提高10kV配电网电能质量的研究

冼杰能

（佛山顺德供电局大良供电所，广东 佛山 528300）

提高10kV配电网电能质量的研究

冼杰能

（佛山顺德供电局大良供电所，广东 佛山 528300）

摘要：电力工业是国民经济发展过程中的重要基础产业。在社会经济及人民生活水平不断提升的过程中，电力需求增长速度愈来愈快，且电能质量要求也愈来愈高。由于配电网结构较为复杂，且负荷多样，存在多种因素对电能质量有所影响，所以需要采取一定措施对配电网进行优化，才能保证电能质量满足实际需求。基于此，本文对10kV配电网电能质量进行了综合性分析，并提出了相关完善策略，以供参考。

10kV；配电网；电能质量；改善

1. 10kV配网概述

在我国大型发电厂通常距离负荷中心较远，在电能传输过程中，发电厂要先将高压或超高压电能输送于负荷中心，再由负荷中心将较低等级电压的电能分配于不同电压等级的用户。

上述过程中，配电网发挥了重要作用。在电力系统不断发展的过程中，输电网自动化水平较以往有了大幅度提升，但配网自动化程度与之相比依然存在一定差距。相关研究表明，用电量多的配电网络，往往存在较大的电能损耗，会影响整体电能质量。10kV配电网是我国是我国最为常见的配电网类型，其主要面向对象包括普通工业用户、居民照明、商业、办公区等。相关统计表明，我国80%的电量是在城市配电网内消耗的，其中又有70%是经由10kV配电网输送给用户的。10kV配电网最大特征在于其电网末端与用户直接相连，可将用户用电安全、用电质量及用电经济性等反映出来。综合来看，10kV配网在城市供电中扮演了重要的角色，这也从侧面反映了提高10kV配电网电能质量的重要性。

2. 电能质量概述

电能质量主要是指电力系统中的电能质量。在理想模型中，电能是完美对称的正弦波。但在现实当中，往往存在一些因素会让波形偏离对称弦，即造成电能质量问题。电能质量主要是靠电压、频率及波形等指标来衡量，从广义上来看电能质量又涵盖了电压质量、电流质量供电质量及用电质量等。

3. 10kV配电网电能质量影响原因分析

10kV配电网电能质量影响因素较多，主要包括以下几个方面：

（1）谐波

在10kV配电网中，谐波分量主要是由于部分电力设备及负荷的非线性特性所致。一旦非线性负荷两端受到电网正弦基波电压影响时，会使得负荷所吸收的电流及施加电压波形无法保持一致，便可能产生畸变电流，从而对电力设备造成影响。以变压器为例，受到谐波分量影响时，变压器可能会出现集肤效应或邻近效应，导致绕组出现附加铁耗及铜耗，易造成变压器绝缘老化，影响变压器寿命；又如，出现高次谐波电压或电流时，其会在电网中不断累积，造成线路损耗增加，使得电力设备过热，这会增加一定量的电力运营成本及电费支出。

（2）电压波动

当部分负荷出现冲击性功率变化时，便会造成无功功率波动，使得电压在一定范围内出现波动。此时实际电压会逐渐偏离额定电压，即为电压波动。电压波动多发生于配网系统当中，并由配电变压器传递至低压侧用户端，对供电产生影响。

（3）三相电压不平衡

从本质上来看，三相电压不平衡属于基波负荷配置问题，是由于单相大容量负荷在三相系统中的容量及电气位置分布不合理导致。电力系统中存在大量电容元件及电感，便会产生无功功率。无功功率本身并不会消耗能量，其能量仅在负载与电源间交换、输出，但在能量交换过程中会带来一定程度的电能损耗，会让电网实际功率增加，甚至会对电力系统及部分用电设备产生一定影响。无功功率不足会让负荷端供电电压下降；若无功功率过大则会造成运行电压波动上升、加大输电线路附加损耗、引发非特征次谐波、导致负荷较大的某相绕组出现过热等问题。

（4）电压偏差

在系统出现无功功率多余或不足的情况下会造成电压偏移。若电网出现长时间电压偏移，则会影响电力系统正常运转，甚至会引发连锁反应，导致电网电压崩溃。

（5）电网频率偏移

对于配电网电能质量而言，频率偏移是一个重要的衡量指标，反映了电力系统基波频率偏移额定频率的程度。之所以会出现频率偏移，很大程度上是由于发电机有功出力及有功负荷不平衡所致。当系统频率偏移过大时，可能会造成滤波器失谐、异步电动机转速下降、电动机输出功率下降、变压器激磁电流上升等故障，会影响整个电网系统电压的稳定性。

4. 提高10kV配电网电能质量相关策略分析

4.1 并联电容器，就地平衡无功功率

通过提升配电网功率因素、降低线损等措施，可有效改善其电压质量，进而改善整体电能质量。在受电端加装并联电容器补偿装置，再结合电压及功率因素状况，自动投切电容器，可让无功潮流就低平衡。在电网传输功率时，电流会在变压器线路及阻抗上产生电压损耗ΔU=（PR+QX）/UN。

当置入并联电容器补偿装置后，其线路电压损耗为：

并联电容器补偿装置投入运行时会造成静态电压升高，即表示为：

以上公式中，ΔU为电压损耗；QC为补偿投入电容器容量；P为线路传输有功功率；R、X为线路电阻、阻抗；UN为线路额定电压；Q为线路传输的功功率。结合上述公式可以看出，当无功功率出现变化时，电压降也会随之发生改变。在并联电容器的作用下，可就地平衡无功功率，让无功功率在电网传输过程中受到抑制。由此可降低线路电压损耗，即可提升电压质量。

4.2 无功优化补偿

目前，10kV配电网的无功配置主要包括用户终端分散补偿、杆上无功补偿及变电站集中补偿3种方式：

（1）用户分散补偿

该补偿方式可应用于整个电网，具有较好的适用性，其电压改善效果较为理想，可有效降低线损及电压损失，有利于提升线路整体供电能力。由于低压无功补偿主要是通过配电变压器低压侧最大无功功率需求来确定容量，故设备利用率不高，投资较大。

（2）杆上无功补偿

杆上无功补偿是10kV配电网中最为常见的补偿方式。该方式主要是通过提升配电网功率因数来实现降损升压。其设备利用率较高，投资较小，电压改善效果较高。但由于杆上安装并联电容器与变电站存在一定距离，会影响保护配置，会对维护工作产生一定影响。

（3）变电站集中补偿

该补偿方式主要是通过并联电抗器及有载调压变压器来实现协调控制，可获取较好的电压改善效果，但投资相对较大。

4.3 构建电能质量协调系统

在电能质量控制过程中，可采取多种方法或方式进行调节。但这些方法只能独立调节，且调节结果会相互影响。为保证电能质量得到最大程度地改善，就需要协调各种调节设备，以发挥协同作用，这就需要构建出一个电能质量协调系统。电能质量协调系统可采取集中控制、分级控制方式构建。集中控制主要是将大量实时数据传递至控制中心，进行统一处理；分级控制则是将信息控制在一个较小范围内，由上级对下级进行协调。同时，电能质量协调系统应视为电力系统的一部分，它可单独成立，但不能成为信息孤岛。通过电能质量协调系统可对全网电能质量进行实时监测、分析，根据分析结果对相关设备行为进行协调，以保证电能质量达到要求。

4.4 充分应用电能质量改善技术

在电能质量改善过程中，应根据电网实际情况，合理、科学利用相关技术：

（1）无源滤波器

无源滤波器是目前应用最为广泛的一类滤波器。它主要是又电阻、电感及电容元件所构成。利用无源滤波器可让负载谐波电流在电网支路及滤波器支路分流。但无源滤波器的滤波性能受电网阻抗影响较大。

（2）静止同步补偿器

该装置主要是由IGBT逆变器、直流侧电容及变压器等构成。将自换相桥式电路经过电抗器并联于电网上，通过控制IGBT通断来调节交流侧输出电压的幅值与相位，来产生满足实际需求的无功电流，并实现动态无功补偿。

（3）同步调相机

将同步调相机接入交流系统后，在欠励磁情况下，它可发挥类似于电感器的作用，可从交流系统中吸收无功功率；在过励磁情况下，又可发挥类似于电容器的作用，向交流系统中注入无功，由此来实现电压调节。

结语

提高10kV配电网电能质量与城市正常供电存在密切关联，应给予充分重视。根据配电网实际状况，采取相关技术措施，让电能质量达到要求，并通过协调配合，保证电网稳定运行。

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