广东电网有限责任公司广州越秀供电局 广东省广州市 510600
摘要：电缆线路在城市配电网中应用广泛，在同样电压参数的配网中，其电容特性显著强于架空线路，易破坏配网电气设备。基于此，文章对配网电缆线路的电容效应机理进行分析，明确配网电缆线路的无功补偿措施，优化配网电缆线路设计，保障其稳定可靠运行。
关键词：配电网；电缆线路；电容效应；无功补偿
前言：在配网电缆线路中，如果线路跨越距离较长，在电缆线路处于轻载或负荷低谷状态时，可能会引发电压值过高、无功倒送等事故，影响配网及设备的安全稳定运行。有技术人员提出配置电抗器控制配网电压的解决方法，但收效甚微。本文提出无功补偿方案，解决电缆线路电容效应引发的问题。
1.配网电缆线路电容效应机理分析
1.1构建模型
为明确配网电缆线路电容效应机理，探究电缆线路充电特性与电压间的关系。本文将理想配电线路结构模型为基础，利用类别法进行分析。该结构模型以主干线为主，包括虚拟电容。在整个模型中，主干线呈辐射状，不同主干线间配置等值电源及相应的虚拟电容、负荷[1]。在此基础上，可将电容效应看做是容性无功充电特性，本文通过等效虚拟电容模型，替代电缆线路的容性充电效应，开展相应分析。
1.2模型分析
在构建的理想配电线路结构模型中，等值电源的配置使其存在等值电路。等值电路在传输电力的过程中，会在阻抗影响下出现电压降落现象，该现象存在于电路的首尾两端。结合等值电路的特征，可绘制相应的电压相量图，如图1所示。
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图1 电压相量图
在图1的各项参数中，存在
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的关系，可以将等值电路的末端电压表示为：
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。根据电压降落的基本计算公式，可以明确
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的计算公式：
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。就此，等值电路的末端电压计算公式为：
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其中，
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是指等值电路末端的压降；
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是指110kV变电站中10kV母线的电压值；
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是指变电站负荷节点区域的电压；P是指有功负荷；L是电缆线路的长度；Q是指无功负荷；
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是指单位长度电缆线路输送单位有功功率出现的压降；
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是指单位长度电缆线路输送单位无功功率出现的压降。
根据上述计算公式，在电缆线路处于负荷低谷运行状态时，等值电路的末端会产生无功倒送现象，导致末端电压升高，和变电站中10kV母线相比，其电压值高出
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，该数值为负值，说明电压在末端的数值要大于首端。该过程即为电缆线路的电容效应机理。
2.配网电缆线路无功补偿分析
基于配网电缆线路的电容效应机理，变电站可采用无功补偿方式，控制末端电压，保障电缆线路稳定可靠运行，实现安全稳定供电。就目前的技术水平而言，配网电缆线路可采用的无功补偿方式较为多元，技术人员可根据电缆线路的特点及电容效应机理，选择合适的无功补偿方式，在保障线路稳定运行的基础上，降低线路损耗，发挥节能作用，推动配网电缆线路可持续发展。
2.1无功补偿方式
在10kV及以下配网电缆线路中，可采用的无功补偿方式包括随机补偿、随器补偿和自动跟踪补偿三类。
随机补偿是指在变电站变压器的低压侧，配置相应的低压电容器，用于补偿电缆线路中的空载无功，避免配网电缆线路中的电动机在进行退出运行时，出现自激过电压。在对电缆线路进行随机补偿时，技术人员需控制补偿容量，要求其低于空载无功负荷。在无功补偿中，随机补偿的补偿对象为具有无功需求的端用户，可有效改善电缆线路的电压，降低整个配网的损耗，无需频繁调整电容器的补偿容量，但其成本偏高，且设备利用率较低。
随器补偿是指将配网电缆线路上的无功补偿投切装置为核心，在母线上配置低压电容器组。在无功补偿中，随器补偿的补偿对象为具有无功需求的配电变压器，可改善电缆线路的电压，但效果不如随机补偿，降低整个配网及配电变压器的损耗，成本偏高，设备利用率较高。
自动跟踪补偿是指在低压侧配置电容器组，配网电缆线路的电动机运行期间，可自动实现电容器组的并接，通过投切方式完成无功补偿。在无功补偿中，自动跟踪补偿的补偿对象为电缆线路的所有无功基荷，可改善电缆线路的电压，但效果不如随机补偿，降低整个配网及电缆线路的损耗，成本偏低，设备利用率非常高[2]。
基于上述三种无功补偿方式的特点，其适用条件不同，技术人员在合理选择无功补偿方式的基础上，需明确具体的补偿容量和电容器组的安装位置，保障无功补偿作用的有效发挥。在补偿容量确定中，技术人员需结合采集到的电缆线路运行参数，按照电缆线路平均无功负荷的66%，选择补偿容量；在安装位置确定中，技术人员需遵循就地平衡原则，合理规划电容器组的补偿位置，避免电缆线路会出现无用电流与过电压，保障电缆线路稳定可靠运行。
2.2无功补偿案例
本文以广州市某10kV专变用户侧的补偿案例为基础，分析电缆线路无功补偿的具体应用方式与要点。在无功补偿中，技术人员选择随机跟踪无功补偿方式，配置有源动态无功和谐波补偿装置，要求补偿无功达到960kVar。由于该10kV专变用户侧变压器为10kV/3200kVA，技术人员将支路的补偿容量设定为2×480kVar/1600kVA，两台无功补偿设备以并联形式运行。为保障补偿装置的谐波特性、响应时间、冷却方式及过载能力等技术指标符合电缆线路无功补偿要求，技术人员合理设计装置参数，具体内容如下：
（1）硬件配置，选择英飞凌的IGBT器件为主电路逆变器；选择DSP控制芯片；配置汉字液晶显示面板及雷电浪涌保护装置；采用落地式安装方式安装屏柜，柜门开度控制在120°以上；选择0.5级精度的电流互感器及输出电流表。（2）软件设置，根据专变用户侧电缆线路运行状况，设定恒无功、恒电压或自动跟踪控制模式；设置缓冲启动控制回路；配置限流控制环节，确保补偿装置在额定容量内，完成无功补偿，避免电缆线路出现过载烧毁现象；配置保护功能、自诊断功能，在出现过载、过电路或短路故障时，补偿装置可自动报警，保障装置稳定可靠运行。
在有源动态无功和谐波补偿装置投入使用后，10kV专变用户侧的电压闪变现象有所改善，动态无功补偿效率有所提升，响应时间控制在10ms内，同时，在电缆线路运行期间，电网电压相对稳定，未出现谐振现象，检测的谐波均符合电缆线路稳定运行要求，功率因数也符合标准。可见，该专变用户侧配置的有源动态无功和谐波补偿装置效果显著，可在电缆线路中推广应用。
结论：综上所述，电缆线路的电容效应是指在电缆线路处于负荷低谷运行状态时，末端电压要高于首端电压，技术人员可通过无功补偿方式解决该现象引发的问题。通过本文的分析，技术人员可选择合适补偿方式，明确补偿的容量与电容器组的安装位置，保障无功补偿作用的有效实施，降低线路损耗，提高供电水平。
参考文献：
[1]谢荣斌,陈宣林,刘臣飞,等.配网线路空间分布参数计算方法研究[J].电力大数据,2019,22(02):53-58.
[2]徐胜春.10千伏及以下配网电容无功补偿及节能分析[J].山东工业技术,2018(21):215+124.