摘要：配电网是国民经济和社会发展的重要公共基础设施。近年来，随着居民生活水平地不断提高，我国现阶段发展不均衡、质量不稳定的配电网络亟待改善和优化，国家在该领域的建设投入亦不断加大，建设安全可靠、经济高效、技术先进、环境友好的配电网络设施和服务体系显得尤为重要。农配电网线路有着覆盖区域大、供电线路长、负荷季节波动性大等特点，线路末端电压低的问题长期存在，严重影响了农村居民的正常生活生产。10kV串联电容器补偿装置可有效地解决这一民生难题。本文就本公司10kV串联电容器补偿装置的开发、设计、试验以及相关研究进行介绍。
关键词：配电网；串联；补偿；低电压
Abstract:Distribution power grid is an important public infrastructure for the development of national economy and society. In recent years , with a continuous improvement of living standards ,the present distribution power grid which has an unbalanced development and unstable quality should to be elevated and optimized .It becomes very important to build the facilities and service system for the distribution power grid which is safe ,reliable ,economical ,efficient ,technologically advanced and environmentally friendly while the national invest is increasing in this field .The agricultural distribution power grid has the characteristics of large coverage area ,long power supply lines and obvious seasonal load fluctuation .The problem of low terminal voltage has been existing for a long time ,and brings serious influence on rural residents’ normal work and life .The 10 kV series capacitors compensation installation can solve the livelihood problem effectively .In this paper ,we will introduce the deve lopment ,design ,test and pertinent research of 10 kV series capacitors compensation installation .
0引言
随着科学技术的进步，人们日益增长的物质文化需求，向电网的建设提出了更高的要求，不仅从电网的容量上要求成倍扩增，同时日益增长的对电能质量的要求亦不可忽视。10kV配电网线路损耗较高，同时也最具有降损潜力。
我国配电网无功优化目前存在的问题有：补偿的主要方式是集中在变电站主变的二次侧，无功补偿设备相对来说比较老旧，而且有很大缺额；未能合理地配置无功补偿设备，没有从根本上解决线路末端低电压和线路损耗问题；偏低的自动化程度是配电网线路的痼疾，补偿分散性大，电力负荷的时间性和季节性难以得到满足。
我公司针对国内10kV配电网（尤其是农村配电网）普遍存在的这些问题开发出了较为完整的解决方案，开发成功并挂网运行的10kV箱式串联电容器装置能有效地提高配电线路末端电压，降低线路损耗，可随线路负荷的变化实现自适应补偿。该装置自动化程度较高，具备智能投切功能，在配备远程通信模块后可实现远程监测和近远程控制。经实践证明，该装置对线路的补偿效果尤为突出。
一、10kV箱式串补装置简介
1.1常用的调节电压的方式
1.1.1 同步调相机
同步调相机可在电压和无功控制中发挥重要作用，在过去很长一段时间里曾被广泛应用于中、高压输电网络中，以便在负荷变动和偶然事故状态下，改善系统稳定性和是电压保持在所需的限度内。调相机在系统事故情况下可以强励，提高无功输出，给电力系统以有力的电压支持。但同步调相机运行成本较大，运行时耗能较大，维护难度大，目前已逐渐退出了使用。
1.1.2 并联电容器
并联电容器是目前应用最广泛的无功补偿设备，它可以有效地为系统提供无功功率，可大大提高线路的功率因数，具有改善电压的作用。一般地，并联电容器装置安装在变电站内主变压器的第三绕组侧，当配电网线路长度较长时，相应地意味着线路负载较大，这时由于线路终端远离供电臂首端，采用并联电容器补偿来进行调压收效甚微。此外，对于并联电容器而言，其无功输出功率与其端部电压的二次方成正比，当电压下降时，并联电容器的无功输出功率会下降，致使电压进一步降低。因此，为了改善并联电容器调节电压的作用，必须根据负荷的变化频繁地投切电容器，或装设自动投切的并联电容器设备，这无疑增加了设备投资和运行成本。此外，并联电容器装置建设时，往往会根据需要被分成若干组，以便根据线路的负载和所需补偿进行分组或联合投切，这样一来将会加大设备占地面积，增加设备投资。
1.1.3串联电容器
串联电容器对电压的调节是随着线路负载的变化而进行连续自动调整的，串联电容器输出的无功功率是与通过其的负荷电流的二次方成正比的，因此当线路的负荷越大，串联电容器的补偿效果越显著。一般地，若电容器只被用来调压，串联电容器的容量仅为相应并联电容器容量的一半，而且其过载能力更强。相比于并联电容器装置，串联电容器装置电路相对简单，所含设备较少，因而占地少、投资较省。再者，串联电容器的运行管理也比较方便，新型的串联电容器装置联接入网，无需设电分相，运行可靠，并可实现无人值守。据研究称，在一般情况下，若提高同等幅度的电压，串联电容器设备的投资约为并联电容器的1/3。
1.2 10kV箱式串联电容器装置特点
本次设计开发的10kV箱式串联电容器装置，用来减小线路电抗，降低线路损耗，提高用户受端电压，改善电压质量，提高线路输送能力，具有杆上布置、占地面积小、结构紧凑、高度集成、安装简便等特点，并能防锈、防尘、防潮、防腐蚀。其串联接入10kV配电网线路中，由串联电容器、快速开关、金属氧化物限压器、电流互感器、电压互感器、放电线圈、阻尼电抗器、阻尼电阻器、串补专用组合刀闸以及控保部分的控制器、显示器及必要的逻辑软件等设备组成。我们通过实际线路调研测量采集数据，设计技术补偿方案，生产制造试验调试，产品挂网带电运行及运行效果跟踪，成功地完成了10kV箱式串联电容器补偿装置的开发任务。
2 10kV箱式串联电容器装置开发过程
2.1 10kV箱式串联电容器装置开发
2.1.1 10kV配电线路调研和数据采集
2016年技术人员去现场进行考察，并对线路进行了分析。经过数据筛选后，我们选择的10kV杨林185线路作为串联改造的线路，该线路总长约58.7km，变电站输出电压约为10.3kV，至线路末端时已降低为8.0kV（非高峰期）。该线路前段采用JKLYJ-240型绝缘导线线，后段采用LJ-50裸导线和JKLGYJ-50绝缘导线。由于地处偏僻，供电线路较长，其线路沿段低电压问题比较严重。
2.1.2 技术补偿方案设计
串联电容器装置的补偿安装地点选择在了线路沿线电压最先不合格的地点（按照国家有关标准，10kV线路的合格电压应在±7%以内，即9.3kV~10.7kV），因为串联电容器只能补偿提高安装地点之后的电压，对安装地点之前的各点电压基本无补偿作用，这是因为串联电容器无法补偿安装点前段的线路感抗。我们根据线路的负载功率、线路长期运行电流、线路沿线测点电压等数据模拟计算出了需要补偿的电压、电抗等主要技术参数，在补偿效果模拟验算中，必须保证线路沿线电压在负荷的低潮期和高峰期均在合格范围内，这一方面要求技术补偿方案设计必须科学合理，另一方面要求产品的质量性能和投切运行应可靠把控。通过研究为该线路设计的串联电容器装置的电气原理图如图2所示。
其中KK为快速开关，用于串联电容器装置的投切；G1、G2、G3为隔离开关，为装置检修时隔离用；C为串联电容器，提供容性无功补偿；FV为金属氧化物避雷器，用于限制电容器装置投切或运行时的过电压；FR为金属氧化物限压器，为串联电容器组的过电压保护设备；PT1为电压互感器，用于测量装置三相运行电压；PT2为放电线圈，用于断电后的电容器放电；CT为电流互感器，用于测量测量装置三相运行电流；L为阻尼电抗器，R为阻尼电阻器，此二者组成了阻尼放电回路，用以串联电容器装置退出运行后的放电。
图1 宣城10kV杨林185线部分配电网图
图2 10kV箱式串联电容器装置电气原理图
该10kV串联电容器装置装设了系统的二次控保系统，主要有过电压保护、过电流保护、电流速断保护、保护启动重合闸保护、零序过流II段保护、PT断线告警保护、MOV氧化锌保护，并带有事件记录及故障识别功能。
2.1.3 装置生产、试验、安装和带电投运
该10kV箱式串联电容器装置内设备与部件均采购自各自领域国内的优秀供货商，从源头紧抓产品质量。在历经3个月紧锣密鼓地生产后，所有设备均按需求到位。出厂前在厂内进行相关设备的测试试验，其中有快速开关的极间、极对壳耐压试验，分合闸时间及合闸电阻测试，隔离开关的极间、极对壳耐压试验，以及必要的二次控保系统调试等等。产品按照设计图进行施工安装和接线，整个过程均比较顺利。装置设计图如图3所示。
图3 10kV箱式串联电容器装置总图
该10kV串联电容器装置完成后进行完整的系统调试。仔细检查设备的机械连接，确保装置接线正确、牢靠；检验开关的操作和开断性能，确保产品能够正常投运和切除；采用电脑模拟方式向二次控保
系统输入异常状况，检查其能否正常触发保护动作。在完成一系列调试工作，并确保各项性能正常后，产品于2017年9月顺利在宣城挂网运行，各项运行指标正常。后期跟踪时发现，实际运行数据和对线路的补偿和方案设计时的模拟结果相符。安装图如图4所示。
图4 10kV箱式串联电容器装置安装运行照片
2.1.3 10kV箱式串联电容器装置的改进
在接下来的工作中，我们会从产品电气原理、箱体结构、设备选型、设备布局、控保系统等方面继续对产品进行优化，让产品更加的合理，结构更加的简单。
3结束语
10kV串联电容器补偿装置近年已被纳入到国家电网设备采购目录中，近两年的招标采购也比较多，相信在不久的未来，该产品必定会为农配电网的建设和发展做出很大贡献。
参考文献
[1]倪学锋，宋森等：并联电容器装置技术及应用。北京，中国电力出版社，2011年。
[2]杨振龙：串并联电容器补偿调压的比较。《电气化铁道》，1997年第03期。
[3]叶福明：智能电容器在箱式变无功补偿装置中的应用。《建材与装饰》，2013年第7期。
[4]王和忠：箱式变无功补偿装置中智能集成电力电容器的应用。《变压器》，2009年第6期。
作者简介
田润生（1981—）,男，工程师，从事配网运维管理工作。
李翔（1986—）,男，技师，从事配网运维管理工作。
祁邦玉（1980—）,男，高级工，从事配网运维管理工作。
李自军（1985—），男，工程师，从事电力电容器及其成套装置以及相关保护控制器的设计与研究工作。
论文作者:田润生,李翔,祁邦玉,李自军
论文发表刊物:《电力设备》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/14
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