丁銀偉 趙良 方銀權(quán) 張一舟 顧聲樂

（國網(wǎng)余姚市供電公司 浙江省余姚市 330281）

1 配網(wǎng)電纜對配電網(wǎng)功率潮流的影響分析

電纜線路在交流電壓作用下產(chǎn)生容性無功功率，對系統(tǒng)充電，進(jìn)而影響系統(tǒng)功率潮流平衡和流動方向，進(jìn)而影響電壓。交流電壓作用下該現(xiàn)象更加明顯。

1.1 電纜的無功充電功率

電纜的無功充電功率與其對地電容以及兩端節(jié)點電壓平方成正比。不同截面電纜(此處主要指XLPE 類電纜)各等級電壓下的充電特性如表1 示。

由此可知，電壓等級220kV 及以上XLPE 類電纜無功充電容值比較大，對電網(wǎng)電壓影響和線路損耗也大。電纜對地電容充電功率大造成配置電纜比例高的電網(wǎng)系統(tǒng)無功充電功率就較高，進(jìn)而影響電網(wǎng)自身供電線路和相關(guān)節(jié)點的電壓質(zhì)量，進(jìn)而影響整個配網(wǎng)系統(tǒng)功率潮流方向和均衡性。

1.2 電網(wǎng)電纜對電網(wǎng)功率潮流的影響分析

電網(wǎng)電纜對電網(wǎng)功率潮流的影響是復(fù)雜和系統(tǒng)的，要全面分析研究。交流電下，XLPE 類電纜會電網(wǎng)系統(tǒng)充容性無功，而且電壓等級越高、截面越大、長度越長，則充電無功的功率越大。此時就會造成電網(wǎng)該線路兩端節(jié)點電壓升高，同時因在電網(wǎng)中存在的沖電無功功率流動，進(jìn)而整個配電網(wǎng)系統(tǒng)功率潮流方向及平衡性都受到很大影響，線路兩端電壓質(zhì)量也不穩(wěn)定。

同一線路在不同負(fù)載率下，其對配電網(wǎng)功率潮流的平衡性影響也相差很多。負(fù)荷較低時，電網(wǎng)電壓較高，此時XLPE 線路的充電功率較大，功率潮流某種程度超前容性化明顯，將會顯著抬升系統(tǒng)電壓；嚴(yán)重時，甚至可造成電壓高于固定上限值，此時要采取必要的方法措施來抑制電纜效應(yīng)的充電不利影響；電網(wǎng)重負(fù)荷，此時電網(wǎng)電壓較低，這時電纜的充電效應(yīng)又可以彌補(bǔ)無功缺口，起到提升電壓質(zhì)量的作用，就無需治理。

2 平衡策略分析

2.1 功率潮流平衡理論

電網(wǎng)中功率潮流平衡，主要指無功功率潮流不能超前，然后又盡可能臨近臨界點，即電網(wǎng)無功電源提供無功功率 ≥（本網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)負(fù)荷需要無功功率 + 系統(tǒng)自身無功功率損耗）。故配電網(wǎng)功率潮流平衡本文主要對無功潮流平衡優(yōu)化進(jìn)行分析研究。

進(jìn)行配電網(wǎng)無功潮流平衡優(yōu)化需要在系統(tǒng)電壓在正常范圍進(jìn)行，電壓過高和過低均不得改善。否則，為無功補(bǔ)償優(yōu)化采用某方法手段，如改大臺區(qū)互感器變比抬高電網(wǎng)系統(tǒng)某部電壓，但電網(wǎng)全域的無功功率仍然不足，則該電網(wǎng)的整個系統(tǒng)電壓并不能保持一個穩(wěn)定的范圍，就更談不上質(zhì)量良好。原因是此時電網(wǎng)全域的無功功率仍然不夠，這時的功率潮流平衡是無功電源因低電壓下本體的電壓調(diào)節(jié)，使電網(wǎng)需求無功功率的下降形成的平衡。

通常電網(wǎng)系統(tǒng)電壓與電網(wǎng)額定電壓是相同的,其功率Q 同電壓U 的關(guān)系如1 曲線所示，負(fù)載無功和其電壓關(guān)系如2 曲線示，兩線的交點a 決定了節(jié)點負(fù)荷的電壓Ua 。關(guān)系如圖 1 示。

如2 曲線示，負(fù)載率與電流變大時，若電網(wǎng)中的無功容性電源不變，此時電網(wǎng)無功曲線關(guān)系如1 曲線無變化，交點a＇代表新無功功率穩(wěn)定平衡點，此刻負(fù)荷點電壓Ua′也因此確定，并且從圖中可知Ua′

表1：不同電壓等級下XLPE 類電纜充電特性

2.2 功率潮流平衡優(yōu)化的策略

部頒版《電力系統(tǒng)電壓和無功電力技術(shù)導(dǎo)則》里有敘述：電網(wǎng)系統(tǒng)無功補(bǔ)償配置要遵循“總體平衡與局部平衡相結(jié)合；電力補(bǔ)償與用戶補(bǔ)償相結(jié)合；分散補(bǔ)償與集中補(bǔ)償相結(jié)合；降損與調(diào)壓相結(jié)合，以降損為主”原則。

故電網(wǎng)系統(tǒng)無功優(yōu)化建設(shè)，應(yīng)盡可能分層(按電壓)和分區(qū)(按地區(qū))分散補(bǔ)償，就地平衡調(diào)節(jié)，以免無功電力越級和遠(yuǎn)距離傳輸。

2.3 無功潮流優(yōu)化平衡控制與策略

電網(wǎng)系統(tǒng)的無功潮流優(yōu)化平衡控制與策略，一般按“9 區(qū)圖”如圖2。各區(qū)域內(nèi)，用最合適電容組合和先投先切順序控制投入和退出電容、電抗等設(shè)備，用以進(jìn)入“9 區(qū)”運(yùn)行。

控制電壓遵循逆調(diào)壓原則，當(dāng)電壓、無功功率波動任一參數(shù)超出允許偏差范圍(Ux～Us)或(Qx～Qs)時，依照整定偏移量，進(jìn)行電容投入或退出、同時變壓器分接頭切換命令，實現(xiàn)電壓調(diào)整和無功平衡的目標(biāo)。

為了實現(xiàn)無功功率動態(tài)、實時平衡和無功潮流的平衡分布，建議建模后取得最佳策略方案，盡量操作次數(shù)少，以損失小、全網(wǎng)關(guān)鍵負(fù)荷點電壓合格為目標(biāo)，自動優(yōu)化變壓器分接頭調(diào)節(jié)與電容器自動智能投切為控制手段。

3 配電網(wǎng)功率潮流優(yōu)化平衡的采取常見措施

XLPE 類電纜對電網(wǎng)功率潮流產(chǎn)生影響的根源，在于XLPE 類電纜較大的對地電容，尤其在交流電壓作用下會有更加明顯的無功充電功率。為了解決因電網(wǎng)的大量無功充電造成的負(fù)荷節(jié)點電壓升高越限，須電網(wǎng)中配置適當(dāng)量的感性負(fù)載補(bǔ)償或容性功率吸收，以平衡優(yōu)化系統(tǒng)中的無功功率。電力系統(tǒng)對消除電纜線路電容電流的主要措施如下：

3.1 高壓系統(tǒng)安裝并聯(lián)電抗器

加裝并聯(lián)電抗器是10kV 以上高壓系統(tǒng)中限制電容電流最常用方法。根據(jù)線路電容電流大小，其安裝位置分為兩種：

（1）大于5A 時，建議安裝在進(jìn)線斷路器出口側(cè)安裝，可以保證隔離開關(guān)可靠操作；

（2）小于5A 時，建議安裝在10kV 高壓母線上，可以預(yù)防輕載運(yùn)行時，向電網(wǎng)反送無功。

3.2 低壓配電系統(tǒng)安裝靜止式無功發(fā)生器（SVG）

SVG 因其可不間斷向電網(wǎng)輸出容、感性電流，建議可以安裝在配網(wǎng)中的臺區(qū)低壓側(cè)總出線側(cè)，作為無功補(bǔ)償及濾波治理使用。當(dāng)臺區(qū)線路的電容電流不超過5A，但輕載運(yùn)行向電網(wǎng)反送無功時，若低壓臺區(qū)適合安裝SVG，則SVG 發(fā)生感性電流，來限制線路電容電流。但該方式造價相對較高。

3.3 低壓配電系統(tǒng)加裝感容性功率自動平衡模組

余姚供電公司為解決低壓配電系統(tǒng)中的電纜電容效應(yīng)，與合作單位研究了一種經(jīng)濟(jì)、有效、安全穩(wěn)定的感容性功率抑制并網(wǎng)模塊和一種可以實時監(jiān)測出配網(wǎng)“弗蘭梯”效應(yīng)的儀表。通過對現(xiàn)有低壓配電網(wǎng)器件改造和調(diào)整，完美消除了低壓配電系統(tǒng)中“弗蘭梯”效應(yīng)。

全象限功率監(jiān)測分析儀，監(jiān)測配電網(wǎng)的電壓、電流、有功功率、無功功率、功率超前、滯后裕度量及潮流方向等電能質(zhì)量指標(biāo)。抑制模組智能根據(jù)分析儀全象限功率潮流分析和抑制方案，自動判定投入、切除抑制模組單元，進(jìn)而消除系統(tǒng)的“弗蘭梯”效應(yīng)。在配網(wǎng)系統(tǒng)功率超前時，并能控制調(diào)節(jié)配電系統(tǒng)配置的電容投入，滿足功率因數(shù)達(dá)標(biāo)功能。余姚電網(wǎng)某區(qū)域電網(wǎng)圖如圖3 所示。

#6 變電站進(jìn)行示范，設(shè)其于1 區(qū)運(yùn)行，即10kV 母線電壓小于Ux，此時臺變高壓側(cè)的無功功率高于上限設(shè)定值，控制系統(tǒng)則會優(yōu)先進(jìn)入電容調(diào)節(jié)程序，算出要投入的電容容量，滿足10kV 側(cè)不能反送無功到35kV 側(cè)，且不能超出無功受電的整定下限。若投入全部電容后，系統(tǒng)無功仍有缺口，則系統(tǒng)執(zhí)行變壓器分接頭調(diào)節(jié)指令，強(qiáng)行提高低壓側(cè)母線電壓，使其達(dá)到或高于Ux，但此時變電站無功負(fù)荷潮流可能不滿足整定要求，應(yīng)根據(jù)負(fù)荷預(yù)測，增加電容裝設(shè)容量。

于2 區(qū)運(yùn)行，即10kV 母線電壓達(dá)到或高于其Ux，同時臺變高壓側(cè)所無功功率潮流大于其上限設(shè)定值，則系統(tǒng)發(fā)出電容投入指令，補(bǔ)償無功減小變電站無功受電。電容全投入后如果無功仍然不足，因電壓在合格范圍內(nèi)，則系統(tǒng)不進(jìn)行分接頭調(diào)節(jié)，維持原運(yùn)行狀態(tài)。對于電容容量不足可通過增加電容的裝設(shè)容量來滿足。

在3 區(qū)運(yùn)行時，由于電壓超過Us，但無功受電也較多，超過上限，是因變壓器變比不合適引起，控制系統(tǒng)以此條件判斷。先發(fā)出分接頭調(diào)節(jié)指令進(jìn)行降壓，若分接檔位調(diào)至下限時，電壓仍超過Us，此時應(yīng)調(diào)節(jié)上一級變壓器（4）分接頭降低電壓。不切除電容是因切除后，無功受電會更大，不符合網(wǎng)損盡量小的原則。此外，可采取調(diào)整負(fù)荷結(jié)構(gòu)，平衡無功負(fù)荷的措施，不使其過于集中。

在4 區(qū)運(yùn)行時，第一步與3 區(qū)調(diào)整原則一致，第二步控制系統(tǒng)在保證無功合格的條件下，切除部分電容，減少其對電壓的抬升作用。

5、6、7、8 區(qū)相對應(yīng)，相反的調(diào)節(jié)指令。

經(jīng)過余姚電網(wǎng)某區(qū)域電網(wǎng)10kV 以下低壓配電系統(tǒng)加裝感容性功率自動平衡模組實施后，低壓臺區(qū)配電網(wǎng)完全消除了系統(tǒng)的電纜效應(yīng)影響；同時，高壓側(cè)功率因數(shù)由0.87 提高到0.96。

4 結(jié)論

解決電纜化應(yīng)用程度較高對配電網(wǎng)功率潮流的不良影響很有必要性，用新技術(shù)、新產(chǎn)品和傳統(tǒng)手段任何完美實現(xiàn)區(qū)域電網(wǎng)系統(tǒng)的功率潮流平衡優(yōu)化，電網(wǎng)電壓質(zhì)量和功率損耗、潮流平衡控制在一個穩(wěn)定安全的范圍內(nèi)，降低空載線路功率損耗，提高低壓配電網(wǎng)的電壓質(zhì)量和限制弧光接地過電壓現(xiàn)象的發(fā)生。為電力公司、用電客戶帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益，為社會節(jié)能減排事業(yè)做出貢獻(xiàn)，產(chǎn)生巨大的社會效益。