110kV變電站動態(tài)無功補(bǔ)償研究

劉乾坤

（國網(wǎng)重慶石柱縣供電有限責(zé)任公司 重慶石柱 409100）

110kV變電站動態(tài)無功補(bǔ)償研究

劉乾坤

（國網(wǎng)重慶石柱縣供電有限責(zé)任公司 重慶石柱 409100）

隨著我國電力行業(yè)的不斷發(fā)展，電壓等級越來越高，因?yàn)殡娋W(wǎng)覆蓋范圍的不斷擴(kuò)大，導(dǎo)致電網(wǎng)受到多種因素的影響產(chǎn)生電源分布不均衡的現(xiàn)象，要保證電力系統(tǒng)的安全和供電可靠性密閉性要進(jìn)行無功補(bǔ)償。無功補(bǔ)償?shù)膭?chuàng)新技術(shù)之一就是無功功率動態(tài)補(bǔ)償，以動態(tài)無功補(bǔ)償為主，改善電網(wǎng)質(zhì)量、節(jié)約電能、提高變壓器增容利用率滿足增容需求、消除電磁污染和提高用電安全可靠性等功能；是靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置最理想的更新?lián)Q代產(chǎn)品。本文主要闡述了110kV變電所動態(tài)無功補(bǔ)償相關(guān)內(nèi)容。

110kV；變電所；動態(tài)；無功補(bǔ)償

引言

在110kV變電所中，電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一就是電壓，電壓質(zhì)量的影響范圍非常大，影響對象主要有人民生活用電、產(chǎn)品質(zhì)量、線路損失等。而影響電壓質(zhì)量的一個重要因素就是無功電壓，從本質(zhì)上來說電壓問題就是無功問題。因而解決好110kV變電所無功補(bǔ)償問題具有十分重要的意義。

1 動態(tài)無功補(bǔ)償裝置簡介

1.1 動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的基本原理

動態(tài)無功補(bǔ)償裝置以三相大功率電壓逆變器為核心，其輸出電壓通過連接電抗器或連接變壓器接入系統(tǒng)，與系統(tǒng)側(cè)電壓保持同頻、同相，通過調(diào)節(jié)其輸出電壓幅值與系統(tǒng)電壓幅值的關(guān)系來確定輸出功率的性質(zhì)與容量，當(dāng)其幅值大于系統(tǒng)側(cè)電壓幅值時(shí)輸出容性無功，小于時(shí)輸出感性無功。其原理如圖1所示。

圖1 動態(tài)無功補(bǔ)償裝置圖

1.2 動態(tài)無功補(bǔ)償裝置組成

動態(tài)無功補(bǔ)償裝置主要由連接電抗器、啟動裝置、功率模塊、控制系統(tǒng)等部分組成，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)組成示意圖

1.2.1 數(shù)字控制與保護(hù)柜

在無功功率控制調(diào)整目標(biāo)下，使動態(tài)無功補(bǔ)償裝置各功率單元接觸器、隔離開關(guān)、冷卻系統(tǒng)、保護(hù)裝置和有關(guān)的安全系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行，邏輯正確；可配備各種綜合保護(hù)，滿足在電力系統(tǒng)中設(shè)備安全運(yùn)行的各種要求；為了滿足用戶的特殊需求，動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的控制器可以根據(jù)需要增加輔助控制方式，動態(tài)無功補(bǔ)償裝置控制程序可根據(jù)今后電力系統(tǒng)的發(fā)展，或技術(shù)的發(fā)展靈活更新。

1.2.2 啟動柜

通過大功率電阻，實(shí)現(xiàn)裝置投入過程能量的緩沖；旁路大功率電阻，實(shí)現(xiàn)裝置正常運(yùn)行時(shí)的快速調(diào)節(jié)。

1.2.3 功率柜

動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的核心是基于IGBT的鏈?zhǔn)侥孀兤鳌ｆ準(zhǔn)侥孀兤鞯拿肯嘤啥鄠€功率模塊串聯(lián)而成，采用N+2冗余運(yùn)行。功率模塊采用世界知名公司生產(chǎn)的IGBT器件制造，具有一致性好、電流密度高、性能穩(wěn)定、開關(guān)速度快等特點(diǎn)。模塊化設(shè)計(jì)，功率單元的結(jié)構(gòu)和電氣性能完全一致，可以互換。插排式設(shè)計(jì)，方便組裝與更換。統(tǒng)一風(fēng)道設(shè)計(jì)，裝置散熱更加可靠。

1.2.4 連接電抗器

用于連接動態(tài)無功補(bǔ)償裝置與電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)能量的緩沖；抑制逆變器連接到系統(tǒng)中引起的電流突變，起到平波的作用。

1.3 動態(tài)無功補(bǔ)償裝置特點(diǎn)

相對于傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償設(shè)備，動態(tài)無功補(bǔ)償裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）啟動沖擊小：動態(tài)無功補(bǔ)償裝置部分采用自勵方式啟動，啟動快速且沖擊電流限制在很小的幅值；

（2）任意組合的連續(xù)補(bǔ)償范圍：動態(tài)無功補(bǔ)償裝置可以從額定感性工況到額定容性工況連續(xù)輸出無功，和固定電容器組合可構(gòu)成任意范圍的連續(xù)補(bǔ)償；

（3）占地面積小：動態(tài)無功補(bǔ)償裝置以半導(dǎo)體功率器件構(gòu)成的逆變器為核心，使用直流電容器儲能，無SVC中體積龐大的濾波支路和電抗器，特別適合于對占地面積要求較高的場合；

（4）優(yōu)異的諧波輸出特性：動態(tài)無功補(bǔ)償裝置既可以輸出近似正弦波的無功電流，也可以濾除諧波電流；

（5）高效率：動態(tài)無功補(bǔ)償裝置采用新型低損耗IGBT功率器件，直接輸出電壓范圍1～35kV，省去了連接變壓器，裝置效率可達(dá)99%以上；

（6）超強(qiáng)補(bǔ)償能力：動態(tài)無功補(bǔ)償裝置輸出電流不依賴于系統(tǒng)電壓，表現(xiàn)為恒流源特性，在系統(tǒng)電壓跌落到20%時(shí)仍可以輸出額定無功電流，具有更寬的運(yùn)行范圍。

1.4 動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的作用

110kV變電所中運(yùn)用動態(tài)無功補(bǔ)償裝置具有以下幾點(diǎn)重要優(yōu)勢：

（1）真正實(shí)現(xiàn)無功自動跟蹤投切。采用單片機(jī)對電網(wǎng)無功進(jìn)行自動跟蹤監(jiān)測；對電容器投切電子開關(guān)進(jìn)行全自動控制，響應(yīng)及時(shí)迅速，杜絕了對電網(wǎng)危害甚大的過補(bǔ)現(xiàn)象。

（2）實(shí)現(xiàn)了對電容的等電位投入，零電流切除，投入切除一步到位，不會發(fā)生“投切振蕩”和“合閘涌流”現(xiàn)象，徹底克服了以往交流接觸器等機(jī)械觸點(diǎn)投切電容器時(shí)涌流大，電壓沖擊大，打火、振動以及使用壽命短的缺點(diǎn)。

（3）調(diào)節(jié)更加精細(xì)。電容器分組采用8：4：2：1（容量之比）的比例，使用較少的電容器即可組成16種組合，并使調(diào)節(jié)更加精細(xì)。

2 運(yùn)用動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的意義

（1）能提高發(fā)、輸、供電設(shè)備的利用率。使用本裝置后，用戶負(fù)荷功率因數(shù)將大為提高（接近1.0），電網(wǎng)與負(fù)荷之間交換的無功功率將大為減小，有功功率可相應(yīng)增加，電網(wǎng)負(fù)載能力得到提高，從而提高了發(fā)、輸、供電設(shè)備的利用率。例如一臺1000kVA的變壓器由cos準(zhǔn)1=0.7提高到cos準(zhǔn)2=0.95，變壓器可相當(dāng)于增容25%，可有250kVA的容量被增用。

（2）能降低輸電線路損耗。線損與通過線路電流的平方成正比。功率因數(shù)越低，無功電流越大，造成的線損就越大。采用本裝置提高了功率因數(shù)，線損也就大大的降低了。例如一條配電線路cos準(zhǔn)=0.7，線損率為10%，將cos準(zhǔn)提高到0.95，則線損可減少41%，即線損率可減少4.1%；若該線路送電平均功率為P=300kW，則補(bǔ)償后可減少損耗功率ΔPQ=300×4.1%=12.3kW，全年可節(jié)約電量 ΔW=12.3×24（h）×365（d）=107748kWh。

（3）能提高電壓質(zhì)量。線路電壓損失與線路電流成正比，提高功率因數(shù)減少線路無功電流，也就減少了線路電壓損失。同時(shí)，本裝置能顯著抑制電壓閃變，消減諧波，且能對不平衡負(fù)荷實(shí)現(xiàn)分相補(bǔ)償，可使公用母線電壓正弦波形畸變率和電網(wǎng)負(fù)序電壓達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。

（4）減少用戶開支，降低生產(chǎn)成本。例如某企業(yè)月平均用電量為100000kWh，月平均功率因數(shù)為0.7，按規(guī)定當(dāng)月電費(fèi)加收10%，以0.46元/kWh計(jì)算，當(dāng)月應(yīng)加收電費(fèi)為：100000×0.46×10%=4600元。同時(shí)功率因數(shù)提高后，每月又可以節(jié)約一筆額外的線損電費(fèi)。

3 110kV變電所動態(tài)無功補(bǔ)償方案

3.1 某110kV變電所主接線

該變電所擁有兩臺主變。110kV側(cè)有兩回電源進(jìn)線，2461線引至1號主變110kV側(cè)，2462線引至2號主變110kV側(cè)。110kV側(cè)兩端母線通過母線開關(guān)項(xiàng)鏈，系統(tǒng)110kV側(cè)現(xiàn)有八回出現(xiàn)，系統(tǒng)35kV有兩段母線。35kV1段母線下有兩回負(fù)荷出現(xiàn)，兩組并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置。35kV二段母線下同樣有兩回負(fù)荷出現(xiàn)，兩組并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置。系統(tǒng)并聯(lián)電容器組無功補(bǔ)償和動態(tài)無功補(bǔ)償裝置主接線如圖3所示。

圖3 某110kV變電所無功補(bǔ)償主接線圖

3.2 動態(tài)無功補(bǔ)償方案

加強(qiáng)對系統(tǒng)現(xiàn)有并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置投切的控制，這樣就可以使得系統(tǒng)的功率因素處于較高的水平。但是如果以負(fù)荷波動情況為依據(jù)多冊對電容器組進(jìn)行投切作業(yè)，就會導(dǎo)致電容器以及開關(guān)設(shè)備的使用壽命受到影響。并且如果是采用人工的操作方式的話，必須要將負(fù)荷情況作為依據(jù)進(jìn)行電容器投切操作，這樣就存在操作頻繁以及可行性差的缺點(diǎn)。并且在負(fù)荷較輕的情況下允許用投入電容器組補(bǔ)償?shù)姆椒ň褪菍?dǎo)致補(bǔ)償過度。就目前情況來看，系統(tǒng)變壓器容量的利用率只有55%以及61%，一旦負(fù)荷增加，那么現(xiàn)有的無功補(bǔ)償設(shè)備就會無法對負(fù)荷無功補(bǔ)償?shù)囊筮M(jìn)行滿足，因而必須對無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行擴(kuò)容。但是如果采用并聯(lián)電容器組，那么并聯(lián)電容器組必須進(jìn)行成組投切，很容易導(dǎo)致補(bǔ)償過度的現(xiàn)象。

所以可以對目前系統(tǒng)中備用的3360線路上的開關(guān)柜進(jìn)行利用，在系統(tǒng)中增加一套動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，將其安裝在35kV二段母線上。運(yùn)用該無功補(bǔ)償裝置可以實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償容量的連續(xù)動態(tài)可調(diào)性，可以達(dá)到以下目的：①能夠?qū)﹄娙萜鞯耐肚写螖?shù)進(jìn)行顯著的減少，對設(shè)備的使用壽命進(jìn)行延長；②能夠?qū)ο到y(tǒng)電壓進(jìn)行有效的穩(wěn)定；③能夠?qū)o功功率的動態(tài)補(bǔ)償進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，從而解決過度補(bǔ)償或者補(bǔ)償不夠的現(xiàn)象。

4 結(jié)語

綜上所述，動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的運(yùn)用不僅具有如上所述的節(jié)省投資、節(jié)省電力、節(jié)省燃煤及污染等作用，同時(shí)還可以提高電力系統(tǒng)設(shè)備的供電能力，改善電壓質(zhì)量，減少用戶電費(fèi)開支，延緩用戶的增容改造。

[1]李建海，張帥.10kV及以下配電網(wǎng)無功動態(tài)補(bǔ)償應(yīng)用[J].黑龍江電力，2011（03）：66～67.

[2]汪玉鳳，張?zhí)m芬，賈建新.10kV變電所動態(tài)無功補(bǔ)償研究[J].電力建設(shè)，2005（12）：34～35.

[3]白熠，嚴(yán)昆，張峻菠.大容量無功補(bǔ)償?shù)蛪簜?cè)補(bǔ)償方式的優(yōu)勢[J].機(jī)械與電子，2010（S1）：87～89.

[4]段立新.動態(tài)無功補(bǔ)償裝置在地鐵主變電所的應(yīng)用[J].電氣時(shí)代，2009（07）：37.

TM63

A

1004-7344（2016）08-0042-02

2016-3-2

劉乾坤（1978-），男，碩士，負(fù)責(zé)公司通信及自動化系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用。