CN104333019A - 10kv架空线路无功补偿装置电压优化选点方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种10KV架空线路无功补偿装置电压优化选点方法,包括以下步骤,a.根据线路负荷曲线与无功、有功采样的数据,取得最大负荷时的负荷率与功率因数;b.初步确定补偿容量范围;c.根据上述的负荷率、功率因数以及线路电气接线图,架空线的档距、线径计算与绘制出线路负荷与阻抗分布图,并统计出主线路或支路的无功量;d.计算出每个负荷点相对于原点或分支点的压降百分比;e.在允许的补偿范围内,根据线路压降、线路无功量的状况确定补偿点数量与容量,并进行验算;f.确定补偿点的位置。根据线路中的实际情况分析计算出补偿点的数量以及位置,能够最大化的提高对线路的补偿效率,同时,也能够做到避免过补偿以及欠补偿的情况。
Description
技术领域
本发明属于供电技术领域,特别涉及一种10KV架空线路无功补偿装置电压优化选点方法。
背景技术
在电网线路中以感性负荷为主,感性负荷中含有电感,电感在线路中与变电站之间会进行周期性的充电与放电,也就是说变电站给电感充多少电,电感也向变电站放多少电,电感在电网线路中不会消耗电能,所以它在线路中的功率也叫做无功功率,无功功率不消耗电能是在线路没有电阻的理想状况下的结论,但是实际上线路是有电阻的,电感在线路中产生的充电与放电的电流会增加线路发热,一方面损耗了电能,另一方面使线路产生电压降影响了终端用户的用电质量,同时也降低了线路的送电能力,所以要消除或减少这种充放电的电流在线路上的流动,这就是所说的进行无功补偿。图1就是感性负荷在线路中的充放电情况。
电容器在电网线路中也是一种无功元件,与电感一样在电网线路中也会与变电站之间进行周期性的充电与放电,所以在线路中也不会消耗电能,但是在同一个线路中电容器的充电与放电时间与电感的正好相反,也就是说在电感充电时电容放电,反之,电感在放电时电容在充电,所以无功补偿的方法是在感性负荷附近并联相应容量的电容器(无功补偿路径最短原则),使得原先电感与变电站之间的充放电行为改变为在电感与电容器之间进行,抵消或减少电感与变电站之间的线路中产生的无功电流,这就是常说的无功补偿的简要原理。如图2所示。
10KV架空线路在用电高峰季节和时段,由于线路的无功和有功功率突增导致线路电压特别是末端严重偏低,影响了居民的正常用电,甚至出现电压低至居民无法正常使用各类家用电器,为了提升架空线路的电压和电能质量,需要在架空线路上选择最合适的位置点安装无功补偿装置,使该点安装的无功补偿装置能够达到最大限度的提升线路电压的效果,并同时可以提高线路的功率因数,降低线路与设备的损耗。而目前安装补偿装置的选点比较随意,要么是将补偿装置安装在线路的最末端,要么是在线路中间随意选取补偿点,这样的方法虽然能够在一定程度上对线路起到补偿的作用,但是,这样的方式所达到的效果并不理想。并且,由于缺乏对线路情况的具体分析,还有可能出现过补偿或者欠补偿的情况,对线路以及负载造成不必要的损害。因此,需要提出新的方案来解决目前存在的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足,本发明的目的在于提供一种10KV架空线路无功补偿装置电压优化选点方法,其能够有效的解决上述的问题。
为实现上述目的,本发明提供了如下技术方案:一种10KV架空线路无功补偿装置电压优化选点方法,包括以下步骤,
a.根据线路负荷曲线与无功、有功采样的数据,取得最大负荷时的负荷率与功率因数,其中,负荷率=线路最大负荷时的视在功率/线路总装机容量,该负荷率与功率因数作为计算每一个负荷点的数据依据;
b.初步确定补偿容量范围,按线路上配电变压器总量的7~10%配置和线路高峰时段补偿装置全部投入时的功率因数不超过0.99的原则来确定;
c.根据上述的负荷率、功率因数以及线路电气接线图,架空线的档距、线径计算与绘制出线路负荷与阻抗分布图,并统计出主线路或支路的无功量;
d.计算出每个负荷点相对于原点或分支点的压降百分比,压降百分比计算公式如下:△U%=(PR+QX)/10U²,式中:P为线路有功功率,Q为线路无功功率,R为线路电阻, X为线路感性电抗,U为线路额定电压,△U%为压降百分比值;
第n个点的压降百分值计算公式如下:△Un%=△Un-1%+(PnR+QnX)/10U²,式中,△Un%为第n个负荷点相对于原点的压降百分比,△Un-1%为第n-1个负荷点相对于原点的压降百分比,Pn、Qn为第n个负荷点的无功功率与有功功率值,R、X为第n个负荷点相对于原点的电阻与阻抗值,其它与上面相同,计算出所有负荷点的压降百分比;
e.在允许的补偿范围内,根据线路压降、线路无功量的状况确定补偿点数量与容量,并进行验算;
f.根据以下几个方法与原则确定补偿点的位置:
(1) 每个负荷点的压降百分比反应出了该点及其之前的所有无功与有功对线路压降的影响,按照平均分配压降的原则来确定补偿点的位置,可以使补偿点在线路中均匀布置,一方面可以使无功补偿路径最短,另一方可以有效的防止补偿范围重叠,防止投切振荡和减少无功补偿装置对电压引起较大的波动,同时也使得无功补偿装置达到最佳的提升电压的效果,根据该线路的总压降及补偿点数量确定△UL=△U/(N+1),△UL为补偿点位置的平均压降差值,△U 为线路总压降值,N为该线路的补偿点数,N+1是把变电站或分支点作为一个补偿点来看的,补偿点的位置从末端向上选取,第一个补偿点的位置在△UL附近,准确选择好第一个补偿点后,第二个补偿点处的压降值是在弟一个补偿点处的压降值再加上△UL,其它补偿点以此类推;
(2)按无功补偿路径最短的原则,使得补偿点前后负荷点的感性无功得到最短线路的无功补偿,设置补偿装置容量20%-30%左右的超前量,线路末端到补偿点的无功功率大于补偿装置容量的0.7-0.8倍,实际补偿点到线路末端的无功功率值=理论计算补偿点到线路末端的无功功率值×(0.7-0.8)倍,在按电压降选取无功点后根据无功功率值再向后选取补偿点;
(3)根据线路无功分布图再进行核对,使无功补偿装置尽量安装在无功量大的电线杆附近;
(4)在上述条件允许的情况下尽量靠近线路末端配置补偿点。
与现有技术相比,本发明的优点在于:
通过上述的方法步骤,根据线路中的实际情况分析计算出补偿点的数量以及位置,能够最大化的提高对线路的补偿效率,同时,也能够做到避免过补偿以及欠补偿的情况。
附图说明
图1为感性负荷在线路中的充放电情况示意图;
图2为目前无功补偿的基本原理示意图;
图3为棠溪312线4月7日视在功率曲线图;
图4为补偿前后各负荷点电压值对比曲线图;
图5为棠溪312线负荷点与阻抗分布图。
具体实施方式
参照图1至图5对本发明实施例做进一步说明。
本发明的线路数据来源于供电局对棠溪312线的实时监控数据,真实可靠,并且本发明也是针对棠溪312线进行了补偿试验,获得了棠溪线312采用了本发明所提供的方法进行了补偿前后的数据。
以下,本实施例将根据本发明的具体方法以及步骤,在真实数据的基础上,给出补偿方法的具体内容。
一、柱上无功补偿装置提升电压的原理
10KV线路末端压降计算公式如下:
△U=(PR+QX)/U,其中:P为线路有功功率
Q为线路无功功率
R为线路电阻
X为线路感性电抗
U为线路额定电压
从以上公式中可以看出在有功功率、电缆规格线径及其它设备不变的情况下,要减少电能在输送时的线路压降,只有减少线路上的无功量,特别是要减少靠近线路末端的无功功率。柱上无功装置安装在相应的线路上后抵消线路相应负荷点的感性无功,减少了感性电流在线路上引起的电压降,从而达到提升线路电压目的。
二、选点方法与原则
1、根据线路负荷曲线与无功、有功采样的数据,取得最大负荷时的负荷率与功率因数(负荷率=线路最大负荷时的视在功率/线路总装机容量),该负荷率与功率因数作为计算每一个负荷点的数据依据;
表1 棠溪312线高峰段视在功率数据
从上表中得出在10:40分,最大视在功率为4730KVA,有功功率为4370KW,无功功率为1810KVar,负荷率为32.3%(从线路图中计算出总装机容量为14645KVA),功率因数为0.924。
2、初步确定补偿容量范围:线上配电变压器的总容量为14645KVA,根据G/GDW
212-2008《电力***无功补偿配置技术原则》中规定“一般按线路上配电变压器总量的7~10%配置”,无功补偿容量最大可在1465KVar左右,另外,在用电高峰时段功率因数要达到0.99所需的无功补偿容量为1186KVar,所以无功补偿容量的最大值为1186KVar。另外,如果线路中的五金厂和铸件厂较多,会产生一定量的谐波,为了提高电容器的使用寿命,考虑无功补偿装置中的电力电容器的额定电压采用12KV,那么10KV线路中的1186KVar的无功需求量相当于额定电压为12KV电容的1708KVar。
3、根据上述的负荷率、功率因数以及GIS提供的线路电气接线图,架空线的档距、线径计算与绘制出线路负荷与阻抗分布图(见图5),并统计出主线路或支路的无功量。负荷点的有功功率=负荷率×变压器容量×功率因数,无功功率=负荷率×变压器容量×[(1-功率因数²)0.5],线路电阻R=线路长度×线路电阻率,线路电抗X=线路长度×线路感抗率;
表2 LGJ型钢芯铝绞线的电阻及感抗。
4、线路负荷点压降百分比计算
计算出每个负荷点相对于原点或分支点的压降百分比,压降百分比计算公式如下:
△U%=(PR+QX)/10U²,其中:P为线路有功功率,单位:KW
Q为线路无功功率,单位:KVar
R为线路电阻,单位:Ω
X为线路感性电抗,单位:Ω
U为线路额定电压,单位:KV
△U%为压降百分比值
第n个点的压降百分值计算公式如下:
△Un%=△Un-1%+(PnR+QnX)/10U²,
其中:△Un%为第n个负荷点相对于原点的压降百分比
△Un-1%为第n-1个负荷点相对于原点的压降百分比
Pn、Qn为第n个负荷点的无功功率与有功功率值
R、X为第n个负荷点相对于原点的电阻与阻抗值
其它与上面相同,计算出所有负荷点的压降百分比;
根据上述资料,计算出变电站至线路末端各负荷点的电压降,从下表3和表4中可以看出至线路末端的电压降达到11.86%,线路末端的电压值为9255V(变电站出线电压按10.5KV计);
表3:补偿前各负荷点的电压降百分比计算
表4:补偿前各负荷点电压值计算
5、补偿点数与容量的确定,在允许的补偿范围内,根据线路压降、线路无功量的状况确定补偿点数量与容量,并进行验算;从“图5”和“表1至表4”中可以得出该线路在用电高峰时段的无功值、压降百分比和末端的电压值;
表5
从以上表格中我们可以看出在用电高峰时段线路末端的电压降比较大,而计算的可补偿最大电容容量为921KVar,一般情况下线路的无功补偿装置最好不要超过三台,由于需补偿的容量较大,为了使补偿路径最短以达到最佳的补偿提升电压和节能的效果,考虑在线路线路上增加三台相应容量的无功补偿装置;
根据公式△UL=△U/(N+1),其中N=3,计算出△UL=11.86/(3+1)=2.965,按照该原则三个补偿点的位置分别是:①第一个补偿点的电压降应在(11.86-2.965)=8.895附近,负荷点28的电压降是8.92最为接近,所以第一个补偿点初步确定在负荷点28处;②第二个补偿点的电压降应在(8.92-2.965)=5.955附近,负荷点22的电压降是6.18最为接近,所以第二个补偿点初步确定在负荷点22处;③第三个补偿点的电压降应在(6.18-2.965)=3.215附近,负荷点16的电压降是3.24最为接近,所以第三个补偿点初步确定在负荷点16处;
第一个补偿点:负荷点28至线路末端的无功功率值为320KVar;
第二个补偿点:负荷点从22至第一个负荷点的无功功率值为327KVar;
第三个补偿点:负荷点16至第二个负荷点的无功功率值为427KVar;
由于线路电压为10KV,那么按无功补偿装置电力电容器的额定电压为12KV的情况下,每个补偿点补偿装置所需配置的额定容量分别为:
第一个补偿点为320×1.44=461KVar;
第二个补偿点为327×1.44=471KVar;
第三个补偿点为427×1.44=615KVar;
由于该线路的末端压降较高,可考虑末端有一定的超前量,而615KVar的无功补偿装置容量偏大,所以三台全部选用500KVar(电容组合200KVar+300KVar)的无功补偿装置;
无功总补偿量为1500KVar,小于1708KVar,
在用电高峰时补偿后的功率因数COSØ=P/S=4370/sqrt[4370²+(1810-1500/1.44)²]=0.985,所以容量的选择是合适的。
6、补偿点位置的确定
补偿点的位置确定是根据以下几个方法与原则确定的:
1)每个负荷点的压降百分比反应出了该点及其之前的所有无功与有功对线路压降的影响,按照平均分配压降的原则来确定补偿点的位置,可以使补偿点在线路中均匀布置,一方面可以使无功补偿路径最短,另一方可以有效的防止补偿范围重叠,防止投切振荡和减少无功补偿装置对电压引起较大的波动,同时也使得无功补偿装置达到最佳的提升电压的效果,根据该线路的总压降及补偿点数量确定△UL=△U/(N+1),△UL为补偿点位置的平均压降差值,△U 为线路总压降值,N为该线路的补偿点数,N+1是把变电站或分支点作为一个补偿点来看的,补偿点的位置从末端向上选取,第一个补偿点的位置在△UL附近,准确选择好第一个补偿点后,第二个补偿点处的压降值是在弟一个补偿点处的压降值再加上△UL,其它补偿点以此类推。
2)按无功补偿路径最短的原则,使得补偿点前后负荷点的感性无功得到最短线路的无功补偿,在设置无功补偿方法时设置补偿装置容量20%-30%左右的超前量,线路末端到补偿点的无功功率大于补偿装置容量的0.7-0.8倍,实际补偿点到线路末端的无功功率值=理论计算补偿点到线路末端的无功功率值×(0.7-0.8)倍,所以在按电压降选取无功点后根据无功功率值再向后选取补偿点。
3)根据线路无功分布图再进行核对,使无功补偿装置尽量安装在无功量大的电线杆附近。
4)在上述条件允许的情况下尽量靠近线路末端配置补偿点。
从以上表格中可以看出在用电高峰时段线路末端的电压降比较大,而计算的可补偿最大电容容量为921KVar,一般情况下线路的无功补偿装置最好不要超过三台,由于需补偿的容量较大,为了使补偿路径最短以达到最佳的补偿提升电压和节能的效果,考虑在线路线路上增加三台相应容量的无功补偿装置。
补偿点位置的最终确定:为了使补偿路径最短,达到最佳的补偿效果,补偿装置设置了20%的超前容量,所以我们需要重新确定补偿点的位置:
①第一个补偿点28至线路末端的无功值为:320×0.8=256KVar,查看表格可看出在负荷点30处的无功值为261KVar最为接近。
②第二个补偿点22至第一个补偿点28的无功值为:327×0.8=262KVar,查看表格可看出在负荷点24处的无功值为262KVar刚好符合。
③第三个补偿点16至第二个补偿点22的无功值为:427×0.8=342KVar,查看表格可看出在负荷点18处的无功值为335KVar最为接近。
把三个补偿点的理论位置和容量确定如下表所示:
表6。
三、补偿后的压降和各负荷点的电压计算:
按以上选点进行压降计算,把三台补偿电容器装入相应的负荷点进行理论计算,在用电高峰时段线路末端压降分析情况统计与补偿前后各负荷点的电压值如下(负荷点电压值计算公式:Un=Un-1+(PnRn(n-1)+QnXn(n-1)),其中Pn、Qn是第n个负荷点至末端所有有功功率与无功功率总和,Rn(n-1)、Xn(n-1)是第n个负荷点与前一个负荷点之间线路的电阻与感抗值)。详见表3和表4;
表7:补偿后各负荷点的电压降百分比计算
表8:补偿后各负荷点的电压值计算
补偿前后线路末端压降与电压值对照表如下(变电站出线电压按10.5KV计):
表9。
三、结论
棠溪312线的线路压降大的主要原因是线路较长引起的,在线路上安装无功补偿装置后可提升4.1%左右的电压,在用电高峰时段,变电站出线电压为10.5KV的情况下,线路最末端(后岗支线)的电压有9685V,基本上可满足用户的用电要求。
Claims (1)
1.一种10KV架空线路无功补偿装置电压优化选点方法,其特征在于:包括以下步骤,
a.根据线路负荷曲线与无功、有功采样的数据,取得最大负荷时的负荷率与功率因数,其中,负荷率=线路最大负荷时的视在功率/线路总装机容量,该负荷率与功率因数作为计算每一个负荷点的数据依据;
b.初步确定补偿容量范围,按线路上配电变压器总量的7~10%配置和线路高峰时段补偿装置全部投入时的功率因数不超过0.99的原则来确定;
c.根据上述的负荷率、功率因数以及线路电气接线图,架空线的档距、线径计算与绘制出线路负荷与阻抗分布图,并统计出主线路或支路的无功量;
d.计算出每个负荷点相对于原点或分支点的压降百分比,压降百分比计算公式如下:△U%=(PR+QX)/10U²,式中:P为线路有功功率,Q为线路无功功率,R为线路电阻, X为线路感性电抗,U为线路额定电压,△U%为压降百分比值;
第n个点的压降百分值计算公式如下:△Un%=△Un-1%+(PnR+QnX)/10U²,式中,△Un%为第n个负荷点相对于原点的压降百分比,△Un-1%为第n-1个负荷点相对于原点的压降百分比,Pn、Qn为第n个负荷点的无功功率与有功功率值,R、X为第n个负荷点相对于原点的电阻与阻抗值,其它与上面相同,计算出所有负荷点的压降百分比;
e.在允许的补偿范围内,根据线路压降、线路无功量的状况确定补偿点数量与容量,并进行验算;
f.根据以下几个方法与原则确定补偿点的位置:
(1) 每个负荷点的压降百分比反应出了该点及其之前的所有无功与有功对线路压降的影响,按照平均分配压降的原则来确定补偿点的位置,可以使补偿点在线路中均匀布置,一方面可以使无功补偿路径最短,另一方可以有效的防止补偿范围重叠,防止投切振荡和减少无功补偿装置对电压引起较大的波动,同时也使得无功补偿装置达到最佳的提升电压的效果,根据该线路的总压降及补偿点数量确定△UL=△U/(N+1),△UL为补偿点位置的平均压降差值,△U 为线路总压降值,N为该线路的补偿点数,N+1是把变电站或分支点作为一个补偿点来看的,补偿点的位置从末端向上选取,第一个补偿点的位置在△UL附近,准确选择好第一个补偿点后,第二个补偿点处的压降值是在弟一个补偿点处的压降值再加上△UL,其它补偿点以此类推;
(2)按无功补偿路径最短的原则,使得补偿点前后负荷点的感性无功得到最短线路的无功补偿,设置补偿装置容量20%-30%左右的超前量,线路末端到补偿点的无功功率大于补偿装置容量的0.7-0.8倍,实际补偿点到线路末端的无功功率值=理论计算补偿点到线路末端的无功功率值×(0.7-0.8)倍,在按电压降选取无功点后根据无功功率值再向后选取补偿点;
(3)根据线路无功分布图再进行核对,使无功补偿装置尽量安装在无功量大的电线杆附近;
(4)在上述条件允许的情况下尽量靠近线路末端配置补偿点。
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