220kV變電站無功補償容量計算與分析

陽水財

摘 要：目前許多變電站普遍存在負荷過重的狀況，需要加裝無功補償裝置來提高電網輸送能力。本文從電網變壓器產生無功損耗的機理出發，對220kV電力變壓器無功功率進行了分析和計算，旨在提高輸電設備的利用率，降低電力系統設備的耗損和有功網損，減少能耗和發電費用，供相關人員參考借鑒。

關鍵詞：電力變壓器；無功補償裝置；無功損耗；容量計算

中圖分類號： TM41 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）24-246-2

0 引言

變電站要提高電網輸送能力、降低電網的工作損耗，就需要對變電站無功補償容量進行計算，并通過計算結果設置合理的無功補償裝置，從而提高變電站工作效率，保證電網的安全運行。

1 220kV電力變壓器無功功率分析及計算

當前社會上應用的電力變壓器中由內部鐵芯中的激磁產生的無功功率（Q1），以及副邊漏磁產生的無功功率（Q2）即變壓器總的無功功率（Q）。

在變壓器輸入輸出電壓穩定時，鐵芯所產生的無功功率等于變壓器的空載試驗無功功率：

符號解釋：i0為變壓器激磁電流百分值；SN為變壓器額定容量；Q0為變壓器空載試驗時的無功功率。

式中的Q1是一個恒定量，與鐵損一樣，與整體變壓器的重量和材料有關，在兩端電壓不變的條件下。

電力變壓器漏磁產生的無功功率（Q2）與負荷電流（i）同時變化，設定主變高、中、低壓側繞組的短路電壓分別為：UK1、UK2和UK3，則有：

變壓器手冊或者是制造廠所提供的短路電壓值，均按照折算成與變壓器額定負載容量相對應的值，基于此，三繞組變壓器的等值繞組電抗表示為公式：

符號解釋：SN為變壓器額定容量；VN為額定線電壓。

基于此，三繞組變壓器主變的無功損耗可表示為：

符號解釋：S1為主變高壓側繞組通過的負荷容量，S2為主變中壓側繞組通過負荷容量，S3為主變低壓側繞組通過的負荷容量，單位為MVA；V1為主變高壓側繞組的計算電壓，V2為主變中壓側繞組的計算電壓，V3為主變低壓側繞組計算電壓，單位，kV；XT1為主變高壓側繞組的電抗值，XT2為主變中壓側繞組電抗值，XT3為主變低壓側繞組電抗值，單位，Ω。

在變壓器電壓變化量不考慮的情況下，主變兩側阻抗電壓折算到一次側，計算電壓值取VN，即表示為公式：

符號解釋：β為變壓器負載率。

由以上公式可得出變壓器的無功損耗的計算需要得到變壓器空載電流值i0以及短路電壓值UK。變壓器出廠手冊和銘牌上均可查找到變壓器空載電流值i0以及短路電壓值UK。下文描述的表1中介紹的幾種變壓器的無功損耗可以通過計算得出（表中的KQ是變壓器的電力損耗系數，即，KQ=Q1+Q2/β·SN）。

2 220kV輸電線路無功損耗

圖1是交流輸電系統數學模型。在高壓輸電線路，單位長度的電阻和電抗的比值較小，所以在對輸電線路進行輸送能力分析的時候，電阻值忽略不計。

由上圖可知：

①當P*<1，即P0，線路發出無功。反之，則線路吸收無功。

②隨著線路變長，吸收和發出的無功功率也隨著負荷的變化而變化，因此在進行遠距離輸電時需要進行無功補償。

③當輸電距離固定，有功功率與無功功率存在非線性關系，輸送的有功功率遠遠不及消耗的無功功率增長得快。

3 計算算例

某區域電網中220kV變電站規劃如圖3所示，本期建設2臺180MVA主變。擬采用SFSZ10-180000/220型號的變壓器。

①主變無功損耗。當運行一臺180MVA主變帶，且負荷為80%時，三繞組主變無功損耗19.77Mvar；負荷為45%時，損耗為5.77Mvar。

②電壓層間無功缺額計算。主變帶負荷為80%時，220kV、110kV和10kV的功率因數分別按0.95、0.95、0.9計算，電壓層間無功缺損為：130×SIN（COS-10.95）+50×SIN（COS-10.9）-144×SIN（COS-10.95）=17.4Mvar。

③線路無功損耗。將C站側負荷認為是60%，線路吸收無功3.4Mvar。

如果同時運行兩臺，當主變帶負荷為80%時，損耗的無功功率是39.54Mvar，電壓層間無功缺損34.8Mvar。將C站側負荷認為是60%，線路吸收無功3.4Mvar。則C站無功缺額為77.7Mvar。

4 結語

實驗結果表明，通過對220kV變電站電網進行無功補償容量計算，合理安裝無功補償裝置，可以提高電網質量，也降低了供電虛高造成的單位電量造價虛高，同時減少了電網損失，對于電力系統的運行起到了極大的促進作用。

參 考 文 獻

[1] 嚴浩軍.變電站電壓無功綜合控制策略的改進[J].電網技術，1997（10）.

[2] 國海，李詠鹿.無功補償方案的確定及其問題的解決[J].現代農業科技，2006（11）.