城市配电网电缆线路电压越限及无功补偿

发布时间：2019-07-18

　　摘 要：电缆线路在城市配电网中应用越来越频繁，但其特定的电容充电功率较同等电压等级的架空线路更大，尤其在负荷低谷期或者线路轻载时，时常出现某些10kV配电网线路电压越限、无功倒送问题。本文首先给出集中补偿电抗器容量的计算方式，然后通过电力系统仿真软件ETAP搭建某城区某110kV变电站110kV~10kV配网系统模型，并在所带某条 10kV电压越限线路末端位置配置电抗器进行无功补偿。仿真结果表明该条电压越限线路在安装所求容量的电抗器后，能够将线路各处节点电压控制在要求的范围内。

　　关键词:电缆线路 电压越限 无功补偿 配置容量

　　城市架空线路星罗密布，繁乱交错严重影响城市市容市貌，因此，近年架空线路入地变电缆工程越来越多，但电缆线路的电容充电特性相比于同等电压等级的架空线路更加明显，一旦线路过长，在线路轻载和负荷低谷时段，则会出现电压升高越限、无功倒送等问题，危及相关电气设备安全。文献[1]指出，在10kV配网线路中为了抑制主干线后端节点电压严重偏高，适宜在末端进行感性无功集中吸纳补偿，以抵消或削减无功倒送所引起的电压升高。本文采用在电缆线路末端安装电抗器进行感性无功补偿，但是无功补偿容量的大小直接影响补偿效果及其经济效益，补偿容量过大不仅造成补偿装置成本的浪费，还会导致电压过高线路电压下降明显，同样影响用户用电，补偿容量过小又不能很好地解决线路电压过高问题。因此，在线路末端配置多大容量无功补偿设备成了解决该问题的关键。

　　目前国内关于配电网无功补偿相关研究主要集中在线路低电压，进行容性补偿，提升电压等问题上。文献[2]采用最优化理论，以减少配电网有功损耗为目标，对配电网无功补偿电容器补偿容量进行求解，并用某城区实际配电网系统进行了验算，证明了所用方法的可行性和有效性。有关配电网线路电压升高越限问题目前的研究主要集中在光伏发电系统和小水电并网系统。文献[3]在分析分布式光伏发电接入点电压特性的基础上,提出一种能够防止馈线电压越限的控制方案，可以满足在提高光伏并网渗透率的基础上，保证电压质量，解决配电网线路电压越限问题。文献[4]提出了10kV并联电抗器在含小水电配电网中的优化配置方法。并通过实际含小水电配网系统进行了算例仿真，结果表明该方法具有调压效果好，配置电抗器容量低、现实可行等优点。

　　本文首先给出集中补偿电抗器容量的计算方式，然后通过电力系统仿真软件ETAP搭建某城区一配网系统模型，并在所带某条10kV电压越限线路末端位置配置电抗器进行无功补偿。仿真结果表明该条电压越限线路在安装所求容量的电抗器后，能够将线路各处节点电压控制在要求的范围内。

　　1 感性无功补偿配置容量

　　根据电压降落无功解耦算式[4]，在末端节点投入感性无功补偿容量Q，对前端节点的降压效果分别为△v qQL，假如通过仿真得知在极端运行情况下，主干线节点电压分布情况，计算线路各主干节点的电压越限量，如下式： (1)

　　式中，Vh为电压的上限，△Vhi为节点的越限量。为了避免节点电压越限运行，需要在各并网节点就地补偿一定容量的感性无功，基于电压降落无功解耦算式，投入的感性无功补偿容量Q，如下式：

　　hi L q i V Q v L △=△ (2)

　　择各节点就地补偿容量的最大值，如下式所示，作为并入末端节点的感性无功配置容量Q Lamx，该容量对前端各节点的最大的降压效果分别为△vqQ LamxL i ，因此，能够保证主干线节点电压均运行在合格范围内。

　　Q Lmax=max(Q Li i=1,2,3…,n) (3)

　　在负荷低谷时段，由于主干线末端节点电压严重偏高很大程度上不是因为无功功率过剩，而是因为倒送功率过大，输送线路过长引起的。因此，为了防止低谷方式下，倒送的无功功率过大，造成大量无功功率长距离输送，引起线路损耗的剧增，集中吸纳补偿方式配置的容量需要规定一个上限值。

　　2 算例分析

　　某变电站某条10kV配电网线路总长度约为2210m采用全电缆线路型号为YJ V-30 0。共有小区变15台，总容量为98 0 0 kVA，无单电源专变，双电源专76台，容量 2100kVA。利用ETAP软件，将该变电站该条10kV配电网电压越限线路参数等输入到软件中，进行仿真模型搭建，在平均负荷运行方式下，本文涉及的10kV主干线节点电压上限设置为10.30kV。为规避主干线节点电压越过上限，根据式(1)~(3)计算得到末端10kV配变负载节点所需投入的 10kV并联电抗器补偿容量1.28Mvar，补偿前后接主干线节点电压分布比较如图1所示。

　　由图1可以看出，在投入无功补偿装置后，可以明细吸收过剩无功功率，抵消或削减倒送容性无功产生的电压抬 10.2 10.25 10.3 10.35 10.4 1 2 3 4 5 6 7 节点电压(kV) 补偿前图1 补偿前后主干线节点电压前后对比图升量，能够有效增强配电网在不同运行方式下的电压调控能力，改善供电电压质量，达到降低电压的目的。

　　3 结语

　　本文首先给出集中补偿电抗器容量的计算方式，然后通过电力系统仿真软件ETAP搭建某城区某110kV变电站 110kV~10kV 配网系统模型，并在所带某条10kV电压越限线路末端位置配置电抗器进行无功补偿。仿真结果表明该条电压越限线路在安装所求容量的电抗器后，能够将线路各处节点电压控制在要求的范围内，进一步表明该计算无功配置容量的方法具有一定的可行性和实际意义。相关论文推荐：浅析110kV电缆的敷设及注意事项

　　参考文献

　　[1] 王丽莉.小水电引起配电网高电压问题的解决方案[J]. 浙江电力,2011,30(7):57-60.

　　[2] 杨桂丹,李涛.城市配电网无功补偿优化配置的应用研究[J].广东电力,2008,21(5):48-51.

　　[3] 王颖,文福拴,赵波,等.高密度分布式光伏接入下电压越限问题的分析与对策[J].中国电机工程学报,2016, 36(5):1200-1206.

　　[4] 张锡填,张勇军.10kV并联电抗器在含小水电配电网中的优化方法[J].水电能源科学,2013,31(10):217-220.