靜止動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的應(yīng)用

黃 波

1 概述

隨著電網(wǎng)用電負(fù)荷的逐漸增加,對電能質(zhì)量的要求越來越高。SVG是新一代靜止無功補(bǔ)償器產(chǎn)品,相當(dāng)于一個可變的無功電流源并聯(lián)于電網(wǎng)中,其無功電流可以靈活控制,根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)吸收或者發(fā)出無功電流,自動補(bǔ)償系統(tǒng)所需的無功功率。

2 靜止動態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)簡介

1)SVG(Static Var Genetatior)動態(tài)補(bǔ)償原理。SVG裝置通常由VSC逆變器、直流電容器、連接變壓器、斷路器以及冷卻系統(tǒng)等輔助裝置組成。SVG是將逆變器經(jīng)過電抗器或者變壓器并聯(lián)在電網(wǎng)上,通過調(diào)節(jié)逆變器交流側(cè)輸出電壓的幅值或相位,或者直接控制其交流側(cè)電流的幅值或相位,迅速吸收或者發(fā)出所需要的無功功率,實(shí)現(xiàn)快速動態(tài)調(diào)節(jié)無功的目的。

2)SVG裝置原理框圖見圖1。

3 靜止無功補(bǔ)償裝置工程實(shí)例

3.1 項(xiàng)目介紹

遼寧紅沿河核電廠廠址地處遼寧省瓦房店市西端渤海遼東灣東海岸。在紅沿河核電一期廠區(qū)北側(cè),設(shè)置了一個220 kV施工與輔助電源變電站。它主要是為紅沿河核電站施工建設(shè)期間提供現(xiàn)場施工電源。此變電站自2007年投運(yùn)以來,由于現(xiàn)場用電負(fù)荷較低,一直存在向系統(tǒng)倒送無功及功率因數(shù)為負(fù)值的電網(wǎng)考核標(biāo)準(zhǔn)的問題,影響了220 kV施工電源運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。

3.2 系統(tǒng)條件

220 kV施工與輔助變電站施工進(jìn)線為220 kV復(fù)紅線,線路全長為31.017 km,導(dǎo)線型號為LGJ-400/50型鋼芯鋁絞線?，F(xiàn)階段變電站內(nèi)裝設(shè)一臺31.5 MVA的施工變壓器和220 kV,10 kV施工用電及其配套設(shè)備,作為紅沿河核電廠施工、辦公、生活用電。220 kV施工與輔助變電站內(nèi)10 kV母線電源段通過8根3×185電纜接至10 kV配電所內(nèi)Ⅰ,Ⅱ母線段,每段母線上各配置無功補(bǔ)償電容器1組,站用變1組和接地變1臺;10 kV配電所內(nèi)Ⅰ,Ⅱ母線段共有20根3×185電纜接至就地設(shè)備。

4 無功倒送的原因分析

根據(jù)復(fù)紅線2007年電量統(tǒng)計(jì),自2007年以來,紅沿河220 kV施工及輔助變電站向系統(tǒng)倒送無功功率問題很嚴(yán)重。

220 kV施工與輔助變電站進(jìn)線復(fù)紅線線路,全長為31.017 km;220 kV施工與輔助變電站內(nèi)10 kV母線電源段通過8根3×185電纜接至10 kV配電所內(nèi)Ⅰ,Ⅱ母線段,總長度12 km;10 kV配電所內(nèi)Ⅰ,Ⅱ母線段目前共有4根 3×185電纜接至就地設(shè)備,總長度約為10 km,這些架空線路及電纜的對地電容電流都使得線路中容性電流增大,而目前現(xiàn)場施工設(shè)備主要以塔吊機(jī)、拖車泵、電焊機(jī)、電動空壓機(jī)、照明等為主,負(fù)荷相對較輕,消耗容性無功較少,這些都導(dǎo)致施工現(xiàn)場容性無功過剩,并產(chǎn)生向系統(tǒng)倒送無功功率的現(xiàn)象。

5 無功倒送的解決措施

5.1 靜態(tài)無功補(bǔ)償

動態(tài)補(bǔ)償裝置可跟隨負(fù)荷無功的變化,實(shí)現(xiàn)無功功率的動態(tài)補(bǔ)償,對于本工程可采用動態(tài)電容補(bǔ)償裝置接入系統(tǒng),改善功率因數(shù),提高電網(wǎng)電能質(zhì)量。

5.2 補(bǔ)償設(shè)備容量確定

220 kV施工與輔助變電站施工進(jìn)線為220 kV復(fù)紅線,線路全長為31.017 km,導(dǎo)線型號為LGJ-400/50型鋼芯鋁絞線,定為線路A;220 kV施工與輔助變電站內(nèi)10 kV母線電源段通過8根3×185電纜接至10 kV配電所內(nèi)Ⅰ,Ⅱ母線段,總長度約為12 km,定為線路B;10 kV配電所內(nèi)Ⅰ,Ⅱ母線段目前共有4根3×185電纜接至就地設(shè)備,總長度約為10 km,定為線路C;則線路A,B,C的電容電流值為：

IA=3.3UeL×10-3=22.52 A;

IB=3Ueω C×L ×10-3=29.638 A;

IC=3Ueω C×L ×10-3=24.47 A。

其中,Ue為廠用電系統(tǒng)額定線電壓,kV;C為廠用電系統(tǒng)每相對地電容,uF;L為線路的長度,km;ω為角頻率。

總的無功功率為：

Q=QA+QB+QC=UAIA+UBIB+UCIC=220×22.52+10×29.638+10×24.47=5 495.5 kVar。

如每月按30 d算,一天有功負(fù)荷工作8 h,一個月有功負(fù)荷工作小時數(shù)Tm1=240 h;一天無功負(fù)荷工作24 h,一個月無功負(fù)荷工作小時數(shù)Tm2=720 h。將電量值除以每月工作小時數(shù),可得每小時消耗的有功、無功量,如表1所示。

由此可看出線路容性電流每小時產(chǎn)生的無功功率大于復(fù)紅線上每小時倒送的無功功率,這說明除了負(fù)荷消耗了一部分無功功率,其余都倒送回系統(tǒng)。

表1 復(fù)紅線每小時電量統(tǒng)計(jì)表 kW/h

根據(jù)電量統(tǒng)計(jì),取2007年 5月～2008年2月共10個月,其中無功送電量最大值為3 237 960 kVar?h,有功受電量為 W=375 540 kW?h,按無功送電量最大值進(jìn)行補(bǔ)償,根據(jù)用戶要求需將功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?.9。可采取以下步驟：

1)將功率因數(shù)由負(fù)值補(bǔ)到1,這樣就可以計(jì)算得到：

其中,cosφ3為施工現(xiàn)場用電設(shè)備的平均功率因數(shù)。

2)將功率因數(shù)由1補(bǔ)到0.9。

ΔQ=ΔQ1+ΔQ2=4 888.36+757.34=5 645.7 kVar。

考慮到以后可能有新的電纜投入運(yùn)行,而負(fù)荷為輕負(fù)荷,故取一定數(shù)量的裕量,由此確定無功補(bǔ)償?shù)娜萘繛? MVar。

可求得補(bǔ)償容量：

6 結(jié)語

綜合考慮以上因素,本方案采用±2 MVar靜止無功發(fā)生器(Static Var Generator,簡稱SVG)和4 M Var并聯(lián)電抗器組合的動態(tài)補(bǔ)償裝置進(jìn)行動態(tài)無功調(diào)節(jié),維持功率因數(shù)在0.90以上,工程總造價為285萬元,由于電網(wǎng)每月平均罰款近100萬元,三個月即可收回成本,這就把調(diào)節(jié)無功功率連續(xù)性與經(jīng)濟(jì)性有機(jī)的結(jié)合在一起。當(dāng)?shù)顾蜔o功在2 MVar以內(nèi)時,可只投靜止無功發(fā)生器進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié),當(dāng)?shù)顾蜔o功在2 MVar以上時,可投入靜止無功發(fā)生器和相應(yīng)數(shù)量電抗器進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)。隨著施工負(fù)荷的增加,消耗的無功逐漸增加,倒送的無功功率越來越少,達(dá)到一定程度時動態(tài)補(bǔ)償裝置將會逐步退出,現(xiàn)場原有的電容補(bǔ)償裝置將會投入運(yùn)行。

[1] 石 磊,衛(wèi) 麗.淺述低壓配電網(wǎng)的無功優(yōu)化補(bǔ)償[J].山西建筑,2009,35(12)：185-186.