朱全邦 肖裕富

摘 要：提高低壓線路末端的電壓與功率因數(shù)，對(duì)于線路較長的線路末端用戶有著非常重要的作用，尤其一些山區(qū)低壓線路末端的電壓往往低于180 V，導(dǎo)致用戶無法正常用電，低壓側(cè)用戶大多是用單相電，更是存在著嚴(yán)重的三相不平衡等問題，這些問題的存在，給末端用戶帶來了極大的用電問題，同時(shí)也是供電部門急待解決的問題。文章介紹了一種新型的無功補(bǔ)償裝置，分析了該種補(bǔ)償裝置與傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償裝置相比的優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)無功補(bǔ)償裝置的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：電壓優(yōu)化精細(xì)補(bǔ)償；低壓線路末端；低電壓

中圖分類號(hào)：TM714.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2013）21-0136-05

電壓優(yōu)化精細(xì)補(bǔ)償裝置是結(jié)合福建省多山區(qū)、線路較長、線路末端電壓較低而專門研發(fā)的一套無功補(bǔ)償裝置，具有優(yōu)化線路及末端電壓，提高功率因數(shù)等功能，該產(chǎn)品在整體福建省屬首創(chuàng)技術(shù)。

1 國內(nèi)公用變壓器低壓無功補(bǔ)償?shù)默F(xiàn)狀

隨著人民生活水平的提高，電力作為一種清潔高效能源更加受用戶青睞，空調(diào)、冰箱、電磁爐、廚煲等大功率電器迅速普及，居民用電以年均20%～30%的速度快速增長。低壓線路中、后端電壓低問題日益顯現(xiàn)，給用戶帶來了極大的不便，成為當(dāng)前電力客戶投訴熱點(diǎn)。為解決電壓低這一問題，目前主要措施是配變新增或增大低壓導(dǎo)線線徑，提高供電能力。但是配變新增投資大，周期長，線路走廊和占地問題協(xié)調(diào)難，增大低壓導(dǎo)線線徑也因低壓線路往往沿墻架設(shè)而處處受阻，電壓低問題難以快速解決。另外隨著用電負(fù)荷不斷增長，無功負(fù)荷迅速增大，導(dǎo)致低壓線損率居高不下，嚴(yán)重影響供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，甚至社會(huì)效益。

傳統(tǒng)低壓無功補(bǔ)償裝置安裝于配變的首端，進(jìn)行集中的補(bǔ)償。僅補(bǔ)償了配變及以上高壓無功負(fù)荷，低壓用電設(shè)備的無功負(fù)荷仍通過低壓線路供到用電設(shè)備上，低壓線路因無功負(fù)荷存在呈現(xiàn)總負(fù)荷大，應(yīng)補(bǔ)償?shù)臒o功負(fù)荷無法得到補(bǔ)償，導(dǎo)致低壓線損高、電壓損耗大，且傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償設(shè)備體積大，重量大，不利于在線路中后端安裝。

傳統(tǒng)電容補(bǔ)償柜是主要通過普通無功補(bǔ)償控制器和投切開關(guān)，和電力電容器組合，根據(jù)功率因數(shù)的高低，來投切電力電容器，來提高功率因數(shù)，其投切的原理是根據(jù)功率因九的高低或無功功率無功率的大小，來判斷是否要投切，起到補(bǔ)償?shù)哪康摹?/p>

傳統(tǒng)電容補(bǔ)償柜缺點(diǎn)也很明顯，單一的判斷模式，容易形成頻繁投切，如在投切的臨界點(diǎn)，不投入電容器就會(huì)欠補(bǔ)償，投入電容器就會(huì)過補(bǔ)償，因此會(huì)形成頻繁投切，形成投切震蕩，形成電壓撥動(dòng)，從而不能夠正常用電，另一個(gè)問題，一些線路較的用電區(qū)域，存在這樣一種情況，線路的功率因數(shù)很高，但是線路的電壓卻很低，這時(shí)依靠功率因數(shù)或無功功率就無法再補(bǔ)償。

基于電壓優(yōu)化精細(xì)補(bǔ)償裝置，可以很好的解決這些問題。臺(tái)區(qū)終端電壓優(yōu)化精細(xì)補(bǔ)償裝置體積小、質(zhì)量輕，免接地非常適合線路中后端安裝。裝置的運(yùn)行投切以電壓高低為主要投切條件，功率因數(shù)高低為輔助投切條件的組合投切控制方式，采用階梯式電容配置組合，實(shí)現(xiàn)12個(gè)階梯的精細(xì)分檔，根據(jù)比較標(biāo)準(zhǔn)電壓的偏差情況自動(dòng)進(jìn)行階梯式投切電容，電容投切更加精確可靠，使低壓供電線路具有顯著的降損提壓效果，既補(bǔ)償?shù)蛪壕€路的無功負(fù)荷，也補(bǔ)償了配變及以上高壓無功負(fù)荷。

2 項(xiàng)目內(nèi)容

項(xiàng)目研究首先選定出現(xiàn)低電壓的臺(tái)區(qū)，并對(duì)該臺(tái)區(qū)的變壓器容量、負(fù)荷分部、供電半徑、及導(dǎo)線截面積的情況和運(yùn)行數(shù)據(jù)（主要是電壓、電流、有功功率、無功功率和功率因數(shù)等）進(jìn)行分析，然后研究設(shè)計(jì)無功補(bǔ)償容量和設(shè)備安裝點(diǎn)并完成有關(guān)的實(shí)驗(yàn)和測試，最后將其安裝到選定的負(fù)荷端進(jìn)行串補(bǔ)調(diào)壓。具體研究內(nèi)容可分為如下過程：

①首先分析待補(bǔ)償點(diǎn)的電能質(zhì)量現(xiàn)狀和用電設(shè)備的主要特征。

②其次在上述分析的基礎(chǔ)上，查閱文獻(xiàn)后，確定設(shè)備元件的型號(hào)、參數(shù)、性能繪制設(shè)備的主回路圖、二次控制圖紙和安裝圖，編寫和調(diào)試自動(dòng)控制程序。

③根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)出智能型的電壓優(yōu)化補(bǔ)償裝置，同時(shí)根據(jù)安裝線路的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)設(shè)計(jì)模型進(jìn)行模擬調(diào)試，確定方案的可行性。

④最后將控制柜安裝在選定的配電線路上，掛網(wǎng)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，分析補(bǔ)償后的運(yùn)行數(shù)據(jù)和提壓降損的效果。

3 項(xiàng)目研究過程

①立項(xiàng)后，充分了解福鼎地區(qū)主要鄉(xiāng)鎮(zhèn)去實(shí)地測量農(nóng)村電網(wǎng)的電壓、負(fù)荷、線路的特征。特別針對(duì)一些供電半徑長、負(fù)荷分散的變臺(tái)，通過實(shí)地測量可以看出，農(nóng)村的用的特點(diǎn)是中午和晚上時(shí)候是用電高峰期，都不同程度的出現(xiàn)了電壓偏低的情況，特別是位于線路末端的負(fù)荷，電壓偏低更為嚴(yán)重。

②通過查閱大量的文獻(xiàn)資料和咨詢有關(guān)專家，了解目前電網(wǎng)在提高電能質(zhì)量，特別是處理電壓偏低方面的技術(shù)，綜合目前的研究成果，重點(diǎn)對(duì)線路中后端無功補(bǔ)償進(jìn)行了詳細(xì)的分析和研究。

③確定線路中后端無功補(bǔ)償方案的主電路和控制電路，同時(shí)選定需要補(bǔ)償?shù)陌惭b點(diǎn)，采集該線路的運(yùn)行數(shù)據(jù)，確定電壓優(yōu)化智能補(bǔ)償裝置元器件及其參數(shù)的選型和控制程序的編寫及模擬試驗(yàn)。

④掛網(wǎng)運(yùn)行，并采集掛網(wǎng)前后的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，分析掛網(wǎng)后的提壓降損的效果，撰寫結(jié)題報(bào)告等材料。

4 解決的關(guān)鍵技術(shù)問題

基于電壓優(yōu)化的低壓精細(xì)無功補(bǔ)償裝置開發(fā)，重點(diǎn)解決的關(guān)鍵技術(shù)問題有以下幾個(gè)方面：

①如何有效利用電容器來優(yōu)化電壓，同時(shí)能夠不產(chǎn)生過補(bǔ)償及電壓波動(dòng)等問題。

②如何做到精細(xì)化補(bǔ)償，又能夠避免頻繁投切，精細(xì)化實(shí)補(bǔ)償會(huì)共補(bǔ)分補(bǔ)同時(shí)補(bǔ)償而且分組會(huì)比較細(xì)，負(fù)荷較小的變動(dòng)可能就會(huì)引起投切，如何能夠避免頻繁投切也是一大技術(shù)難題。

③結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，便于現(xiàn)場安裝。

5 無功補(bǔ)償和電壓補(bǔ)償原理

電網(wǎng)輸出的功率包括兩部分：一是有功功率，二是無功功率。直接消耗電能，把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，熱能，化學(xué)能或聲能，利用這些能作功，這部分功率稱為有功功率；不消耗電能；只是把電能轉(zhuǎn)換為另一種形式的能，這種能作為電氣設(shè)備能夠作功的必備條件，并且，這種能是在電網(wǎng)中與電能進(jìn)行周期性轉(zhuǎn)換，這部分功率稱為無功功率，如電磁元件建立磁場占用的電能，電容器建立電場所占的電能.電流在電感元件中作功時(shí)，電流滯后于電壓90？觷，而電流在電容元件中作功時(shí)，電流超前電壓90？觷，在同一電路中，電感電流與電容電流方向相反，互差180？觷，如果在電磁元件電路中有比例地安裝電容元件，使兩者的電流相互抵消，使電流的矢量與電壓矢量之間的夾角縮小。

由于傳統(tǒng)低壓無功補(bǔ)償裝置安裝于配變的首端，進(jìn)行無功集中補(bǔ)償，僅補(bǔ)償了配變及10 kV高壓線路無功負(fù)荷，屬中間無功補(bǔ)償。而低壓用電設(shè)備的無功負(fù)荷仍通過低壓線路供到用電設(shè)備上，無法解決低壓線路中因無功負(fù)荷存在導(dǎo)致的電壓損失大、線損率高的問題，也就無法解決低壓線路中因無功負(fù)荷存在導(dǎo)致的電壓損失大、線損率高的問題，也就無法解決低壓線路中、后端電壓低問題。而電壓優(yōu)化智能箱通過綜合測控模塊，可實(shí)現(xiàn)12級(jí)無功補(bǔ)償量組合，能實(shí)時(shí)根據(jù)配變低壓系統(tǒng)存在的無功負(fù)荷變化情況階梯式地投入相應(yīng)容量的低壓電力電容，實(shí)現(xiàn)精細(xì)無功補(bǔ)償功能，最大限度補(bǔ)償?shù)蛪合到y(tǒng)無功負(fù)荷。而裝置安裝于線路的中、末端，降低了安裝點(diǎn)前端低壓線路無功負(fù)荷，既降低了低壓線路線損，又降低了低壓線路的電壓損失，優(yōu)化了低壓供電系統(tǒng)的電壓。

邏輯算法如下：

①參考指標(biāo)包括電壓，功率因數(shù)，無功功率。

②補(bǔ)償類型包括電壓型補(bǔ)償，無功功率型補(bǔ)償。

③電壓型補(bǔ)償。通過終端采集電壓電流信號(hào)，經(jīng)FFT變換得到三相電壓。當(dāng)三相電壓低于下限電壓，則進(jìn)行電容投入，當(dāng)電壓高于上限電壓則停止投入，過補(bǔ)償可調(diào)，在不允許過補(bǔ)償時(shí)，出現(xiàn)過補(bǔ)就會(huì)切除投入電容，在允許過補(bǔ)償時(shí)，當(dāng)負(fù)無功功率大于設(shè)定的門限時(shí)則切除投入電容。當(dāng)電壓高于極限電壓上限時(shí)則切除投入電容。當(dāng)諧波大于設(shè)定門限值，則切除投入電容。當(dāng)出現(xiàn)缺相也切除投入電容。

④無功功率型補(bǔ)償。終端采集到電壓電流信號(hào)，算出無功功率及功率因數(shù)，從而綜合判斷。當(dāng)三相無功功率高于設(shè)置電容容量，則進(jìn)行電容投入，等容投切按先投后切，先投共補(bǔ)后投分補(bǔ)，先切分補(bǔ)后切共補(bǔ)，不等容按無功功率先投小的，再投大的，切除時(shí)先切除大的再切除小的。過補(bǔ)償可調(diào)，在不允許過補(bǔ)償時(shí)，出現(xiàn)過補(bǔ)就會(huì)切除投入電容，在允許過補(bǔ)償時(shí)，當(dāng)負(fù)無功功率大于設(shè)定的門限時(shí)則切除投入電容。當(dāng)諧波大于門限值，則切除投入電容。當(dāng)出現(xiàn)缺相也切除投入電容，無功功率型補(bǔ)償示意圖如圖1所示。

6 方案設(shè)計(jì)

①外殼結(jié)構(gòu)。為戶外防雨結(jié)構(gòu)，頂蓋大于箱體30 mm或以上；箱體可前后開門維護(hù)，加內(nèi)儀表門，用于安裝電流電壓、投切狀態(tài)指示及無功補(bǔ)償控制器，外門開玻璃觀察鏡，箱體底部開電纜出線孔，箱體左右側(cè)及底部開散熱孔，并有防雨和防小動(dòng)物措施。箱體頂部有吊環(huán)，底部有安裝孔。頂部吊環(huán)有防雨措施。

②電氣連接。進(jìn)線采用戶外式瓷瓶銅頭，規(guī)格≥20 mm，采用銅芯導(dǎo)線連接，二次控制部分導(dǎo)線≥1.5 mm。

③電器性能。所選用的電器元件必須國標(biāo)合格產(chǎn)品，屬國家強(qiáng)制性產(chǎn)品的并獲得CCC認(rèn)證，無功補(bǔ)償裝置為三相和分相補(bǔ)償，投切開關(guān)采用智能式復(fù)合開關(guān)，復(fù)合開關(guān)具有電壓故障保護(hù)功能，兩次接通的時(shí)間≥120 s，響時(shí)間≤1 000 ms；補(bǔ)償控制器采用電力參數(shù)分析控制儀。

④控制儀具備如下功能。其一，優(yōu)化電壓。通過監(jiān)測工作電壓，當(dāng)其低于正常范圍的時(shí)候，終端將自動(dòng)調(diào)節(jié)補(bǔ)償，從而使工作電壓達(dá)到一個(gè)合理的范圍，允許過補(bǔ)償和不允許過補(bǔ)償可設(shè)定，允許過補(bǔ)償?shù)牧恳部烧{(diào)，從而起到優(yōu)化工作電壓的作用。其二，降低線損。通過優(yōu)化電壓，無功補(bǔ)償，提高功率因數(shù)，從而改善電能質(zhì)量，起到降低線損的作用。其三，精細(xì)化補(bǔ)償。共補(bǔ)和分補(bǔ)自動(dòng)選擇來最優(yōu)組合來補(bǔ)償，根據(jù)無功功率來精確補(bǔ)償，以及自動(dòng)分相無功補(bǔ)償投切控制等功能。其四，通訊功能。具有標(biāo)準(zhǔn)S232/R485數(shù)據(jù)接口，通過RS232/R485接口與計(jì)算機(jī)/抄表器/無線模塊連接，可實(shí)現(xiàn)本地與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)信息的采集和交換。其五，記錄功能。統(tǒng)計(jì)記錄各相電壓、電流、功率因數(shù)、有功/無功功率、諧波、頻率的數(shù)據(jù)。其六，設(shè)置功能。具有設(shè)置設(shè)備參數(shù)功能。其七，無功投切控制功能。能靈活使三相共補(bǔ)、三相分補(bǔ)或兩者結(jié)合的方式?？梢苑譃椋弘妷盒脱a(bǔ)償、無功功率型補(bǔ)償。能智能選擇電容器投切組合，投切控制取樣物理為電壓和功率因數(shù)。控制輸出接點(diǎn)12路，每路DC12 V（60 mA）或者AC220 V（5 A）。具有編碼投切功能，投切方式可采用全Y、全△或Y+△接法?？刂戚敵瞿苓m電子開關(guān)、交流接觸器、負(fù)荷電子開關(guān)或真空接觸器等不同投切元件。

⑤保護(hù)功能。具有上電、斷電保護(hù)功能和自檢查復(fù)歸功能，具有缺相保護(hù)功能，具有諧波超限保護(hù)功能，超限及故障警示功能，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障或某個(gè)報(bào)警參數(shù)超限時(shí)，對(duì)參數(shù)反顯、提示。

⑥一次回路及與一次回路連通的輔助電路能耐受2 500 V工頻電壓5 s。

⑦電容器投切有明顯的三相投切指示燈。

⑧接地。配電箱設(shè)置滿足接地穩(wěn)定電流條件接地母排，所有接地的電器元件均與之可靠連接，并有≥12 mm的接地引入壓接鏍栓。

7 功能實(shí)現(xiàn)過程

將電壓優(yōu)精細(xì)補(bǔ)償裝置裝在電線桿上，將線路三相電壓接入，裝置采集三相電壓信號(hào)，通過電流互感器可以采集到電流信號(hào)，由電壓優(yōu)化精細(xì)補(bǔ)償控制器，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測分析，根據(jù)設(shè)定的投切模式，滿足投切條件時(shí)，由電壓優(yōu)化精細(xì)補(bǔ)償控制器發(fā)出投切指令，可控硅開關(guān)接到投切指令以后，來負(fù)責(zé)電容器和電網(wǎng)的接通和斷開，具體投切條件是，通過監(jiān)測工作電壓、功率因數(shù)、無功功率，當(dāng)其低于正常范圍的時(shí)候，終端將自動(dòng)調(diào)節(jié)補(bǔ)償，從而使工作電壓達(dá)到一個(gè)合理的范圍，允許過補(bǔ)償和不允許過補(bǔ)償可設(shè)定，允許過補(bǔ)償?shù)牧恳部烧{(diào)，從而起到優(yōu)化工作電壓的作用。降低線損：通過優(yōu)化電壓，無功補(bǔ)償，提高功率因數(shù)，從而改善電能質(zhì)量，起到降低線損的作用；精細(xì)化補(bǔ)償，共補(bǔ)和分補(bǔ)自動(dòng)選擇來最優(yōu)組合來補(bǔ)償，根據(jù)無功功率來精確補(bǔ)償，以及自動(dòng)分相無功補(bǔ)償投切控制等功能。

8 基于電壓優(yōu)化精細(xì)補(bǔ)償裝置的組成

基于電壓優(yōu)化精細(xì)補(bǔ)償裝置如圖2所示?！盎陔妷簝?yōu)化精細(xì)補(bǔ)償裝置”有以下四個(gè)單元組成：系統(tǒng)軟件管理單元，測量控制單元，無線通訊模塊，無功補(bǔ)償單元。

各部分功能如下：

①主站管理單元，可以不用上桿，系統(tǒng)主站就能通過分析處理測控單元上傳的電網(wǎng)實(shí)時(shí)信息數(shù)據(jù)，同時(shí)也能夠修改終端參數(shù)，把終端里存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)抄收到系統(tǒng)中，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，統(tǒng)計(jì)，及報(bào)表打印。

②測量控制單元是利用電壓、電流互感器從電網(wǎng)中檢測各種電網(wǎng)信息數(shù)據(jù)，經(jīng)過信號(hào)轉(zhuǎn)換、運(yùn)算、分析和控制決策，最后由控制器自行進(jìn)行電壓優(yōu)化精細(xì)補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)算，發(fā)出數(shù)字投切指令。

③無線通訊模塊單元是利用無線通訊網(wǎng)絡(luò)將測控單元（控制器）發(fā)來的線路電網(wǎng)信息數(shù)據(jù)發(fā)送給主站或?qū)⒅髡镜闹噶钕掳l(fā)到測控單元的數(shù)據(jù)傳輸通道。此單元是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)達(dá)到就地四遙（遙測、遙信、遙調(diào)、遙控）的關(guān)鍵。

④無功補(bǔ)償單元為無功功率發(fā)生單元通過接受測控單元的投切指令完成開關(guān)的合、分閘動(dòng)作，接通和開斷電容器組，電壓優(yōu)化精細(xì)補(bǔ)償投切單元在系統(tǒng)中起著主要作用，其他單元都是為它服務(wù)的，它的主要組成包括電壓優(yōu)化精細(xì)補(bǔ)償控制器、智能電容器、電流互感器、避雷器、斷路器等。

9 電壓優(yōu)化精細(xì)補(bǔ)償主要技術(shù)參數(shù)

電壓優(yōu)化精細(xì)補(bǔ)償主要技術(shù)參數(shù)如下：額定頻率：50 Hz；額定電壓：380 V；額定絕緣電壓：660 V；額定電流：視變壓器容量與之匹配；斷路器額定短路開斷電流：30 kA；電氣間隙：≥5.5 mm；爬電距離：≥12.5 mm；外殼防護(hù)等級(jí)：IP30；安裝方式：戶外桿上。

10 電壓優(yōu)化精細(xì)補(bǔ)償?shù)闹饕δ?/p>

①優(yōu)化電壓，降低無功。通過全理的投入電力電容器，可以優(yōu)化電壓，提高功率因數(shù)，從而改善電能質(zhì)量，起到用電節(jié)能減排的作用.

②采集功能。三相電壓；三相電流；三相有功功率；三相無功功率；三相功率因數(shù)；電量總量；三相電壓、三相電流的波形真度、畸變因數(shù)；三相的2～13次諧波含量及總諧波含量；頻率。

③記錄功能。能統(tǒng)計(jì)記錄各相電壓、電流、功率因數(shù)、有功/無功功率、諧波、頻率的最大值、最小值及出現(xiàn)時(shí)刻；能統(tǒng)計(jì)記錄每組電容投切次數(shù)、投入時(shí)間；能統(tǒng)計(jì)記錄各相電壓超上、下限時(shí)間及缺相時(shí)間；能統(tǒng)計(jì)記錄1 min最大電流；能統(tǒng)計(jì)記錄停電時(shí)刻、來電時(shí)刻；能統(tǒng)計(jì)記錄有功/無功電量、月累計(jì)停電時(shí)間；能整點(diǎn)記錄各相電壓、電流、功率因數(shù)、有功/無功功率、有功/無功電量、頻率；能整點(diǎn)記錄電壓/電流各次諧波、電壓諧波精度達(dá)到千分位；能記錄各相電壓值超上、下限的累計(jì)時(shí)間、超限率及電壓合格率；能統(tǒng)計(jì)廟宇時(shí)間段內(nèi)的運(yùn)行時(shí)間、超限時(shí)間、供電可靠率及電壓合格率；能實(shí)時(shí)記錄有功/無功電度字頭、失電不丟失數(shù)據(jù)；能記錄整點(diǎn)負(fù)荷率和有、無電量；能記錄每日最大、小負(fù)荷率及出現(xiàn)時(shí)間；能記錄每日最大、小三相負(fù)荷不平衡率及出現(xiàn)時(shí)間。

④顯示功能?？蓪?shí)時(shí)顯示三相電壓、電流、功率因數(shù)、有功/無功電度、零序電流、電壓/電流諧波、頻率、電容器投切狀態(tài)、故障狀態(tài)、系統(tǒng)時(shí)間；可顯示設(shè)備編號(hào)、電流互感器變比、有功/無功電度初值預(yù)置值欠壓、電壓上/下限值、零序電流超限值、電壓諧波總畸變率超限值、投切電容器的路數(shù)、編碼方式、每路電容容量、投切電壓門限、投切延時(shí)時(shí)間等

⑤設(shè)置參數(shù)?？稍O(shè)置密碼、設(shè)備編號(hào)、電流互感器變比、有功/無功電度初值、系統(tǒng)時(shí)間；可設(shè)置過壓/欠壓保護(hù)值、電壓上/下限值、零序電流超限值、電壓諧波總畸變率超限值；可設(shè)置投切電容器的路數(shù)、編碼方式、每路電容容量、投切電壓門限、投切延時(shí)時(shí)間。無功投切控制功能能靈活適應(yīng)三相共補(bǔ)、三相分補(bǔ)或兩者結(jié)合的方式；可以分為：電壓型補(bǔ)償，無功功率型補(bǔ)償；能智能選擇電容器投切組合；投切控制取樣物理為電壓和功率因數(shù)；控制輸出接點(diǎn)12路，每路DC12 V（60 mA）或者AC220 V（5 A）；具有編碼投切功能，投切方式可采用全Y、全△或Y+△接法；控制輸出能適應(yīng)電子開關(guān)、交流接觸器、負(fù)荷電子開關(guān)或真空接觸器等不同投切元件。

⑥存儲(chǔ)功能。采集的各類數(shù)據(jù)能在終端存儲(chǔ)2個(gè)月：整點(diǎn)數(shù)據(jù)一個(gè)點(diǎn)/h；統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)一個(gè)點(diǎn)/天；諧波數(shù)據(jù)一個(gè)點(diǎn)/小時(shí)；停電數(shù)據(jù)保存最近25條。

⑦保護(hù)功能。具有上電、斷電保護(hù)功能和自檢查復(fù)歸功能；具有缺相保護(hù)功能；具有諧波超限保護(hù)功能；超限及故障警示功能；當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障或某個(gè)報(bào)警參數(shù)超限時(shí)，對(duì)應(yīng)參數(shù)反顯、提示。

⑧無線通訊功能。支持GPRS無線通信查詢以及設(shè)置參數(shù)、定值。

⑨上位機(jī)軟件功能。有完善的上位機(jī)軟件，可用于現(xiàn)場遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)通訊，如參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)抄收等。

11 項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)

①首次在農(nóng)網(wǎng)配電低壓側(cè)使用無功補(bǔ)償原理與電壓優(yōu)化與關(guān)聯(lián)，來優(yōu)化電壓，形成一個(gè)完整的電化優(yōu)化解決方案。

②首次將精細(xì)化無功補(bǔ)償補(bǔ)償方案運(yùn)用到農(nóng)網(wǎng)配電項(xiàng)目中，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償?shù)木?xì)化，又避免了頻繁投切，三相不平衡以及過補(bǔ)償?shù)葐栴}。

③首次將電壓優(yōu)化、精細(xì)化無功補(bǔ)償、及配變監(jiān)測、負(fù)荷實(shí)測、通訊管理、系統(tǒng)管理結(jié)合在一起，形成了一套既能優(yōu)化電壓又能補(bǔ)償無功同還進(jìn)行負(fù)荷實(shí)側(cè)。

④傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置均選擇功率因數(shù)作為控制物理量。本裝置以電壓高低及功率因數(shù)高低的組合為約束條件自動(dòng)投入相應(yīng)無功容量的電容器。以電壓波動(dòng)、功率因數(shù)組合作為投切門檻，在設(shè)定范圍根據(jù)變化情況實(shí)現(xiàn)階梯式分組投切。

⑤本裝置采用補(bǔ)償無功量實(shí)行階梯式組合配置，精細(xì)分檔，根據(jù)電壓、無功功率偏差可實(shí)現(xiàn)階梯式無功量投入，控制更加精確可靠。

⑥本裝置安裝于低壓線路中、后端，在確保配變首端不過補(bǔ)、安置點(diǎn)可適當(dāng)過補(bǔ)，大大提高無功補(bǔ)償裝置效率。

⑦該裝置體積小（體積只有傳統(tǒng)裝置大小的1/4）、成本較低、安裝方便（只需單桿或墻體即可安裝，帶電安裝）、因外殼為SMC絕緣材料可無接地。

12 設(shè)計(jì)控制參數(shù)，優(yōu)化裝置與現(xiàn)場用電情況的匹配

電壓優(yōu)化精細(xì)補(bǔ)償裝置要根據(jù)不同的用電情況來設(shè)計(jì)現(xiàn)場裝置的系統(tǒng)參數(shù)方案，這是該裝置功能強(qiáng)大的地方，能夠根據(jù)不同的現(xiàn)場來制定不同的控制策略，滿足各種現(xiàn)場的使用要求，如現(xiàn)場需要根據(jù)無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，即功率因數(shù)不高，0.85以下，那么就用無功功率模式來制定投切策略，通過無功功率，功率因數(shù)，電壓，零序電流，電壓諧波，電流諧波綜合來判斷，保證功率因數(shù)適中在一個(gè)合格的范圍內(nèi)，并且無投切震蕩，如現(xiàn)場需根據(jù)電壓進(jìn)行投切控制，即電壓低于198 V，那么就要用電壓模式進(jìn)行投切，根據(jù)電壓來制定投切策略，根據(jù)系統(tǒng)電壓進(jìn)行投切，保證系統(tǒng)電壓是合格的范圍內(nèi)，保證用電的可靠性。

13 現(xiàn)場應(yīng)用數(shù)據(jù)分析

在選定臺(tái)區(qū)的安裝點(diǎn)安裝臺(tái)區(qū)終端電壓階梯補(bǔ)償裝置后，通過對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析比較可以看出臺(tái)區(qū)終端電壓優(yōu)化精細(xì)補(bǔ)償裝置具有很好的調(diào)壓效果。在臺(tái)區(qū)終端電壓優(yōu)化精細(xì)補(bǔ)償裝置前，變臺(tái)線路中后端的用戶常常在線路高峰負(fù)荷時(shí)電壓明顯偏低，對(duì)電壓質(zhì)量要求高的生產(chǎn)設(shè)備無法正常運(yùn)行，嚴(yán)重影響了居民的正常生產(chǎn)活動(dòng)。而在臺(tái)區(qū)終端電壓電壓優(yōu)化補(bǔ)償裝置安裝完成后，其將能夠根據(jù)負(fù)荷電壓的大小自動(dòng)調(diào)節(jié)電壓補(bǔ)償量，提高負(fù)荷電壓，從而改善了電能質(zhì)量，對(duì)保居民的正常生產(chǎn)與生活具有重要的意義。以下分析臺(tái)區(qū)終端電壓員電壓優(yōu)化精細(xì)補(bǔ)償裝置的提壓降損效果。

綜合表1、表2可得，安裝了階梯式電壓優(yōu)化補(bǔ)償裝置后，配變低壓線路安裝點(diǎn)電壓均有不程度的提高，最大提高電壓20 V，平均最大提高電壓14.2 V。配變低壓臺(tái)區(qū)線損率均有不同程度的下降，線損最大下降了2.05%，平均降損1.45%。

安裝了電壓優(yōu)化精細(xì)補(bǔ)償裝置的5臺(tái)配變臺(tái)區(qū)每月可節(jié)省低壓線損電量9 697.61 kW·h，平均每臺(tái)每月節(jié)省電量1 939.52 kW·h，每年每臺(tái)投運(yùn)該裝置可節(jié)省低壓線損電量23 274.26 kW·h（約2.33萬kW·h），以平均售電價(jià)0.57元/ kW·h計(jì)算，每年每臺(tái)可節(jié)省低壓線損金額約1.33萬元左右。這僅計(jì)算了低壓線路線損降低部分，而實(shí)際還能降低配變連接高壓線路的線損，并提高配變利用率及降低高壓線路安裝無功補(bǔ)償設(shè)備容量等。

通過對(duì)安裝電壓優(yōu)化精細(xì)補(bǔ)償裝置分析和總結(jié)，安裝于低壓線路中、后端的電壓優(yōu)化精細(xì)補(bǔ)償裝置的研究成功并廣泛運(yùn)用可大幅度地降低電網(wǎng)線損及輸電成本、改善低壓臺(tái)區(qū)電壓質(zhì)量、提高配電變壓器的承載能力、降低低壓供電系統(tǒng)運(yùn)營成本，體現(xiàn)出了極大的優(yōu)越性。不但具有較高的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)社會(huì)效益更加顯著，具有極大的推廣價(jià)值。

14 項(xiàng)目完成時(shí)主要技術(shù)指標(biāo)

①優(yōu)化電壓。通過無功補(bǔ)償提升電壓并控制電壓，使電壓控制在國家規(guī)定的范圍內(nèi)，單相供電220 V居民客戶受電端：-10%～+7%，即用電時(shí)最高電壓不高于236 V，最低電壓不低于198 V。三相供電10 kV（6 kV）專線客戶或380 V客戶端：-7%～+7%，即用電時(shí)最高電壓不高于10.7 kV（6.42 kV）或407 V，最低電壓不低于9.3 kV（5.58 kV）或353 V。

②精細(xì)補(bǔ)償。通過科學(xué)有效的電容器分組，共補(bǔ)分補(bǔ)相結(jié)合，單位步長不大于5 kVAR，來實(shí)現(xiàn)精細(xì)補(bǔ)償，并且功率因數(shù)保持在0.95及以上，不震蕩，不過補(bǔ)。

③可實(shí)現(xiàn)對(duì)配電電壓、電流、無功功率、功率因數(shù)等實(shí)時(shí)檢測功能，保存數(shù)據(jù)時(shí)間長，便于對(duì)故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；補(bǔ)償模塊具有投運(yùn)、退運(yùn)、故障自診并提示功能，電容器組容量與溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測功能，避免對(duì)配電網(wǎng)和設(shè)備造成影響。

15 結(jié) 語

對(duì)于供電半徑大、負(fù)荷波動(dòng)大的配電線路，線路的電壓損耗較大，常常造成負(fù)荷端的電壓水平偏低，電壓波動(dòng)大，難以滿足電壓質(zhì)量要求。因此，需要用補(bǔ)償裝置進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)，以提高和穩(wěn)定負(fù)荷側(cè)的電壓?，F(xiàn)有的傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置無法補(bǔ)償線路中后端，難以適應(yīng)于供電半徑大、負(fù)荷波動(dòng)大的配電線路，本次研制的臺(tái)區(qū)終端電壓優(yōu)化精細(xì)補(bǔ)償裝置能夠很好適應(yīng)這一供電狀況。

通過在選定的負(fù)荷點(diǎn)安裝臺(tái)區(qū)終端電壓優(yōu)化精細(xì)補(bǔ)償裝置，對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析比較可以看出臺(tái)區(qū)終端電壓優(yōu)化精細(xì)補(bǔ)償裝置具有很好的提壓降損效果，同時(shí)能根據(jù)負(fù)荷特征自動(dòng)調(diào)節(jié)電壓補(bǔ)償量，對(duì)于改善電能質(zhì)量，保證居民的正常生產(chǎn)、生活具有重要的意義。

不少專家認(rèn)為，由于電力電子器件的價(jià)格會(huì)不斷下降，因此隨著造價(jià)的降低和技術(shù)的完善，在不遠(yuǎn)的將來電壓優(yōu)化精細(xì)補(bǔ)償裝置將成為配網(wǎng)中無功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王兆安，楊君，劉進(jìn)軍.諧波抑制和無功補(bǔ)償[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[2] 李群湛，連級(jí)三，高仕斌.高速鐵路電氣化工程[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2006.

[3] GB/T 14549-1993，電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波[S].

[4] 劉進(jìn)軍，王兆安.瞬時(shí)無功理論與傳統(tǒng)功率理論的統(tǒng)一數(shù)學(xué)描述及物理意義[J].電功技術(shù)學(xué)報(bào)，1998，（6）.

[5] 李群，蔣平.電能質(zhì)量與節(jié)能技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2008.