表2 不同情况线路节点电压的计算结果
3.2 计算结果分析
表2中变电站母线电压10.5kV为负荷高峰期正常逆调压的要求电压;11.4kV是为保证和满足线路末端用户(节点8和节点9)母线电压在额定范围内,变电站母线应达到的电压,也是实际系统中经常需要的运行电压。计算结果为功率因数为0.85和0.95两种情况电压,目的在于分析配变无功补偿对电压的影响。
按国标(GB 12325-90)电能质量——供电电压允许偏差中的规定:10kV及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的±7%。因此,从表2计算结果可以看出:
1)该线路依靠正常的分接头逆调压,功率因数cosφ=0.85时,节点6到节点9电压超标;功率因数cosφ=0.95时,节点7到节点9电压超标。因此,仅靠变压器分接头逆调压,不能满足线路末端用户的电压质量要求。
2)表2中的cosφ值为各节点变压器的功率因数。因此在配变低压补偿无功功率,提高变压器功率因数,对该线路电压有调节作用,但只能部分地解决电压问题;但从调压和降损两方面考虑,无功补偿是应普遍采用的技术。
3)变电站电压提高到11.4kV能满足末端用户电压要求,但变电站母线电压属严重超标。会造成变电站10kV电容器和部分低压电容器的保护超过1.1UN的定值,使无功补偿装置退出运行(实际情况),这将使电网损耗明显增大。
3.3 原因和解决措施
造成图1系统电压问题的主要原因是导线截面小、供电半径大。例如,在线路4.5km范围内(5节点之前),电压不会超标。因此,对更换导线或插入新变电站是解决该线路电压问题的根本措施。但由于街区位置和条件限制,插入变电站改造需要的投资非常大,因此该线路必须寻求其它的解决办法。
文献[6]提出的有载调压变压器是解决该线路电压问题的有效手段。但配电变的负荷波动大、变化频繁,机械式分接头难适应和满足电网的调压需要。文献[6]提出的晶闸管串联调压方法是一个很好的解决思路,希望这种变压器能尽快得到推广和应用。但该方案需要更换的变压器数量多,工程改造投资会很大。
表3 采用TVR调压线路节点电压的计算结果
在图1节点6位置安装一台晶闸管电压调节器(TVR)[7],是解决该线路电压问题的更有效措施。TVR可使节电6电压在方案1和方案2基础上调高500V,有TVR调压的各节点电压计算结果如表3所示。TVR方案优点是一台设备解决全线路的电压问题,经济性是显而易见的。
以上实例说明,低压无功补偿具有调节、改善10kV电网电压的作用;但不能解决像图1这种长线路存在的电压问题
4 无功补偿效益的简要分析
配变低压无功补偿能有效降低配电变及以上输配电网的损耗。由于计算整个电网损耗涉及因素多,工作量大,下面仅以图1中节点4的1000kVA变压器为例,通过简单计算,说明无功补偿具有巨大的直接和间接效益。
设补偿前节点4变压器满载运行,视在功率S=1000KVA,功率因数COSφ=0.85,年用电时间为T=3000小时,计算:1)若将COSφ提高到0.95,计算需要的补偿电容器容量;2)补偿前需要支付的年费用;3)补偿装置单位投资为150元/kvar,补偿装置本身损耗为3%,投资回收率为10%/年,计算补偿后的年效益。
根据已知条件,可计算补偿前
P1=SCOSφ1=1000×0.85=850kW
Q1=Ssinφ1=1000×0.52678=526.78kvar
1)求需要安装的补偿电容器容量x
因装置本身有功损耗为3%,补偿后的电网无功Q2=526.78-x,要求COSφ为0.95,可求tgφ2=0.3287,于是有
可求补偿容量x=245.73≈246kvar
2)补偿前需要支付的年费用
基本电费:一般按最大负荷收取,设每KVA收取的费用为180元/年,故有
FJ1=180×1000=18万元
电量电费:设每KWh为0.4元,故有
FD1=0.4×850×3000=102万元
补偿前年费用:
FZ1=FJ1+ FD1=18+102=120万元
3)补偿后需要支付的年费用和年效益
补偿后的视在功率和基本电费:
kVA
FJ2=180×857=15.426万元
电量电费:FD2=0.4×(850+0.03×246)×3000=102.88万元
补偿装置折旧费:
Ff=150×246×10%=0.369万元
补偿后年费用:FZ2=FJ2+ FD2+ Ff=
15.426+102.88+0.369=118.675万元
安装无功补偿可获得的年效益
△F=FZ1-FZ2=120-118.675=1.325万元