關于110kV電容器組的容量配置方案

張化良，吳怡敏，尹大千

(西南電力設計院，四川 成都 610021)

1 概述

我國第一個投入商業運行的1000kV特高壓交流試驗示范工程，經過運行實踐考驗，整體表現情況良好。特高壓交流試驗示范工程完成試運行，標志著我國在遠距離、大容量、低損耗的特高壓核心技術和設備國產化上取得了重大突破，是中國乃至世界電力發展史重要的里程碑，對保障國家能源安全和電力可靠供應具有重要意義。中線特高壓工程即將開始擴建，通過各專業的工程總結，對目前發現的問題作改進和完善，使特高壓工程也逐步走向工程設計典型化，設備配置標準化，建設更加堅強智能電網。110kV并聯電容器裝置是特高壓變電站的重要組成部分之一，而并聯電容器裝置的主要部分就是電容器組，本文針對110kV電容器組容量配置進行總結和分析，并提出標準化配置的建議供大家討論和工程設計時選用。

2 特高壓變電站的110kV電容器組

我國第一條1000kV特高壓輸變電工程，起點站和終點站均裝設有110kV并聯電容器裝置。這種裝置顯著的特點是：電壓等級高(最高運行電壓為126kV)、單組容量大(最高運行電壓126kV下，輸出容性無功210Mvar)、回路電流大(在110kV下工作電流1102A)、單臺電容器容量大(超過400kvar)、電容器組的單臺電容器臺數多(多達數百臺，因為不同廠家的單臺容量不一樣，兩站電容器總臺數并不相同)、每相電容器串并聯數多(串聯段超過10個，不同廠家單臺電容器額定電壓不同、串聯段數也不相同)、并聯臺數不小于5臺、安裝布置上每相采用兩個絕緣臺架(又稱為“雙塔”)，單組電容器占地面積大(包括串聯電抗器在內為20m×20m，僅電容器組的安全圍欄約12m×20m)。裝置的標稱容量為210Mvar，電抗率配置為5%與12%兩種。通過招標選擇的設備供貨廠家是：起點站為桂林電力電容器有限責任公司(以下簡稱：桂容公司)，終點站為西安ABB公司電力電容器有限公司(以下簡稱：ABB公司)。兩個廠家提供的電容器組安裝容量和單臺電容器容量均不相同，但是，都可滿足招標文件提出的輸出容量要求。電氣接線方式與保護方式，按照桂容公司最初提出的方案進行調整后，兩個廠家方案統一一致：單星形接線，雙橋差保護方式。但是，單臺電容器參數(額定電壓、容量)和裝置的安裝容量無法統一，允許兩個廠家保留各自差別。

2.1 對110kV電容器組的參數要求

根據系統專業提出的容性無功補償容量需求，在母線電壓126kV下，裝置的輸出容量要達到210Mvar。根據標準規定，高壓并聯電容器，對穩態過電壓的規定，電容器在1.05倍額定電壓下應能連續運行。標準定義的輸出容量是：“當裝置中電容器組承受的電壓等于電容器組的額定電壓時，裝置額定輸出容量等于該裝置的額定容量減去配套串聯電抗器的額定容量”。按照無功補償要求和上述標準規定，電容器設備采購招標文件，對兩種電抗率的電容器組，分別提出了電壓和容量參數要求如下：

額定相電壓：126.32/ kV(72.93kV，K=5%，K為電抗率，下同)

電容器組的其他技術要求：單臺電容器的額定參數(額定電壓、額定容量)，每相的并聯電容器臺數與串聯段數，由于沒有標準化規定，考慮到各個廠家對產品的技術研制開發情況不一樣，招標文件沒有提出統一的參數要求，允許各廠家充分發揮自己的技術特點和研發優勢，以便為工程提供性能優良的設備。實際上，中標廠家提供的單臺電容器參數確實不相同，并由此而產生了電容器組的安裝容量、每相電容器的并串聯數都不一樣。中標廠家桂容公司和ABB公司產品的簡要技術數據如下：

2.2 桂容公司供貨參數

2.2.1 K=5%電容器組

單臺電容器額定電壓：6.08kV

單臺電容器容量：464kvar

額定相電壓：72.96kV(要求值72.93kV)

每相并串聯數：12并12串

每相電容器臺數：144臺

電容器組安裝容量：200.5Mvar(要求值200.5Mvar)

2.2.2 K=12%電容器組

單臺電容器額定電壓：6.56kV

單臺電容器容量：501kvar

額定相電壓：78.72kV(要求值78.75kV)

每相并串聯數：12并12串

每相電容器臺數：144臺

電容器組安裝容量：216.4Mvar(要求值216.5Mvar)

2.3 ABB公司供貨參數

2.3.1 K=5%電容器組

單臺電容器額定電壓：6.63kV

單臺電容器容量：615kvar

額定相電壓：72.93 kV(要求值72.93kV)

每相并串聯數：10并11串

每相電容器臺數：110臺

電容器組安裝容量：202.95Mvar(要求值200.5Mvar)

2.3.2 K=12%電容器組

單臺電容器額定電壓：6.63kV

單臺電容器容量：615kvar

額定相電壓：79.56 kV(要求值78.75kV)

每相并串聯數：10并12串

每相電容器臺數：120臺

電容器組安裝容量：221.4Mvar(要求值216.5Mvar)

3 容量配置分析和建議

3.1 容量配置分析

首先，從兩個供貨廠家的單臺電容器和電容器組技術參數可以看出：為了滿足輸出容量要求，致使兩種電抗率的電容器組，單臺電容器容量與安裝容量均不一樣，兩個廠家提供了4種安裝容量，其中，桂容公司提供的單臺電容器是兩種規格，ABB公司單臺電容器是一種規格，兩個廠家的產品沒有互換性。這僅僅是兩個變電站的兩個供貨廠家，如果是3個或4個變電站，由不同廠家供貨，很可能電容器組的安裝容量與單臺電容器容量會有更多規格。據了解，中線工程擴建，南陽站電容器中標廠家，新東北電氣(錦州)電力電容器有限公司(以下簡稱：錦容公司)的電容器組參數與桂容公司和ABB公司又有區別，主要參數如下：

錦容公司參數

K=5%電容器組

單臺電容器額定電壓：6.07kV

單臺電容器容量：486.1kvar

額定相電壓：72.84kV(要求值72.93kV)

每相并串聯數：12并12串

每相電容器臺數：144臺

電容器組安裝容量：～210Mvar

K=12%電容器組

單臺電容器額定電壓：6.56kV

單臺電容器容量：486.1kvar

額定相電壓：78.72kV(要求值78.75kV)

每相并串聯數：12并12串

每相電容器臺數：144臺

電容器組安裝容量：～210Mvar

其次，分析一下供貨廠家產品技術特點：桂容公司兩種電抗率的單臺電容器參數不一樣，不能互換，供貨形式類似國網公司物質采購的標準化要求，電壓參數非常接近招標文件的要求值，產品容量得到充分利用。ABB公司單臺電容器為一種規格，兩種電抗率的單臺電容器可以互換，減少備品種類，方便運行更換，這是優點，但是，K=12%電容器組的相電壓79.56kV比要求值78.75kV高0.81kV，盡管安裝容量達到221.4Mvar，實際輸出容量也只有210Mvar，額定容量沒有得到充分發揮(容量虧損4.5Mvar，約為總輸出容量的2%)，這是缺點。K=12%電容器組，ABB公司的安裝容量比桂容公司多5 Mvar，相同條件下的輸出容量與桂容公司相等。因此，就這一套設備而言，ABB公司設備經濟性指標降低了，兩種電抗率采用一種規格的單臺電容器，這是無法克服的缺點。

特高壓中線擴建工程，對兩種電抗率的電容器組，提出的安裝容量要求是相同的。中標廠家，錦容公司提供的單臺電容器參數，如上面所示，仍然為兩種規格(額定電壓不一樣，額定容量一樣)。其中，K=5%的電容器組，單臺電容器額定電壓，錦容公司取值6.07kV值得商榷。根據計算應為6.077kV，四舍五入應該取6.08kV，其他兩個站供貨廠家桂容公司西容公司，均取值6.08kV，一期工程也是取這個數值。在母線電壓為126 kV時，單臺電容器額定電壓為6.08kV時，每臺電容器的運行電壓，接近但不超過1.05倍額定電壓；單臺電容器額定電壓為6.07kV時，每臺電容器的運行電壓，已經超過1.05倍額定電壓少許，也就是說“過限制線”了。給人感覺是“摳門”0.01kV，與標準規定不一致。但是，K=12%的電容器組，單臺電容器額定電壓與其他兩個站是一樣的，尚不清楚廠家是如何考慮的。

國網公司在輸變電工程典型設計和通用設備規范中，非常強調“標準統一，通用互換，……統一設備參數、統一電氣接口……實現相同運行條件下同類設備之間的通用互換。” [文4]要求“努力做到可靠性、統一性、通用性、經濟性、先進性和靈活性的協調統一”。這些標準化工作原則，也適用于特高壓變電站工程建設。

在變電工程建設中，電容器組的容量配置，比較常用的做法是，設計單位根據無功電壓調控需求，提出安裝容量要求，但是，有極少數設計單位，在個別工程中提出輸出容量要求。電容器廠家需要根據輸出容量要求條件，計算安裝容量，設計單位還需要確認廠家計算值的正確性。其實，無功需求值就是一個范圍，是一個隨機變化的數值，完全沒有必要提出輸出容量，再由廠家配置安裝容量，把問題復雜化。國網公司在750kV及以下變電站的電容器設備招標時，對兩種電抗率的電容器組要求的安裝容量是一樣的，這樣對設備供貨要求清晰、明確，利于貫徹標準化，提高經濟性。

特高壓示范工程，提出的是輸出容量要求，已經出現廠家供貨設備容量不統一，單臺電容器規格不一致，不能實現標準化配置。這個問題如果得不到妥善解決，后續工程將會出現更多的設備參數不一致，這不符合國網公司在工程建設中大力推行標準化的思想。特高壓變電站的并聯電容器裝置，要實現標準化，關鍵是統一單臺電容器參數，兩種電抗率的電容器組，最好統一安裝容量。

110kV電容器組容量大，單臺電容器數量多，每相的并串聯數也多，從最優標準化配置考慮：單臺電容器最好采用容量優選系列參數(容量為整數)；單臺電容器額定電壓參數，應使其組成電容器組后的相電壓值與要求值相等或盡量接近，以便電容器容量得到充分發揮，如果高于或低于要求值，均不妥(前者造成容量不能充分發揮，后者超過額定電壓運行，吃安全裕度)。

3.2 容量配置建議

特高壓變電站工程經過試驗示范成功運行，后續工程的電容器組，容量如何配置才能更加合理，需要工程設計單位與電容器制造廠協調達成共識，把協商一致的單臺電容器參數，作為標準化產品參數，這樣，才能達到減少設備種類，達到通用互換。我們提出4個以安裝容量為基礎的方案，可以滿足不同輸出容量要求，供大家討論和選擇。下面是各方案的主要特點：

3.2.1 方案一

K=5%與K=12%電容器組，單臺電容器參數選取500kvar一種規格，安裝容量選取兩種規格：K=5%時，安裝容量取216Mvar；K=12%時取234Mvar。母線電壓為126kV時，K=5%與K=12%的電容器組，輸出容量都能達到210Mvar(滿足試驗示范工程的輸出容量要求)。電容器產品為一種規格，額定電壓非常接近需求值，產品容量利用好，單臺電容器容量500kvar，是標準推薦的容量優選系列，技術成熟，標準化程度高，如果各個廠家的產品外形尺寸能統一一致，電容器組的安裝尺寸也可以達到統一，從而實現產品完全的通用互換。缺點是K=12%裝置比K=5%裝置多1個串聯段，將會使電容器組的絕緣臺架增加一層，裝置高度將會有所增加。

方案一的適用條件是：母線電壓為126kV時，每組電容器的輸出容量，均要達到210 Mvar(即試驗示范工程要求)。

3.2.2 方案二

K=5%與K=12%電容器組，單臺電容器參數為兩種規格，安裝容量為一種規格。K=5%與K=12%時，安裝容量均為216Mvar，母線電壓為126kV時，K=5%與K=12%裝置各1組投入時，輸出容量平均值可以達到210 Mvar。單臺電容器參數為兩種規格，主要是額定電壓不相同：K=5%時為6.08kV；K=12%時為6.56kV，單臺容量均為500kvar。產品額定電壓非常接近需求值，產品容量利用好；500kvar為容量優選系列，技術成熟，標準化程度高，有利于實施標準化。

方案二的適用條件是：母線電壓為126kV時，電容器組輸出容量約為210 Mvar(即國網標準化物資采購標準的要求)。

3.2.3 方案三

K=5%與K=12%電容器組，單臺電容器參數為兩種規格，安裝容量也為兩種規格。K=5%時，安裝容量為216Mvar，K=12%時為222.9Mvar，母線電壓為126kV時，K=5%與K=12%裝置的輸出容量都能達到210 Mvar。單臺電容器參數為：K=5%時為6.08kV，500kvar；K=12%時為6.56kV，516kvar。產品額定電壓非常接近需求值，產品容量利用好；500kvar為容量優選系列，技術成熟，標準化程度高，516kvar電容器也在工程中多次使用過。

方案三的適用條件是：母線電壓為126kV時，每組電容器的輸出容量，均要達到210Mvar(這種嚴酷的輸出容量要求欠合理)。

3.2.4 方案四

K=5%與K=12%電容器組，單臺電容器參數為兩種規格，安裝容量為一種規格。本方案采用230 Mvar一種安裝容量配置，與國網標準化物資采購標準的要求模式一樣(750kV及以下變電站普遍采用)，有利于標準化實施，同時，K=5%與K=12%各1組投入運行時，在120 kV電壓下，輸出容量平均值達到210 Mvar；單臺電容器參數為：K=5%時為6.08kV，532.5kvar；K=12%時為6.56kV，532.5kvar。產品額定電壓非常接近需求值，產品容量利用好，缺點是，現有的電容器產品，沒有這種規格，要專門為特高壓變電站而研制新產品。

方案四的適用條件是：母線電壓為120 kV時，裝置輸出容量為210 Mvar，方案四可供考慮，方案四的可行性稍差。

綜合上述，4種容量配置方案都具有一定的特點與優點，方案一～方案四均可滿足系統專業對電容器組輸出容量的不同要求，從標準化配置考慮推薦方案一和方案二。下面將四個方案的技術數據列入表1供比較。

表1 110kV電容器組推薦方案數據比較

注：(1)表中符號的含義如下：

Un為單臺電容器額定電壓，kV；Qn為單臺電容器額定容量，kvar；Un5%、U5%為分別為電抗率為5%的單臺電容器額定電壓與電容器組額定相電壓，kV；Un12%、U12%為分別為電抗率為12%的單臺電容器額定電壓與電容器組額定相電壓，kV；Qn5%、Q5%為分別為電抗率為5%的單臺電容器額定容量與電容器組容量(安裝容量或輸出容量)，Mvar；Qn12%、Q12%為分別為電抗率為12%的單臺電容器額定容量與電容器組容量(安裝容量或輸出容量)，Mvar。

(2)在120 kV與126 kV電壓下，不同電抗率電容器組的輸出容量：

4 結語

在我國乃至世界電力發展史上都具有里程碑意義的1000kV特高壓交流試驗示范工程建設，需要全面總結工程建設經驗，努力掌握特高壓工程的科學規律，提出更加優化的設計方案和標準化設備配置，這將有利于加快后續工程的設計、建設、運行和各項相關工作的順利開展，提升我國電網的技術裝備水平。加強工程建設標準化，相同運行條件下不同廠家同類設備，應增強統一性和通用性，可縮短工程建設周期，降低設備和工程整體造價，提升特高壓技術裝備水平，為建設堅強智能電網，促進電力工業可持續發展、推進創新型國家建設具有重要的現實意義和深遠的歷史意義。

[1]GB 50227-2008，并聯電容器裝置設計規范[S].

[2]張化良，黃曉明，李越茂.關于特高壓變電站低壓側無功補償裝置[J].電力設備，2008，(10).

[3]DL/T 840-2003，高壓并聯電容器使用技術條件[S].

[4]電力行業標準《1000kV變電站110kV電容器組成套裝置技術規范》(2010年報批稿).

[5]《國家電網公司輸變電工程通用設備》(2009年版)中國電力出版社.