摘要：本文探讨青海某地区煤改电集中供暖配电系统的无功补偿配置。根据电采暖配电系统的不同运行方式，分析、计算了无功补偿配置，根据配电变压器对无功补偿的要求，选定了无功补偿设备的类型。最后，总结了集中电采暖配电系统无功补偿的特点。
关键词：集中电采暖配电系统；无功补偿容量；分组容量；配电变压器
1 集中电采暖配电系统及配电变压器等效电路
1.1 集中电采暖配电系统简述
论文中的集中电采暖配电系统，其电采暖负荷为6300kW，水泵动力负荷为200kW。采用两台4000kVA容量的10/0.4kV配电变压器进行供电。正常运行方式下，电采暖负荷平均分配，按照480kW作为一个400V供电回路；为保证水泵供电的可靠性，两台变压器均配置满容量的水泵负荷馈线，一主一备运行。除变压器和动力负荷外，低压侧有1千米的低压电力电缆，其无功需求在工程设计不予考虑。
根据负荷性质，电采暖负荷功率因数为1，水泵功率因数按照0.75取值。经计算，200kW水泵的无功功率为176.38kvar。
1.2 配电变压器等效电路分析
配电变压器的参数，配电变压额定容量SN为4000kVA，根据配电变压器的容量，查找变压器的相关规程，其对应的空载电流I0%取0.7，短路阻抗Uk%取5.5，空载损耗P0为4.32kW，短路损耗Pk为28.80kW。
2 配电无功配置容量及分组
2.1 配电系统无功需求分析
配电变压器的无功分为两个部分，一部分为变压器的空载无功需求，为一常量，另一部分无功需求为一个变量，其具体数值由变压器的负载率确定。
配电变压器空载运行消耗的无功功率为28kvar；负载率为1时，配电变压器第二部分的无功需求最大，为220kvar。
当配电系统正常运行时，2台配电变压器均分电采暖负荷，同时变压器1带动力负荷运行，根据计算，变压器1的负荷功率因数大于0.95，不考虑无功补偿量，负载率约为0.8442，其无功需求为360kvar；变压器2仅带电采暖负荷，其功率因数大于0.95，负载率约为为0.7891（未考虑无功补偿量），其无功需求为165kvar。
当一台配电变压器故障时，即只有一台配电变压器的运行方式，其功率因数大于0.95，其负载率为1，配电变压器的无功需求为424。
两种运行方式下，配电变压器变化的无功功率需求范围为165kvar至424kvar。
由上述的计算分析，配电系统的无功功率由三个部分组成，分别为配电变压器的空载无功功率和由负载变化引起的变动无功功率，以及动力负荷的无功功率。由于2台配电变压器均可能带动力负荷，因此，两台配电变压器的无功补偿应保持一致。
2.2 无功补偿设备选择分析
对于低压无功补偿设备，本文主要对低压电容器和低压动态无功补偿装置进行对比分析。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆低压电容器的无功补偿容量为固定值，在电压一定的条件下，其无功输出为固定值，不随负荷的变动而调整，因此，当无功需求变化不大或呈阶梯状变化时，采用低压电容器更为合理；而低压动态无功补偿装置的补偿容量可以随无功补偿容量的需要进行动态调整，因此，在负荷变动较大引起无功需求变化较大的情况，采用低压动态无功补偿装置才能满足负荷的功率因数要求。
在本工程案例中，变压器对无功需求只有两种情况，故采用低压电容器。
2.3无功补偿容量分组计算
为使不同运行方式下，配电无功补偿容量均满足补偿要求，需要对补偿容量进行分组。
根据相应的规程和规范，无功配置原则为保证配电变压器高压侧的功率因数不小于0.95，同时防止向系统反送无功，因此，必须对低压侧的无功总容量配置和分组容量配置进行计算，且防止各分组装置投切时发生谐振。
由2.1节可知，配电变压器的最大无功需求为424kvar，最小的无功需求为165kvar。
根据以上分析，需要对无功补偿容量进行分组，否则，难以满足正常运方式及故障运行两种方式下配电变压器的无功需求。论文以最小无功需求为最小分组容量的计算起点，按照无功补偿的基本原则对无功需求分组容量进行计算。
根据规程要求，电容器组串联电抗率取0.1%，且分组容量应满足各种运行方式下，母线电压波动满足电网要求且避开谐振容量。
根据变压器的短路电抗和容量，低压母线三相短路电流取31.5kA，对应的短路容量为21.8MVA。根据计算，配电系统的3、5、7次谐振容量分别为2.2、0.65及0.227Mvar，故采用165kvar加250kvar的低压电容器组组合，可以避开谐振容量。
根据电力系统电气一次设计手册，投切165、250kvar的电容器组引起的母线电压波动为0.76%和1.15%，分组容量及总的无功补偿容量满足母线电压波动不超过2.5%的要求。
由于电采暖负荷功率因数为1，经计算，补偿前后的功率因数均满足0.95的电网功率因数要求。
3 结论
3.1 无功补偿应按照分层分区和就地平衡的原则布置，按照装设地点可以分为集中式和分散式。集中式电采暖配变电设备布置于电采暖负荷附近，无功补偿装设在配电变压器低压侧母线上，兼有集中和分散式的特点。
3.2 因电采暖负荷的功率因数为1，因此，集中电采暖及其配套的动力负荷的整体功率因数较高，因此，安装电容器补偿无功功率的主要作用有：减少配电变压器从电网吸收的无功功率，相应增加变压器有功通过能力。
3.3 配电系统的无功补偿容量与分组要求，与系统的运行方式紧密联系，需要根据运行方式进行分析和计算。
3.4 根据配电变压器和负荷的具体情况，也可以按照规程的要求，调整无功补偿的容量，取得不同的经济效果。
参考文献
[1]张勇军，刘瀚林，朱心铭.地区电网感性无功补偿优化配置方法[J].电网技术，2011，35（11）：141-145
[2]黄晓彤，陈文炜，林舜江.低压配电网无功补偿分散配置优化方法.南方电网技术，2015，9（2）：44-49
作者简介：
曹振锋（1982-），男，汉族，河南省陕县，硕士研究生，工程师，电力系统及其自动化，电气一次及新能源.
论文作者:曹振锋1,侯纪勇2
论文发表刊物:《电力设备》2017年第35期
论文发表时间:2018/5/14
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