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作者：郝登朴 王彬
1 引言
运城市农村配电网现有井灌专用配电变压器13151台、80.6万kVA，这部分设备的产权基本归属用户，其配电设备多数已年久失修，且缺乏无功补偿，难以适应农电管理和提高农村用电客户经济效益的要求。农村井灌配变属于比较稳定的季节性负荷，其配套使用的计量及无功补偿设备改造既要满足国家或电力行业标准的相关规定，还应以较高的性能价格比去获取最大的经济效益。因此，合理选择农村井灌配变的计量及无功补偿配置模式，并使这项技术得以推广应用，对于规范农村用电管理、提高农村配电网的安全和经济效益具有重要作用。
2 功能选择
2.1自动投切方式
目前，电容器自动投切装置大致有三种模式：接触器投切、可控硅投切、可控硅过零投切与接触器相结合方式。利用接触器投切电容器难以控制"过零"投切造成的较大冲击电流，接触器接点容易被损坏；利用可控硅代替接触器可使投切过程无冲击电流，但可控硅长期工作造成发热，并产生一定的谐波，抗冲击能力差，经常造成可控硅元件损坏；利用可控硅完成投切过程后将接触器投入，系统电流较小时还可用它发出投切补偿电容的命令，防止反复投切，避免可控硅发热及冲击电流损坏接触器接点，这种方式是目前比较理想的投切模式。
2.2谐波分析
农村配电网井灌专用配变安装无功补偿装置应注意"谐波"及"无功倒送"问题。首先，电容器具备一定的抗谐波能力，谐波分量过大会对电容器寿命产生影响；由于电容器对谐波具有放大作用而使系统谐波干扰更为严重，因此，动态无功补偿的控制环节，更容易受谐波干扰而造成控制失灵；其次，电力系统不允许无功倒送，因为它会增加线路和变压器损耗，加重线路负担。
目前，一些低压无功自动投切控制装置已经采用傅立叶变换技术监测电网的谐波含量，一旦超出允许值则退出已投电容，保证在谐波过大时不损坏电容器。
2.3电气主接线
据统计农村井灌配变的容量一般都在315kVA及以下，其配电装置的电气主接线应力求简单，以节省空气开关、电流互感器、避雷器等一次设备。配电装置宜采用HR型刀熔开关作为短路总保护，出线采用熔断器加空气开关配置方式；低压母线采用避雷器作为防雷保护或吸收过电压；采用电压表和换相开关测量三相电源的相、线电压；采用电流表测量负载电流；采用功率因数监测表监测功率因数的变化情况；为降低回路损耗，配变二次引线可采用集束导线或电缆；100kVA及以上井灌配变配电装置的电气主接线详见图1。
1TA、2TA：0.2级电流互感器 QF：HR型刀熔开关
QS:空气开关 F:避雷器 1FU-5FU：熔断器
C1-C3：并联补偿电容器组 JK：电容器自动投切控制器
D：可控硅与接触器结合式自投切装置 Wh：有功电能表
Varh:无功电能表
A：电流表 V:电压表 cosφ：功率因数监测表 1HD-4HD、BD：信号灯
图1 100KVA及以上井灌配变配电装置的电气主接线图
2.4电能计量管理
农村井灌配变现用计量装置大约有30%是旧型号淘汰表计，在计量表计更换为DD862系列后，表损将有所降低；由于农村井灌配变大多地处野外，用电监察十分困难，为防止窃电，必须在配变低压接线柱上加装玻璃钢或塑料防窃电箱，对接线柱及引线进行封装，经试用效果明显。
2.5结构及安装
农村井灌配变计量及无功补偿配电装置采用与配变分体安装式箱体结构；壳体分为普通钢板和不锈钢板两类，采用普通钢板制作时厚度不得小于2.0mm，且表面应喷塑，采用不锈钢板制作时厚度不得小于1.5mm；箱体宜采用立式结构，电能计量装置必须分箱设置，配电装置及计量分箱门均应设置防盗锁，进出线端子也应装设防盗螺帽。
3 效益分析
3.1节电效益
无功补偿容量QC值即电网无功功率的减少值，由此引起线路损耗的减少量可用无功经济当量KQ来计算：
△W=QCKQh
式中△W--年节电量(kW·h)
h--运行小时
QC--无功补偿容量
KQ--无功经济当量(kW/kvar)，一般选KQ=0.04～0.08
取无功补偿电容的年运行小时数为3000h，KQ=0.06，现行农村分类综合排灌电价为0.32元/kW·h，测算出具有代表性的50kVA、100kVA井灌配变的年节能效益详见表1。
配变容量
配变系统
年节电量(kW.h)
年节电效益(元)
50KVA
S7、S9系列
540
172.8
100KVA
S7、S9系列
7200
2304
3.2投资回收期
投资回收期T(年)为无功补偿装置的总投资与节约电费的比值，以100kVA井灌配变为例，其无功补偿装置(带自动补偿控制器)的价格D大体在180～200元/kvar，农村分类综合电价Z为0.32元/kW·h，则投资回收期T为：
T=D×QC/(Z×△W)=200×40/(0.32×7200)=3.5年
3.3降损效果
在负荷有功功率P不变的情况下，提高功率因数可以减小负荷的无功功率和负荷电流，从而达到降低线损的目的。提高功率因数与降低线损的关系可用下式求得：
△P=［1-cos2φ1/cos2φ2］×100%
式中cosφ1、cosφ2-自然功率因数和提高后功率因数值
实测数据表明，农村井灌配变的自然功率因数一般在0.65～0.75之间，取提高后的功率因数为0.9，则井灌配变的可变损失大体可下降31%。
3.4安全效益
采用新型农村井灌配变配电装置后，装置安全可靠，保证了变压器及用户设备的安全运行，降低了配电事故率。
4 结论
本文针对农村井灌配电装置的特点，提出了新的农村井灌配变计量及无功补偿装置配置模式。农村井灌配变配电装置的改造，对电力部门而言，可以提高输配电网的供电能力，降低系统损耗，改善电压质量；对用户而言，可以提高用电设备出力，节约电量，减少电费，避免因功率因数过低引起电力部门的罚款，从而大大降低灌溉成本。目前，在完成试点工程项目的基础上，运城市已在农村配电网推广了2097套新型的井灌配变计量及无功补偿配电装置，相信这项技术的推广应用将会带来明显的经济和社会效益，同时对农村配电网的安全经济运行也具有较好的实用价值。
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