關(guān)于新建輸變電工程無(wú)功補(bǔ)償容量的初步計(jì)算

胡雨姣

（東莞電力設(shè)計(jì)院，廣東 東莞 523009）

1 變電站無(wú)功補(bǔ)償

電網(wǎng)輸出的功率包括有功功率和無(wú)功功率。有功功率直接消耗電能，把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能、熱能、化學(xué)能或聲能，利用這些能作功。無(wú)功功率不消耗電能，只是把電能轉(zhuǎn)換為另一種形式的能，這種能作為電氣設(shè)備能夠作功的必備條件，并且，這種能是在電網(wǎng)中與電能進(jìn)行周期性轉(zhuǎn)換。

無(wú)功功率補(bǔ)償，簡(jiǎn)稱無(wú)功補(bǔ)償，在電力供電系統(tǒng)中起提高電網(wǎng)的功率因數(shù)的作用，降低供電變壓器及輸送線路的損耗，提高供電效率，改善供電環(huán)境。電力系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償與無(wú)功平衡，是保證電壓質(zhì)量的基本條件，合理的無(wú)功補(bǔ)償，可以最大限度的減少網(wǎng)絡(luò)的損耗，不僅能保證電壓質(zhì)量，而且還提高了電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。反之，如選擇或使用不當(dāng)，可能造成供電系統(tǒng)，電壓波動(dòng)，諧波增大等諸多因素。

根據(jù)無(wú)功電力分層就地平衡的原則，在編制新建輸變電工程的可行性研究報(bào)告時(shí)，其中很重要的一項(xiàng)工作是確定項(xiàng)目的無(wú)功補(bǔ)償容量。新建輸變電工程的無(wú)功損耗主要是變壓器的無(wú)功損耗，故本文主要以變壓器無(wú)功損耗的計(jì)算為例進(jìn)行論述。

2 計(jì)算方法

2.1 直接系數(shù)法

根據(jù)《電力系統(tǒng)電壓和無(wú)功技術(shù)導(dǎo)則（試行）》（SD 325-1989）第5.7條：220kV及以下電壓等級(jí)的變電所中，應(yīng)根據(jù)需要配置無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，其容量可按主變壓器容量的0.10～0.30確定。例如：110kV主變壓器容量為63MVA，無(wú)功補(bǔ)償容量范圍在6.3～18.9Mvar之間。以筆者所在的東莞地區(qū)為例，每臺(tái)63MVA主變壓器配置的無(wú)功補(bǔ)償量約為2×8=16Mvar，為主變壓器容量的0.25，行動(dòng)情況良好，未收到無(wú)功不足的反饋。這種計(jì)算方法簡(jiǎn)單易懂，普遍用于220kV及以下變電所中。

2.2 元件參數(shù)法

元件參數(shù)法的邏輯是：根據(jù)不同的主變負(fù)載率，計(jì)算出變壓器各電壓側(cè)損耗、變電站無(wú)功負(fù)荷、變低側(cè)串聯(lián)電抗器的無(wú)功損耗之和，減去線路充電功率即為需補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功容量，計(jì)算結(jié)果為正值則表示本期需補(bǔ)償?shù)碾娙萜魅萘浚?fù)值則表示本期需補(bǔ)償?shù)碾娍蛊魅萘俊Ｓ捎谛陆ㄝ斪冸姽こ讨凶儔浩鞯膿p耗是主要的損耗，故本文主要就變壓器損耗如何計(jì)算進(jìn)行說(shuō)明，而線路及串抗部分則只給出相關(guān)數(shù)據(jù)。

1）變壓器無(wú)功補(bǔ)償原則：中壓側(cè)按功率因數(shù)由0.95補(bǔ)償?shù)?0.98計(jì)算，低壓側(cè)按功率因數(shù)由 0.90補(bǔ)償?shù)?.98計(jì)算。

2）變壓器參數(shù)（以此為例）：S1N/S2N/S3N=240/240/80MVA，220±8×1.5%/115/10.5kV，YN，yn0，dll，Uk1-2%=14、Uk1-3%=35、Uk2-3%=21，I0%=10.5。變壓器低壓側(cè)斷路器額定電流為Ie=4kA。

3）計(jì)算步驟

（1）計(jì)算變壓器各側(cè)負(fù)荷容量

負(fù)荷率的選取：負(fù)荷高峰時(shí)負(fù)荷率取β=1.0，負(fù)荷低谷時(shí)負(fù)荷率取β=0.15。

變高側(cè)負(fù)荷容量計(jì)算：S1=S1N×β。

變低側(cè)負(fù)荷容量計(jì)算：S3=10× 3×Ie×β。

變中側(cè)負(fù)荷容量計(jì)算：S2=S1-S3。

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 變壓器各側(cè)負(fù)荷容量表

（2）計(jì)算變壓器各側(cè)負(fù)荷需補(bǔ)償無(wú)功容量

主變高壓側(cè)功率因數(shù)一般為0.98，不需補(bǔ)償，所以補(bǔ)償基本上是針對(duì)中、低壓側(cè)的，中壓側(cè)按功率因數(shù)由0.95補(bǔ)償?shù)?.98，低壓側(cè)功率因數(shù)由0.90補(bǔ)償?shù)?.98。補(bǔ)償系數(shù)為補(bǔ)償前后的sinφ差值。由于負(fù)荷的高低對(duì)補(bǔ)償?shù)囊蟛灰粯樱园床煌呢?fù)荷率計(jì)算補(bǔ)償容量。

表2 變壓器各側(cè)負(fù)荷需補(bǔ)償無(wú)功容量表

（3）計(jì)算變壓器各側(cè)繞組無(wú)功損耗

變壓器各側(cè)繞組無(wú)功損耗主要是繞組的感性無(wú)功，需電容器進(jìn)行補(bǔ)償，故感性無(wú)功量即為需補(bǔ)償?shù)娜菪詿o(wú)功容量。

計(jì)算變壓器各側(cè)繞組感性無(wú)功時(shí)需根據(jù)繞組間短路電壓計(jì)算各側(cè)的繞組的短路電壓。

高壓側(cè)繞組短路電壓：

中壓側(cè)繞組短路電壓：

低壓側(cè)繞組短路電壓：

根據(jù)計(jì)算出的各側(cè)繞組短路電壓計(jì)算出的繞組無(wú)功損耗見(jiàn)表3。

（4）計(jì)算變壓器的勵(lì)磁損耗

根據(jù)空載電流百分比I0%計(jì)算勵(lì)磁損耗。計(jì)算結(jié)果為1.2Mvar。

（5）變壓器低壓側(cè)串聯(lián)電抗器無(wú)功損耗按參數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

（6）計(jì)算線路的充電功率

主要計(jì)算新建線路段的充電功率，按《廣東電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)原則》，220kV變電站最終規(guī)模為：變壓器4臺(tái)，220kV線路6回，110kV線路14回。本文暫按線路全部上齊考慮，假定220kV線路每回2km共12km，采用架空敷設(shè)方式，110kV線路每回2.5km共35km，其中15km采用架空敷設(shè)，20km采用電纜敷設(shè)。

根據(jù)上述假定條件計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

4）計(jì)算結(jié)果

在“3）計(jì)算步驟”中，第2～5項(xiàng)為無(wú)功損耗，是按單臺(tái)變壓器進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果，其值之和為單臺(tái)變壓器需電容器進(jìn)行補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功容量，第6項(xiàng)為全站線路的充電功率，起到電容器補(bǔ)償?shù)淖饔茫嗜拘柩a(bǔ)償?shù)臒o(wú)功容量應(yīng)為：4×單臺(tái)變壓器無(wú)功損耗－線路充電功率，計(jì)算結(jié)果總表見(jiàn)表6。

表3 變壓器各側(cè)繞組無(wú)功損耗表

表4 串聯(lián)電抗器無(wú)功損耗表

表5 線路的充電功率表

表6 無(wú)功平衡表

由上表可見(jiàn)，全站4臺(tái)變壓器需補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功容量為224.71Mvar，平均每臺(tái)變壓器需補(bǔ)償?shù)娜萘繛?6.2Mvar，采用6×10Mvar電容器組可滿足要求，這也符合《廣東電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)原則》的要求。

3 結(jié)論

直接系數(shù)法和元件參數(shù)法均符合《電力系統(tǒng)電壓和無(wú)功技術(shù)導(dǎo)則（試行）》的要求，但直接系數(shù)法比較簡(jiǎn)單易算，普遍應(yīng)用于110kV變電站，而元件參數(shù)法則較為復(fù)雜，計(jì)算結(jié)果也較為精確，能夠體現(xiàn)線路充電功率對(duì)全站無(wú)功補(bǔ)償?shù)挠绊懗潭龋瑬|莞院220kV輸變電工程中常用此方法。

[1] 《電力系統(tǒng)電壓和無(wú)功技術(shù)導(dǎo)則（試行）》（SD 325-1989）.

[2] 《廣東電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)原則》（修訂）.