配網(wǎng)電纜線路電容效應(yīng)機(jī)理與無功補(bǔ)償分析

1、配網(wǎng)電纜線路電容效應(yīng)機(jī)理與無功補(bǔ)償分析摘要：電纜線路在城市配電網(wǎng)中應(yīng)用廣泛，在同樣電壓參數(shù)的配網(wǎng)中，其電容 特性顯著強(qiáng)于架空線路，易破壞配網(wǎng)電氣設(shè)備。基于此，文章對(duì)配網(wǎng)電纜線路的 電容效應(yīng)機(jī)理進(jìn)行分析，明確配網(wǎng)電纜線路的無功補(bǔ)償措施，優(yōu)化配網(wǎng)電纜線路 設(shè)計(jì)，保障其穩(wěn)定可靠運(yùn)行。關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；電纜線路；電容效應(yīng)；無功補(bǔ)償前言：在配網(wǎng)電纜線路中，如果線路跨越距離較長(zhǎng)，在電纜線路處于輕載或 負(fù)荷低谷狀態(tài)時(shí)，可能會(huì)引發(fā)電壓值過高、無功倒送等事故，影響配網(wǎng)及設(shè)備的 安全穩(wěn)定運(yùn)行。有技術(shù)人員提出配置電抗器控制配網(wǎng)電壓的解決方法，但收效甚 微。本文提出無功補(bǔ)償方案，解決電纜線路電容效應(yīng)引發(fā)的問題。配網(wǎng)電纜

2、線路電容效應(yīng)機(jī)理分析1.1構(gòu)建模型為明確配網(wǎng)電纜線路電容效應(yīng)機(jī)理，探究電纜線路充電特性與電壓間的關(guān)系。 本文將理想配電線路結(jié)構(gòu)模型為基礎(chǔ)，利用類別法進(jìn)行分析。該結(jié)構(gòu)模型以主干 線為主，包括虛擬電容。在整個(gè)模型中，主干線呈輻射狀，不同主干線間配置等 值電源及相應(yīng)的虛擬電容、負(fù)荷1。在此基礎(chǔ)上，可將電容效應(yīng)看做是容性無功 充電特性，本文通過等效虛擬電容模型，替代電纜線路的容性充電效應(yīng)，開展相 應(yīng)分析。1.2模型分析在構(gòu)建的理想配電線路結(jié)構(gòu)模型中，等值電源的配置使其存在等值電路。等 值電路在傳輸電力的過程中，會(huì)在阻抗影響下出現(xiàn)電壓降落現(xiàn)象，該現(xiàn)象存在于 電路的首尾兩端。結(jié)合等值電路的特征，可繪制相應(yīng)

3、的電壓相量圖，如圖1所示。圖1電壓相量圖在圖1的各項(xiàng)參數(shù)中，存在的關(guān)系，可以將等值電路的末端電壓表示為：。 根據(jù)電壓降落的基本計(jì)算公式，可以明確的計(jì)算公式：。就此，等值電路的末端 電壓計(jì)算公式為：其中，是指等值電路末端的壓降；是指liokv變電站中10kV母線的電壓值； 是指變電站負(fù)荷節(jié)點(diǎn)區(qū)域的電壓；P是指有功負(fù)荷；L是電纜線路的長(zhǎng)度；Q是指 無功負(fù)荷；是指單位長(zhǎng)度電纜線路輸送單位有功功率出現(xiàn)的壓降；是指單位長(zhǎng)度 電纜線路輸送單位無功功率出現(xiàn)的壓降。根據(jù)上述計(jì)算公式，在電纜線路處于負(fù)荷低谷運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，等值電路的末端 會(huì)產(chǎn)生無功倒送現(xiàn)象，導(dǎo)致末端電壓升高，和變電站中10kV母線相比，其電壓 值高

4、出，該數(shù)值為負(fù)值，說明電壓在末端的數(shù)值要大于首端。該過程即為電纜線 路的電容效應(yīng)機(jī)理。配網(wǎng)電纜線路無功補(bǔ)償分析基于配網(wǎng)電纜線路的電容效應(yīng)機(jī)理，變電站可采用無功補(bǔ)償方式，控制末端 電壓，保障電纜線路穩(wěn)定可靠運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定供電。就目前的技術(shù)水平而言, 配網(wǎng)電纜線路可采用的無功補(bǔ)償方式較為多元，技術(shù)人員可根據(jù)電纜線路的特點(diǎn) 及電容效應(yīng)機(jī)理，選擇合適的無功補(bǔ)償方式，在保障線路穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，降 低線路損耗，發(fā)揮節(jié)能作用，推動(dòng)配網(wǎng)電纜線路可持續(xù)發(fā)展。2.1無功補(bǔ)償方式在lOkV及以下配網(wǎng)電纜線路中，可采用的無功補(bǔ)償方式包括隨機(jī)補(bǔ)償、隨器 補(bǔ)償和自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償三類。隨機(jī)補(bǔ)償是指在變電站變壓器的低壓側(cè)，

5、配置相應(yīng)的低壓電容器，用于補(bǔ)償 電纜線路中的空載無功，避免配網(wǎng)電纜線路中的電動(dòng)機(jī)在進(jìn)行退出運(yùn)行時(shí)，出現(xiàn) 自激過電壓。在對(duì)電纜線路進(jìn)行隨機(jī)補(bǔ)償時(shí)，技術(shù)人員需控制補(bǔ)償容量，要求其 低于空載無功負(fù)荷。在無功補(bǔ)償中，隨機(jī)補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償對(duì)象為具有無功需求的端用 戶，可有效改善電纜線路的電壓，降低整個(gè)配網(wǎng)的損耗，無需頻繁調(diào)整電容器的 補(bǔ)償容量，但其成本偏高，且設(shè)備利用率較低。隨器補(bǔ)償是指將配網(wǎng)電纜線路上的無功補(bǔ)償投切裝置為核心，在母線上配置 低壓電容器組。在無功補(bǔ)償中，隨器補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償對(duì)象為具有無功需求的配電變壓 器，可改善電纜線路的電壓，但效果不如隨機(jī)補(bǔ)償，降低整個(gè)配網(wǎng)及配電變壓器 的損耗，成本偏高，設(shè)備利用

6、率較高。自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償是指在低壓側(cè)配置電容器組，配網(wǎng)電纜線路的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間, 可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)電容器組的并接，通過投切方式完成無功補(bǔ)償。在無功補(bǔ)償中，自動(dòng) 跟蹤補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償對(duì)象為電纜線路的所有無功基荷，可改善電纜線路的電壓，但效 果不如隨機(jī)補(bǔ)償，降低整個(gè)配網(wǎng)及電纜線路的損耗，成本偏低，設(shè)備利用率非常 高2?；谏鲜鋈N無功補(bǔ)償方式的特點(diǎn)，其適用條件不同，技術(shù)人員在合理選擇 無功補(bǔ)償方式的基礎(chǔ)上，需明確具體的補(bǔ)償容量和電容器組的安裝位置，保障無 功補(bǔ)償作用的有效發(fā)揮。在補(bǔ)償容量確定中，技術(shù)人員需結(jié)合采集到的電纜線路 運(yùn)行參數(shù)，按照電纜線路平均無功負(fù)荷的66%,選擇補(bǔ)償容量；在安裝位置確定 中，技術(shù)人員需

7、遵循就地平衡原則，合理規(guī)劃電容器組的補(bǔ)償位置，避免電纜線 路會(huì)出現(xiàn)無用電流與過電壓，保障電纜線路穩(wěn)定可靠運(yùn)行。2.2無功補(bǔ)償案例本文以廣州市某lOkV專變用戶側(cè)的補(bǔ)償案例為基礎(chǔ)，分析電纜線路無功補(bǔ)償 的具體應(yīng)用方式與要點(diǎn)。在無功補(bǔ)償中，技術(shù)人員選擇隨機(jī)跟蹤無功補(bǔ)償方式， 配置有源動(dòng)態(tài)無功和諧波補(bǔ)償裝置，要求補(bǔ)償無功達(dá)到960kVaro由于該lOkV專 變用戶側(cè)變壓器為10kV/3200kVA,技術(shù)人員將支路的補(bǔ)償容量設(shè)定為 2x480kVar/1600kVA，兩臺(tái)無功補(bǔ)償設(shè)備以并聯(lián)形式運(yùn)行。為保障補(bǔ)償裝置的諧波 特性、響應(yīng)時(shí)間、冷卻方式及過載能力等技術(shù)指標(biāo)符合電纜線路無功補(bǔ)償要求， 技術(shù)人員合

8、理設(shè)計(jì)裝置參數(shù)，具體內(nèi)容如下：（1）硬件配置，選擇英飛凌的IGBT器件為主電路逆變器；選擇DSP控制芯 片；配置漢字液晶顯示面板及雷電浪涌保護(hù)裝置；采用落地式安裝方式安裝屏柜, 柜門開度控制在120。以上；選擇0.5級(jí)精度的電流互感器及輸出電流表。（2）軟 件設(shè)置，根據(jù)專變用戶側(cè)電纜線路運(yùn)行狀況，設(shè)定恒無功、恒電壓或自動(dòng)跟蹤控 制模式；設(shè)置緩沖啟動(dòng)控制回路；配置限流控制環(huán)節(jié)，確保補(bǔ)償裝置在額定容量 內(nèi)，完成無功補(bǔ)償，避免電纜線路出現(xiàn)過載燒毀現(xiàn)象；配置保護(hù)功能、自診斷功 能，在出現(xiàn)過載、過電路或短路故障時(shí)，補(bǔ)償裝置可自動(dòng)報(bào)警，保障裝置穩(wěn)定可 靠運(yùn)行。在有源動(dòng)態(tài)無功和諧波補(bǔ)償裝置投入使用后，lOkV專變用戶側(cè)的電壓閃變現(xiàn) 象有所改善，動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償效率有所提升，響應(yīng)時(shí)間控制在10ms內(nèi)，同時(shí)，在 電纜線路運(yùn)行期間，電網(wǎng)電壓相對(duì)穩(wěn)定，未出現(xiàn)諧振現(xiàn)象，檢測(cè)的諧波均符合電 纜線路穩(wěn)定運(yùn)行要求，功率因數(shù)也符合標(biāo)準(zhǔn)?？梢?，該專變用戶側(cè)配置的有源動(dòng) 態(tài)無功和諧波補(bǔ)償裝置效果顯著，可在電纜線路中推廣應(yīng)用。結(jié)論：綜上所述，電纜線路的電容效應(yīng)是指在電纜線路處于負(fù)荷低谷運(yùn)行狀 態(tài)時(shí)，末端電壓要高于首端電壓，技術(shù)人員可通過無功補(bǔ)償方式解決該現(xiàn)象引發(fā) 的問題。通過本文的分析，技術(shù)人員可選擇合適補(bǔ)償方式，明確補(bǔ)償?shù)娜萘颗c電 容器組的安裝位置，保