针对配电网线路设计和无功补偿优化方案的探讨
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摘要：本文是作者结合多年工作经验，且通过工程实例，针对当前县城电网的现状，按照县城发展规划的要求，提出了县城电网供配电线路设计和无功补偿的原则、方法以及应注意的问题，供县城电网的建设与改造工作参考。
关键词：电网；无功补偿；探讨；
1.1 35kV高压配电网和l0kV中压配电网设计
(1)35 kV高压配电网应建设成能为县城负荷提供两个以上的供电电源点，各电源点互为备用，为逐步建设环网结构打下基础。
(2)l0 kv中压配电网应建设成环网结构、开环运行的接线方式，主干线能分成2～3段，装设负荷开关和隔离刀闸，实现“手拉手”供电，在线路检修时，能互相转移负荷，提高供电可靠性。
(3)35 kV高压配电网和10 kV中压配电网的路径设计，应结合城市规划部门做出的县城建设发展规划，尽可能沿道路留出的电力走廊。
(4)35 kV高压配电网和10 kV中压配电网主网架导线截面选择，应根据城市电力负荷现状及增长规律，考虑10～20年的发展规划，并经允许电流计算、允许电压计算、经济电流密度计算和满足供电可靠性以及电压质量要求后，进行技术经济方案比较，确定导线截面。
(5)杆塔可选择l2m以上的钢筋混凝土杆，在转角、耐张、T接和终端处可选用钢管塔；杆塔埋设应避开规划有道路路口的拐弯半径及车辆易冲撞地方，且尽量不使用拉线。
1．2 小区配电变压器（以下简称配变)台区和低压配电线路设计
在往年的“迎峰度夏”、“迎峰度冬”时期，暴露最突出的两个问题：一是配变容量不足，造成配变过负荷运行甚至烧毁；二是低压线路故障多，电压质量低，居民家用电器根本无法使用。针对以上突出问题，在此重点探讨一下配变及低压线路设计和电网规划的“超前意识”问题。
1．2．1 配变容量选择
首先，要分清用电负荷的类别和进行用电负荷的统计，然后进行负荷计算，根据“适当超前”的原则来选择配变容量。以某城网为例，县城平均用户负荷容量，根据人民生活水平状况，近期可按15 kW／户考虑，远期按4 kW／户考虑。现以一个居民小区为例，该小区拥有4幢6层楼房，有3幢楼房为3个单元，有1幢楼房为4个单元，每单元每层为2户，统计该小区为156户用户，负荷计算可分为两种情况：
(1)近期负荷以每户1.5kW来考虑，则此小区总用电负荷156户× 1.5kW／户=234kW
夏、冬季(有空调)负荷为234kW×0.7(同时系数)=163.8kW其他两季度(无空调)负荷为234kW×0.35(同时系数)=81.9kW
(2)远期负荷以每户4kW来考虑，则此小区总用电负荷为156户×4kW／户=624kW
夏、冬季(有空调)负荷为624kW×0.7(同时系数)=436.8kW其他两季度(无空调)负荷为624kW×0.35(同时系数)=218.4kW由计算可见，近期可选用1台200 kVA配变，中期可投运2台200 kVA配变，实现“背靠背”供电，低负荷时单台运行，高负荷时2台并列运行，远期需根据负荷实际增长，调整配变容量。
1．2．2 低压配电线路设计
(1)低压主干网架设计
在居民小区，低压主干网架可以采用铝芯绝缘导线架设，也可采用铝芯低压电缆安装；既可采用杆上安装，也可沿楼房墙壁用工字铁和一字铁同定安装，采用三相四线制，水平排列。低压电网运行采用TN―C系统，必须在主干线的末端和分支处安装不少于3处的中性线重复接地。导线截面选择，对于不再进行改造变动的居民小区，可考虑远期负荷规划来选择导线截面，这样，在负荷增加调整配变容量时，低压主干网仍能满足需求，不必重复建设。
(2)接户线设计
从低压主线或支线引入到集中装电能表(以下简称电表)箱的接户线，三相四线水平排列，可在每幢楼每一个单元口穿入PVC套管引入表箱，也可用电缆架空敷设方式。对于由同一主线引下的接户线较多的情况，接户线宜先接入分线箱，再由分线箱到集中电表箱。接户线使用铝芯绝缘导线，线径大小要根据表箱内表的数目确定。如上例，如每单元设一只装有12块表的表箱，接户线可选择50 mm2 铝芯绝缘导线，中性线应与相线截面相同。
(3)电表集装箱
电表集装箱，可在每幢楼房每个单元1楼至2楼之间安装1个或2个，为了便于抄表，电表箱安装处可采用壁挂式、嵌入式，应在避雨处，便于维护管理；电表集装箱应使用不锈钢或玻璃钢材料加工制作，一个表箱内可安装1块公用走廊(和楼道)用电表，并使送出每户的单相线路不超过30 m；用户电表可选用5(20)A电能表，对于用电负荷大户，也可安装l0(40)A电能表。
(4)楼房接地设计
为了使所有的用电装置能够可靠接地，必须在楼层内安装独立的接地导线，用最小截面为50 mm2 的铝线。每幢楼每个单元口的每个表箱都应有可靠的接地，接地线引入每户居民住宅。在每户住宅中，形成单相三线制，接地线采用不小于2.5 mm2 的铜芯绝缘线，并使每个配电板和每个三线插座都能可靠接地。
(5)室内配线设计
怎样才能使室内电气设计既美观、又可靠安全呢?需要在以下方面做出要求。
①配线
室内配线不仅要使电能的输送可靠，而且要使线路布置合理、整齐、安装牢固，符合技术规范的要求。室内布线根据绝缘皮的颜色分清火线、中性线和地线；选用的绝缘导线其额定电压应大于线路工作电压，导线的绝缘应符合线路的安装方式和敷设的环境条件。
②穿管
若导线所穿的管为钢管时，钢管应接地。当几个回路的导线穿同一根管时，管内的绝缘导线数不得多于8根。穿管敷设的绝缘导线的绝缘电压等级不应小于500 V，穿管导线的总截面应不大于管内净面积的40％。
③开关
住宅室内的总控制开关、支路控制开关和控制负荷较大的开关(如电炉、取暖器等)应优先选用具有过电流保护功能、维护操作简单且能同时断开火线和零线的负荷开关；所有灯具的开关必须接火线(相线)，否则会影响用电安全性及用电经济性。
④插座
住宅内插座应有足够的数量，以确保住户所有家用电器都能够使用而不必再布线；插座宜固定安装，切忌吊挂使用；安装在居室的插座离地面高度应不低于1.8 m，以免儿童玩弄不安全；对于单相双线或三线的插座，接线时必须按照左零线、右火线、上接地的方法进行，与所有家用电器的三线插头配全。
随着县城电网的发展，配电网无功功率的补偿出现了一些新情况和新问题，无功配置不合理、功率因数不合格、运行不经济等。针对这种情况，在此提出在县城配电网建设改造中，无功补偿应注意的要点、计算无功容量以及如何选择补偿装置的地点和方式等问题。
2．1 配电网无功补偿应注意的几个问题
随着无功补偿技术的发展，低压侧无功补偿技术在配电系统中也开始普及应用，从静态补偿到动态补偿，从有触点补偿到无触点补偿，这些都已取得丰富的运行经验。但在实践过程中也暴露了一些问题，必须引起重视。10 kV配电网低压侧的无功补偿工作应更多地考虑系统的特点，不应因电压等级低、补偿容量小而忽视补偿设备对系统侧的影响(包括网损)。如果需降损的线路能基于一个完善的补偿方案进行改造，则电力系统侧的收益将要比分散的纯用户行为的补偿方式大得多。
(1)补偿方式问题。既要注重提高用户的功率因数，更要注重降低电网的损耗。如为提高某电力负荷的功率因数，增设1台补偿箱，这固然会对降损有所帮助，但如果要实现有效的降损，必须通过计算无功潮流，确定各点的最优补偿量、补偿方式，才能使有限的资金发挥最大的效益，这是从电力系统角度考虑问题的方法。
(2)谐波问题。电容器虽具备一定的抗谐波能力，但谐波含量过大时会对电容器的寿命产生影响，甚至造成电容器的过早损坏，并且由于电容器对谐波有放大作用，因此使得系统的谐波干扰更严重。此外，动态无功补偿柜的控制环节，容易受谐波干扰，造成控制失灵。因而在有较大谐波干扰、需考虑补偿无功的地方，同时也应考虑添加滤波装置，然而这一问题常常被忽视，致使一些补偿设备莫名其妙地损坏，因此在做无功补偿设计时必须考虑谐波治理。
(3)无功倒送问题。无功倒送是电力系统所不允许的，因为它会增加线路和变压器损耗，加重线路负担。无功补偿设备的生产厂家，虽然都强调自己的设备不会造成无功倒送，但是实际情况并非如此。对于接触器控制的补偿柜，补偿量是三相同调的；对于晶闸管控制的补偿柜，虽然三相的补偿量可以分调，但是很多厂家为了节约资金，只选择一相采样和无功分析。于是，在三相负荷不对称的情况下，就可能造成无功倒送。至于采用固定电容器补偿方式的用户，在负荷低谷时，也可能造成无功倒送。因此在选择补偿方式时，应充分考虑这一点。
2．2 无功补偿容量的计算
补偿容量的选择，要根据变压器的负载率和容量以及线路的负荷决定。原则是：轻负荷时不能向系统倒送无功，节能效益达到最大。用户提高功率因数不外乎两种方法：一是提高自然功率因数，让设备运行于最佳状态；二是自然功率因数达不到要求时采取无功补偿的方法。但将功率因数补偿到多大才算较合理呢?有功功率P、无功功率Q和相角Φ之间有如下关系：
tgΦ=Q/P
在P不变的情况下(这同实际用户负荷P一定是相似的)tgΦ与Q的变化关系：
(1)设相角为Φ1时有tgΦ1，无功功率Q1;
(2)相角为Φ2 时有 tgΦ2，无功功率Q2;
随着Φ2值的变化，无功功率的变化可用下式表示：
一般可以通过简单的计算得到其补偿容量：
(1)变电所集中装设的补偿容量可以按照主变压器容量的20％～ 40％来选择。
(2)配电线路上分散的补偿容量可以按照“三分之二”法则来选择。即：在均匀分布负荷的配电线路上，安装电容器的最佳容量是该线路平均负荷的2／3。
(3)电动机就地补偿以不超过电动机空载时的无功消耗为度，配变低压侧电容器补偿要防止轻负荷时向10 kV配电网倒送无功。
2．3 无功补偿装置地点和方式的选择
补偿的安装地点及方式可分为集中补偿和分组补偿。集中补偿通常指装设于35 kV变电所的高压电容器组，也包括集中装设于电力用户总配电室低压母线上的电容器组。其优点是易于实现自动投切，利用率高，维护方便，事故少，能减少配电网、用户变压器及专供线路的无功负荷和电能损耗。而分组补偿一般装设于线路上、配变低压侧等。
(1)在35 kV变电所lO kV侧安装补偿装置，
以补偿负荷的无功功率。补偿电容分为固定补偿与自动补偿两部分。变电所配置集中补偿电容，负责对县城供电区域进行无功补偿。因为有功负荷是变化的，其无功负荷也随之变化，但不论无功负荷如何变化，总可把它分为固定部分和变动部分，所以补偿电容应采取固定补偿与自动补偿相结合的方法，配置固定补偿电容以减少投资，配置自动补偿电容以满足补偿需要，做到二者兼顾。
(2)配变补偿和随机补偿。一般来说，无功补偿装置距负荷愈近，则补偿效果就愈好，但从经济效益的观点出发，配变补偿和就地随机补偿是否适宜还要按具体情况来确定。对于负载较小的运行配电台区，配电容量在100 kVA以下，采取就地补偿的方法是不适宜的：一是不便装设，二是利用率低，三是投资大，四是管理不便。随机补偿的方法也只适用于较大工矿企业。
(3)分组补偿。用于负荷较恒定的配电线路，可根据负荷变化和功率因数变化情况合理投切补偿容量，补偿效果较好。但一次投资较大，控制设备多。在实际应用中采用何种无功补偿方式，要进行经济和技术比较，同时要考虑运行维护和发展规划的因素。要坚持补偿和降损相结合，以降损为主的原则。
3 结束语
本文针对当前县城电网的现状，按照城市发展规划的要求，结合实际，不但从理论上，更主要是从实践的角度提出了供配电线路设计和无功补偿的原则、方法，以及具体实施过程中应注意的问题。对于当前和今后县城电网的建设与改造都将起到一定的指导和帮助作用。
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