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摘要:本文阐述笔者所在的山区县城的电网现状,按照城市发展规划的要求,提出了县城电网配电线路设计和无功补偿的原则、方法以及应注意的问题,供电网的建设与改造工作参考。
关键词:配电线路;设计;无功补偿
广东西北部的地区大部分属于山区，随着交通条件的改善和有利的投资政策出台，承接了越来越多的珠三角产业转移，并随着商品楼小区的兴建以及新商业区的形成，近年来用电负荷不断快速增长，原有的山区县城电网结构愈来愈不能满足县城电力负荷的需求。为了优化县城电网结构,提高供电能力、供电质量、供电可靠性和供电安全性,降损节能,实现投资和收益最优组合,需要及时实施县城电网建设改造。
1.配电线路设计
对于县城中心地段负荷密度较高,可靠性要求高,应全部采用电缆线路，同时解决电力建设与市政建设的景观矛盾。市区内建筑密度高地区应该采用绝缘线，市区外地区由于负荷密度较低,建筑密度低,适宜采用裸导线, 但在部分线路经过经济林带区且存在清障难问题的区域，应该考虑采用绝缘线或者提高杆塔高度的办法进行改造，以解决树线矛盾等突出问题，降低因外物造成线路故障的几率，大大提高供电可靠性。
1.1架空网架结构
（1）中压配电网同一地区同类供电区中压配电网的结线方式应尽量减少并标准化，采用典型结线方式，避免采用过于复杂的网络结线。10kV架空配电线路接线方式参见图1。
图1 10kV架空配电线路接线方式
（2）中压配电网应有一定的容量裕度及设置必要的联络点，以利于经济运行和负荷转移。
（3）中压架空配电网初期采用树干式结构，并逐步向多分段单联络形式过渡，联络开关设置在两条馈线末端，线路负载率控制在50%以内。当负荷发展后，可增加联络数，形成多分段两联络的架空配电网架结构，线路负载率控制在67%以内。
（4）中压架空线路的主干线应分段并装设分段开关，以缩小事故和检修的停电范围。主干线分段的原则：根据线路长度（1～2km）和每段所挂接的配电变压器容量（2000～3000kVA）因素综合确定，主干线路分段一般不超过三段。
（5）中压架空线路的分支线路按负荷情况应装设分支开关。分支开关两侧应装设隔离开关和避雷器。
（6）根据线路走廊和规划的需要,架设时可考虑采用双回或多回路进行架设。电杆采用不少于15m杆型,铁塔应采用不小于12m的塔型。10kV架空线路主干线截面选择应系列化、标准化,一般不宜超过3种:主干线为LGJX-240;次干线为LGJX-150;分支线为LGJX-70。在城市中心区、人口密集区、林带区或与周围建筑物间距不满足安全要求时,架空线路应采用交联聚乙烯绝缘导线。架空绝缘导线的截面选择,与裸导线同等考虑。
1.2电缆网架结构
（1）中压电缆网采用环网布线、开环运行的结构。除供电至配电变压器或高压用户的分支线外,在电缆网中应尽量避免采用分支的接线方式。
（2）中压电缆网初期一般采用“2-1”单环网接线或“3-1”单环网接线，线路负载率控制在50%以内。当负荷发展后，为提高线路和设备的运行率，可过渡为“N供1备”结线，使线路负载率由50％提高至67％、75%。10kV电缆配电线路接线方式参见图2。
图2 10kV电缆配电线路接线方式
（3）中压电缆网采用环网布置、开环运行的结构。为减少电缆故障段查找时间，主干环网不应过多分段，一个电缆单环网中环网节点的数目不宜超过8个。由主环网开关引出的分支回路可适当装设电缆分支箱供终端用户，但分支级数不宜超过2级。
（4）电缆主干线路环网节点应以户内开关房或配电房为主，避免采用电缆分支箱作为环网节点。
（5）构建电缆网时应控制户外开关设备及箱式变压器的使用,尽量建设室内配电房。环网线路联络点规划,应尽量设置在中心配电房中,以开关柜作为联络点,减少使用柱上开关作为联络开关。
（6）互相联络的馈线应来自不同变电站或同一变电站的不同段母线。为加强各变电站之间的联络，提高中压配电网的负荷转移能力，对“N供1备”结线中的主供线路与备用线路要求尽可能来自不同变电站。有条件地区应保证变电站每段10kV母线至少有两条馈线可转移负荷至周边变电站。
1.1.3开关站
开关站为环网结线方式的一种补充,对距离变电站较远、负荷较为集中、以中小用户为主或用户对可靠性要求比较高的区域,经技术经济比较合理可采用。开关站应配合城市规划和市政工程同时建设，争取与市政设施、公共绿地等合建。开关站可结合配电室建设，也可单独建设。10kV开关站一般两到三路进线，8-12回出线，开关站总容量控制在1万kVA以内，电源一般取自不同变电站或同一变电站不同母线。
1.2居民小区配电变压器(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”时期以及春节等大量外出务工人员回乡过节的时期,配网运行最突出的两个问题: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,居民部分家用电器无法使用。
1.2.1配变选择原则
（1）配电变压器应按“小容量、多布点”原则进行配置。公用配电站单台配变容量：油浸式不宜大于630kVA；干式不宜大于800kVA。
（2）应选用低损耗、低噪音、节能型的配电变压器，油浸式变压器应选用S11型及以上变压器，干式变压器应选用S11型及以上变压器。
（3）為提高配电变压器的经济运行水平，变压器容量的选择应根据所提供面积大小、负荷密度、负荷发展趋势、压降及低压线路综合考虑。
1.2.3低压配电线路设计
（1）低压配电网由与配电变压器相连接的低压配电装置、低压干线、分支线、低压联络装置、低压接户线等构成。
（2）低压配电网应结构简单、安全可靠，宜采用以配电变压器为中心的树干式结构。
（3）低压配电网应有较强的适应性，主干线宜按10年规划一次建成。
（4）低压配电网实行分区供电原则,以每台配电变压器为单位有明确的供电范围,不跨区供电和不超越10kV线路分段开关。
（5）低压供电线路距离原则上宜控制在0.5km内,特殊情况供电线路长度可以适当延长;繁华地区控制0.25km内。
（6）低压线路选用铝芯或铜芯绝缘线、集束导线，主干线导线不宜超过两种，并按远期规划考虑，截面不宜低于70mm2。
（7）低压三相四线制供电系统，零线应与相线等截面。
（8）采用TN-C接地形式时应多点重复接地。
（9）电能表应选择适宜的地点集中安装。电能表箱应采用带自动空气开关密封式多功能(塑料)表箱,用户应装设进户配电箱(包括空气开关、刀闸和漏电保护开关);表箱装设位置和高度以不影响市容和便于抄表为准则,高度不宜低于1.8m,位置相对统一;用户配电箱应装于户内。
2.县城配电网无功补偿
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,无功补偿的技术要求、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配电网无功补偿的技术要求
（1）根据《中国南方电网城市配电网技术导则》要求，35kV、110kV变电站无功补偿容量应以补偿变压器无功损耗为主，并适当兼顾负荷侧无功补偿，宜按主变容量的10％～30％配置。
（2）配网无功补偿应根据就地平衡的原则进行配置，可采用分散和集中补偿相结合的方式。
（3）公用配电网无功补偿设备一般在配电所低压母线侧安装，有条件的可在低压线中段或末端进行补偿，取得更好的经济效益。
（4）在供电距离远、功率因数低的10kV 架空线路上，也可适当安装静态电容补偿。
（5）100kVA及以上的配變应进行无功补偿，无功补偿容量宜按变压器容量的20%-40%配置；无功补偿应采用动态无功补偿装置，宜分相及三相混合补偿，补偿后的功率因数应达到0.9或以上。
（6）当电容器装置附近高次谐波含量超过规定允许值时，应在回路中设置抑制谐波的串联电抗器或采用有源谐波滤波器。
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。轻负荷时,不同配变所需补偿容量不同,当补偿容量等于低压侧平均无功负荷时,节能效益最大。综合考虑高峰所需容量和节能效益,可按配变容量计算。
用户的功率因数偏低要补偿无功功率,使之达到《南方电网县级电网规划设计导则》的要求,这是降低线损的主要措施之一。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:
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有tgφ2,无功功率Q2;
随着φ值的变化,无功功率的变化可用下式表示:
ΔQ=Q1-Q2=P(tgφ1-tgφ2)
一般可以通过简单的计算得到其补偿容量:
①变电站集中装设的补偿容量可以按照主变压器容量的10%～30%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10kV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变电站的高压电容器组,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)在变电站10kV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。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100kVA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。
(4)低压无功补偿。逐步对容量在100kVA及以上的配电变压器进行无功补偿。配电变压器在最大负荷时用户侧的功率因数不应低于0.9，配置的电容器容量应根据负荷性质确定。当不具备计算条件时，无功补偿容量可按配变额定容量的20%～40％配置。
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结语
本文针对当前笔者所在山区县城电网的现状,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和方法,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帮助作用。
参考文献
[1]门汉文崔国璋王海等.电力电缆及电线[M],中国电力出版社
关键词:配电线路;设计;无功补偿
广东西北部的地区大部分属于山区，随着交通条件的改善和有利的投资政策出台，承接了越来越多的珠三角产业转移，并随着商品楼小区的兴建以及新商业区的形成，近年来用电负荷不断快速增长，原有的山区县城电网结构愈来愈不能满足县城电力负荷的需求。为了优化县城电网结构,提高供电能力、供电质量、供电可靠性和供电安全性,降损节能,实现投资和收益最优组合,需要及时实施县城电网建设改造。
1.配电线路设计
对于县城中心地段负荷密度较高,可靠性要求高,应全部采用电缆线路，同时解决电力建设与市政建设的景观矛盾。市区内建筑密度高地区应该采用绝缘线，市区外地区由于负荷密度较低,建筑密度低,适宜采用裸导线, 但在部分线路经过经济林带区且存在清障难问题的区域，应该考虑采用绝缘线或者提高杆塔高度的办法进行改造，以解决树线矛盾等突出问题，降低因外物造成线路故障的几率，大大提高供电可靠性。
1.1架空网架结构
（1）中压配电网同一地区同类供电区中压配电网的结线方式应尽量减少并标准化，采用典型结线方式，避免采用过于复杂的网络结线。10kV架空配电线路接线方式参见图1。
图1 10kV架空配电线路接线方式
（2）中压配电网应有一定的容量裕度及设置必要的联络点，以利于经济运行和负荷转移。
（3）中压架空配电网初期采用树干式结构，并逐步向多分段单联络形式过渡，联络开关设置在两条馈线末端，线路负载率控制在50%以内。当负荷发展后，可增加联络数，形成多分段两联络的架空配电网架结构，线路负载率控制在67%以内。
（4）中压架空线路的主干线应分段并装设分段开关，以缩小事故和检修的停电范围。主干线分段的原则：根据线路长度（1～2km）和每段所挂接的配电变压器容量（2000～3000kVA）因素综合确定，主干线路分段一般不超过三段。
（5）中压架空线路的分支线路按负荷情况应装设分支开关。分支开关两侧应装设隔离开关和避雷器。
（6）根据线路走廊和规划的需要,架设时可考虑采用双回或多回路进行架设。电杆采用不少于15m杆型,铁塔应采用不小于12m的塔型。10kV架空线路主干线截面选择应系列化、标准化,一般不宜超过3种:主干线为LGJX-240;次干线为LGJX-150;分支线为LGJX-70。在城市中心区、人口密集区、林带区或与周围建筑物间距不满足安全要求时,架空线路应采用交联聚乙烯绝缘导线。架空绝缘导线的截面选择,与裸导线同等考虑。
1.2电缆网架结构
（1）中压电缆网采用环网布线、开环运行的结构。除供电至配电变压器或高压用户的分支线外,在电缆网中应尽量避免采用分支的接线方式。
（2）中压电缆网初期一般采用“2-1”单环网接线或“3-1”单环网接线，线路负载率控制在50%以内。当负荷发展后，为提高线路和设备的运行率，可过渡为“N供1备”结线，使线路负载率由50％提高至67％、75%。10kV电缆配电线路接线方式参见图2。
图2 10kV电缆配电线路接线方式
（3）中压电缆网采用环网布置、开环运行的结构。为减少电缆故障段查找时间，主干环网不应过多分段，一个电缆单环网中环网节点的数目不宜超过8个。由主环网开关引出的分支回路可适当装设电缆分支箱供终端用户，但分支级数不宜超过2级。
（4）电缆主干线路环网节点应以户内开关房或配电房为主，避免采用电缆分支箱作为环网节点。
（5）构建电缆网时应控制户外开关设备及箱式变压器的使用,尽量建设室内配电房。环网线路联络点规划,应尽量设置在中心配电房中,以开关柜作为联络点,减少使用柱上开关作为联络开关。
（6）互相联络的馈线应来自不同变电站或同一变电站的不同段母线。为加强各变电站之间的联络，提高中压配电网的负荷转移能力，对“N供1备”结线中的主供线路与备用线路要求尽可能来自不同变电站。有条件地区应保证变电站每段10kV母线至少有两条馈线可转移负荷至周边变电站。
1.1.3开关站
开关站为环网结线方式的一种补充,对距离变电站较远、负荷较为集中、以中小用户为主或用户对可靠性要求比较高的区域,经技术经济比较合理可采用。开关站应配合城市规划和市政工程同时建设，争取与市政设施、公共绿地等合建。开关站可结合配电室建设，也可单独建设。10kV开关站一般两到三路进线，8-12回出线，开关站总容量控制在1万kVA以内，电源一般取自不同变电站或同一变电站不同母线。
1.2居民小区配电变压器(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”时期以及春节等大量外出务工人员回乡过节的时期,配网运行最突出的两个问题: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,居民部分家用电器无法使用。
1.2.1配变选择原则
（1）配电变压器应按“小容量、多布点”原则进行配置。公用配电站单台配变容量：油浸式不宜大于630kVA；干式不宜大于800kVA。
（2）应选用低损耗、低噪音、节能型的配电变压器，油浸式变压器应选用S11型及以上变压器，干式变压器应选用S11型及以上变压器。
（3）為提高配电变压器的经济运行水平，变压器容量的选择应根据所提供面积大小、负荷密度、负荷发展趋势、压降及低压线路综合考虑。
1.2.3低压配电线路设计
（1）低压配电网由与配电变压器相连接的低压配电装置、低压干线、分支线、低压联络装置、低压接户线等构成。
（2）低压配电网应结构简单、安全可靠，宜采用以配电变压器为中心的树干式结构。
（3）低压配电网应有较强的适应性，主干线宜按10年规划一次建成。
（4）低压配电网实行分区供电原则,以每台配电变压器为单位有明确的供电范围,不跨区供电和不超越10kV线路分段开关。
（5）低压供电线路距离原则上宜控制在0.5km内,特殊情况供电线路长度可以适当延长;繁华地区控制0.25km内。
（6）低压线路选用铝芯或铜芯绝缘线、集束导线，主干线导线不宜超过两种，并按远期规划考虑，截面不宜低于70mm2。
（7）低压三相四线制供电系统，零线应与相线等截面。
（8）采用TN-C接地形式时应多点重复接地。
（9）电能表应选择适宜的地点集中安装。电能表箱应采用带自动空气开关密封式多功能(塑料)表箱,用户应装设进户配电箱(包括空气开关、刀闸和漏电保护开关);表箱装设位置和高度以不影响市容和便于抄表为准则,高度不宜低于1.8m,位置相对统一;用户配电箱应装于户内。
2.县城配电网无功补偿
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,无功补偿的技术要求、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配电网无功补偿的技术要求
（1）根据《中国南方电网城市配电网技术导则》要求，35kV、110kV变电站无功补偿容量应以补偿变压器无功损耗为主，并适当兼顾负荷侧无功补偿，宜按主变容量的10％～30％配置。
（2）配网无功补偿应根据就地平衡的原则进行配置，可采用分散和集中补偿相结合的方式。
（3）公用配电网无功补偿设备一般在配电所低压母线侧安装，有条件的可在低压线中段或末端进行补偿，取得更好的经济效益。
（4）在供电距离远、功率因数低的10kV 架空线路上，也可适当安装静态电容补偿。
（5）100kVA及以上的配變应进行无功补偿，无功补偿容量宜按变压器容量的20%-40%配置；无功补偿应采用动态无功补偿装置，宜分相及三相混合补偿，补偿后的功率因数应达到0.9或以上。
（6）当电容器装置附近高次谐波含量超过规定允许值时，应在回路中设置抑制谐波的串联电抗器或采用有源谐波滤波器。
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。轻负荷时,不同配变所需补偿容量不同,当补偿容量等于低压侧平均无功负荷时,节能效益最大。综合考虑高峰所需容量和节能效益,可按配变容量计算。
用户的功率因数偏低要补偿无功功率,使之达到《南方电网县级电网规划设计导则》的要求,这是降低线损的主要措施之一。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:
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有tgφ2,无功功率Q2;
随着φ值的变化,无功功率的变化可用下式表示:
ΔQ=Q1-Q2=P(tgφ1-tgφ2)
一般可以通过简单的计算得到其补偿容量:
①变电站集中装设的补偿容量可以按照主变压器容量的10%～30%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10kV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变电站的高压电容器组,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)在变电站10kV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。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100kVA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。
(4)低压无功补偿。逐步对容量在100kVA及以上的配电变压器进行无功补偿。配电变压器在最大负荷时用户侧的功率因数不应低于0.9，配置的电容器容量应根据负荷性质确定。当不具备计算条件时，无功补偿容量可按配变额定容量的20%～40％配置。
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结语
本文针对当前笔者所在山区县城电网的现状,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和方法,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帮助作用。
参考文献
[1]门汉文崔国璋王海等.电力电缆及电线[M],中国电力出版社