，有三分之一线路的功率因数在0.75～0.85之间。桐庐虽为一个小小县城，但是负荷的特点却是多样的，民营小企业、居民、炼钢等负荷分配布不均匀给变压器的调档和无功装置的布置带来较大麻烦。民营小企业的用电负荷类型众多的特点，在同样一个日运行方式下，在某时段可能在线路的五分之二处占了该线路的90％负荷，在另一时段，可能在线路的末端占了该线路的80％负荷；且工业和民用负荷不分。原我局的配变采用10±5％的分接开关，这种分接开关适应性较小。经过技术分析和比较，为了适应长距离的10kV线路供电和民营小企业的用电负荷类型众多的特点，把配变分接头开关确定为10±2×2.5％。
从计算情况看，电压均在标准范围内，但在实施时关键要根据配变安装地点的电压情况合理设置配变分接头开关档位。本人在六年的无功电压管理中，在硬件上采取了配变五档技术标准，同时对电压运行加强考核，使得C、D、E三大类电压合格率指标从98%左右提高到99.6%，实现并超越了一流供电企业的目标。
3 配网无功补偿
针对城镇配网负荷增长快、功率因数低、压降大、10kV/380V配网综合线损高的现状，对低压配网进行无功补偿已势在必行。
无功补偿应遵循的原则
在技术经济比较的基础上，确定公用配变最佳补偿方案，将配变的无功损耗控制在最小范围内，将无功消灭在高压入口端。最大限度提高10kV配网的功率因数，使其达到0.95以上，达到降损目的。
10kV配电线路无功补偿
对10kV线路合理进行补偿时，需要考虑以下两个问题：补偿容量的确定据一般规定，可以按照配电线路变压器装接容量的10%左右考虑。安装位置的确定线路出口电压较高，无需进行补偿，线路末端电压偏低，电容器运行困难，可以将自动补偿装置安装在距线路电源侧2/3处。目前新型的无功自动补偿装置，可以根据配网无功潮流分布情况实时补偿，达到最佳效果。如果线路较长，可根据负荷情况选择两处补偿点，一处安装在线路2/5处，另一处在4/5处。
配电变压器的无功补偿
由于配电变压器的负荷特点，在进行低压配网的规划时，既要满足最大负荷，又要考虑 经济效益，合理地补偿轻载时变压器的损耗。为提高变压器经济运行效率，最大限度减少变 压器无功损耗，根据具体情况，应对100kV·A以上变压器采用低压侧集中补偿方式，补偿容量根据具体情况确定，一般按变压器容量的20%～30%配置，随负荷变化自动投切进行补偿。对100kV·A以下变压器采用固定就地补偿，补偿容量按变压器容量的10%～15%确定。
桐庐配网功率因数较低的原因分析
配网线路的无功消耗直接影响了电压指标，从2001年至2002年我局的统计数据看，有三分之一的配网线路功率因数在0.75～0.85之间，大大低于正常的功率因数指标（0.9及以上），不仅使得配网线路的输送能力降低，而且电压、线路损耗较大，严重影响了电能质量。
2002年，桐庐县供电局有配网10kV线路1058.73km，配变安装容量为385MVA，总计2805台，有高配用户无功补偿容量47296kVar，低压用户无功补偿容量42489kVar，平均无功补偿度为23.32%。从数据上看，无功补偿基本平衡，但实际运行情况效果很差。通过走访用户，SCADA系统数据观察和分析，原因有 ① 用户的补偿装置基本上是集中补偿，且投运率较低；② 补偿装置的损坏率较高，自动控制的交流接触器在频繁动作后，触点经常烧坏，影响了装置投运；③ 桐庐县工业经济主要是家庭作坊式的块状经济，如桐庐分水的制笔业，钟山的石材加工业，横村的针织业，江南的医疗器械业，这些企业用电负荷小、数量多，大部分配变在100kVA以下，而供电营业规则是100kVA及以上进行功率因数考核，故使得装器容量在100kVA以下的用户无功补偿不足，累加效应造成配网10kV线路无功消耗很大，既影响了电压又增大了线路损耗。
解决方法
对10kV线路无功补偿的计算方法有无功均匀分布法，动态规划法和相对分析法等。从适用性和实用性考虑，各有优缺点，最简单实用的是无功均匀分布法。无功均匀分布法指出：最佳补偿点在线路全长的2/3处，最佳补偿容量为线路总需求无功的2/3。但无功均匀分布法假定的前提条件是线路无功是均匀分布的，而且负荷节点的分布也不均匀，有的相距几十米，有的相距两三百米，各负荷节点的负荷大小也相差悬殊，因此有必要对无功均匀分布法进行适当修正。根据无功均匀分布法理论的基本思想，其实质是补偿线路无功负荷的2/3，补偿点选在线路全长的2/3处，线路上前1/3的无功消耗由变电站提供，中间1/3段的无功消耗由线路补偿电容器发出的无功向前流动提供，末1/3段的无功消耗由线路补偿电容器发出的无功向后流动提供，这样线路上无功流动最少，所产生的电压和有功损耗最小。
经过筛选对城北174线和吴宅141线的无功进行补偿，采用杆上式真空开关自动无功补偿器，对控制器的控制软件进行了修改，改进后的装置原理是按在线无功电流（在线路上串一相电流互感器）的大小作为门槛依据，判断是否大于门槛无功，同时计算是否会过补偿，二个条件满足由控制器发出合闸的指令，闭合真空开关，投入电容器，反之退出。
补偿效果
试点的城北174线，它的最大负荷2440kW，平均负荷在1900kW左右。最大无功为1530kvar，平均无功在1200kavr之间，最小值在720kavr，功率因素在0.71～0.83之间。经过补偿后，该线的功率因素从原来的0.71～0.83之间提高到现在的0.92～0.96之间，最大值有0.98，可见其补偿效果是非常明显。
4 电压波动影响电压合格率
随着现代工业迅速发展，一些电弧炉等电气设备的运用，间隙启动使得电网电压骤升，骤降，不仅影响电能质量，而且也影响电网的安全。
产生原因的分析
桐庐供电局接到10kV梅蓉102线上多家用户投诉，已多次发生电动机烧损事故，生活用水的抽泵无法启动，电冰箱烧损，日光灯闪烁等。为此，供电局对该线路上的用户进行调查，确认一家拥有交流电弧炉的企业对电网电能质量影响最为严重。
10kV梅蓉102线的末端（即9.71km处）有四家用电量较大的企业，分别是华威建材有限公司：132kW 4台（采用Y/△启动），90 kW 2台，30 kW及以下多台；杭州冠逸建材有限公司：200 kW 2台，（采用自耦变启动），170 kW输送带，小容量电动机若干；桐庐炜炜碳酸钙厂：30 kW 9台，37 kW 2台。升平冶炼厂（该厂有1.5吨电弧炉）。且这些厂家为了节约成本，均在低谷22：00以后同时用电。
这几家用电大户中，除桐庐炜炜碳酸钙厂将无功补偿正常投运外，其余几家均未正常投运，其中华威建材有限公司的平均功率因素仅为0.82左右。
在1OkV线路末端――桐庐炜炜碳酸钙厂内，放置一台电能质量测试仪（LEM公司生产的TOPAS1000），测得数据如下：
（1）升平冶炼厂、华威建材有限公司、杭州冠逸建材有限公司等几家未投产时，平均电压有效值为230V左右。
（2）升平冶炼厂未投产，华威建材有限公司、杭州冠逸建材有限公司投产时，平均电压有效值为220V，最低电压为207.2V。
（3）华威建材有限公司未投产，杭州冠逸建材有限公司、升平冶炼厂投产时，平均电压有效值为210V，最低电压为197.8V。
（4）在升平冶炼厂和冠逸建材厂已投产的情况下，华威建材厂再投产时，平均电压有效值为200V，最低电压为178.7V。
利用FLUCK43电能质量分析仪，测量升平冶炼厂投产时对电网的影响，测点选在华威建材有限公司，平均电压由原来的379.1V降低到365.9V，在这期间，电源点110kV桐庐变10kV母线电压从10.3kV降低到10.2kV，而从华威建材读取的母线电压从10.3kV降低到9.5kV，降低了8%。
在升平冶炼厂和冠逸建材厂已投产的情况下，华威建材厂电动机投运情况，电压变化幅度最大28.3V，为额定电压的7.4%，平均电压降低到346.2V，从桐庐调度获得桐变母线电压仍为10.2kV，而从华威厂读取的母线电压降低到9kV。
升平冶炼厂为1.5t的电弧炉，由于交流电弧炉在运行过程中，特别是在熔化期，随机且大幅度波动的无功功率会引起供电母线电压的严重波动，持续的电压变化，恶化了电网的电能质量，化威建材厂和冠逸建材厂的负荷均为电动机，根据异步电动机的特性，在其启动时对电网的冲击也较明显，而这两厂相应的无功补偿措施又没有落实，也是导致电网电压质量恶化的原因。
解决措施
通过对升平冶炼厂的1.5t电弧炉的运行观察中，发现特别是在初熔期，随机且大幅度波动的无功功率会引起供电母线电压的严重波动，要求升平冶炼厂在初熔期必须投高抗，并改善冶炼工艺，原大块料直接冶炼改为粉碎后加料，使得电弧炉石墨极在初熔期尽可能埋入料内，增加电弧的稳定性，减低供电母线电压的严重波动。为了解决母线电压的稳态偏移，通过计算10kV侧增加无功补偿900kvar。
冠逸建材厂立即修复无功补偿装置，并保证投入正常使用，拟增加50kvar无功补偿；华威建材厂装设总量250kvar的无功补偿装置，要求具有自动投切功能，部分随机补偿。
华威建材厂、冠逸建材厂和升平冶炼厂协调启动时间，适当错开合闸时间；10kV梅蓉线供电线路有大用户均靠近供电线路末端，且分散分布，为了保证该供区的电压支撑，增设10kV杆上式无功自动补偿装置。
效果分析
通过上述措施的实施，10kV梅蓉线供电区域的电压质量有了较大的改善，该供区的稳态电压偏差经测试已完全满足国家标准要求，没有再发生因低电压导致的电机烧损等事故.通过合理配置静态无功配置，在不投入动态无功补偿设备的条件下，低成本的技术措施缓解10kV线路电压骤升、骤降对电机运行的影响，使得各用户能投入正常运行。
5 效益分析
配网无功补偿后的各项指标变化
通过对配网结构的逐步改善，桐庐电网在电压和功率因数方面也在
逐步提高，就2001年至2007年的情况如下表：
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配网的无功补偿经济效益非常明显，节能降损的潜力巨大。由于无功补偿经济效益分析涉及很多内容，计算比较复杂，本文旨在对节能降损的经济效益进行的理论分析，为简化计算程序，采用了经济当量（每补偿1kVar的无功功率，相当于减少有功损耗的量）来粗略计算经济效益，下面结合桐庐地区的实际情况进行分析。
10kV配电线路无功补偿效益分析
10kV线路补偿量可按公用变压器装接容量的10%来确定。桐庐市区公用变压器容量为73341 kV·A，补偿容量可以确定为7000kVar。无功经济当量取0.06，电容设备按每年运行3000h计，每年可减少电量损失126万kW·h，按0.4元/kW·h的电价计算，每 年可有50万元的收益。
配电变压器无功补偿经济效益分析
在变压器低压侧出口装设无功补偿装置，补偿容量按照变压器容量的25%计算，按补偿效果，低压侧补偿的无功当量值取0.12，根据桐庐市区具体情况，可对容量100kV·A及以上公 用变压器进行自动投切补偿，需补偿的容量为17500kV·A。电容设备投运按4000h/a计 算，每年可节电840万kW·h，获得收益336万元。可见，配电变压器补偿的节能降损潜力也 非常大。
6 总结
通过对电压偏差与配网结构，负荷特性的分析，合理选择配变档位，优化静态无功配置，提高了农网的电压水平。通过工程实例说明稳态电压水平的改善能减少电压波动对用电设备的危害。电网无功补偿工作对主网重视程度较高，低压配网的补偿被忽视，而且主网补偿多从安全、可靠运行和电压稳定出发，忽略了低压配网补偿获得的经济效益。因此，配网的无功补偿是节能降损的一个有效措施，技术上成熟，简单易行，投资少，见效快，值得进 一步推广。
参考文献：
[1]《电力系统技术导则（试行）》 SD131-84
[2]《电网电能质量技术监督管理规定》 电力工业部 1998