110kV變電站無功補(bǔ)償電容器組配置探討

李國棟

【摘 要】 為提高變電站運(yùn)行穩(wěn)定性與可靠性，在建設(shè)階段多針對110kV變電站10kV低壓側(cè)安裝并聯(lián)電容器組，來滿足電網(wǎng)對無功功率的要求。此種設(shè)計方法，一方面可以降低無功補(bǔ)償裝置造價投入，另一方面可以按照分層分區(qū)平衡原則對35kV側(cè)負(fù)荷無功補(bǔ)償進(jìn)行優(yōu)化，由下一級變電站來進(jìn)行補(bǔ)償。但是隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，僅僅在低壓側(cè)安裝無功補(bǔ)償裝置逐漸不能滿足實(shí)際運(yùn)行需求，需要對無功補(bǔ)償電容器組配置方式做更進(jìn)一步的分析。本文將110kV變電站作為對象，分析了無功補(bǔ)償電容器組配置方式。

【關(guān)鍵詞】 110kV變電站 無功補(bǔ)償 配置優(yōu)化

對變電站安裝無功補(bǔ)償電容器組，對提高變電站運(yùn)行效率，降低主變能耗具有重要意義。但是現(xiàn)在變電站運(yùn)行負(fù)荷不斷增加，如果還是選擇原來低壓側(cè)安裝補(bǔ)償裝置的方法，已經(jīng)不能滿足變壓器高壓側(cè)對功率因數(shù)的要求。為實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目的，需要對無功補(bǔ)償電容器組的配置方式進(jìn)行優(yōu)化，例如將其安裝在中壓測可以降低主變約1/3無功損耗，且可以保證電網(wǎng)安全可靠的運(yùn)行。

1 變電站無功補(bǔ)償電容器組設(shè)計

很多變電站建設(shè)時，均是將高壓并聯(lián)電容器安裝在變壓器主要負(fù)荷側(cè)，且存在部分220kV變電站將無功補(bǔ)償裝置設(shè)置在中壓側(cè)。例如東北地區(qū)220kV變電站，對變電站無功補(bǔ)償裝置方案進(jìn)行了調(diào)整，選擇將電容器設(shè)置在變壓器主要負(fù)荷66kV側(cè)，將變壓器第三繞組，更改為Y/△雙繞組，這樣既可以降低設(shè)備運(yùn)行損耗，同時還能夠降低變電站接線難度。如果選擇將無功補(bǔ)償電容組設(shè)置在110kV站中壓側(cè)，需要確定設(shè)計要點(diǎn)，精確就計算各項(xiàng)損耗，重視建模理論與實(shí)地測量兩個方面，保證設(shè)置方案具有高適用性，對110kV三繞變壓器、低壓側(cè)不同負(fù)荷情況的無功補(bǔ)償方案進(jìn)行優(yōu)化，全面滿足變電站實(shí)際運(yùn)行需求[1]。

2 變電站無功補(bǔ)償電容器組配置要點(diǎn)

2.1 工程概述

以某110kV變電站為例，對其無功補(bǔ)償電容器組配置設(shè)計進(jìn)行分析。變電站所處位置，電網(wǎng)主要存在5次以上諧波，且10kV母線分裂運(yùn)行時最大三相短路電流為19.2kA[2]。在對無功補(bǔ)償電容器組配置方案設(shè)計時，需要以變電站實(shí)際負(fù)荷狀態(tài)為依據(jù)，從較輕負(fù)荷與較大負(fù)荷兩個方面著手。

2.2 配置分析

2.2.1 較輕負(fù)荷

按照負(fù)荷為30000kW計算，按照專業(yè)規(guī)定，100VA及以上高壓供電電力用戶，要求高峰負(fù)荷階段功率因數(shù)在0.95以上，且一般用戶在高峰負(fù)荷階段功率因數(shù)應(yīng)在0.9以上[3]。另外，對于35～220kV變電站無功補(bǔ)償設(shè)備，應(yīng)能夠隨負(fù)荷變化自動投切，且在變壓器最大負(fù)荷時，電力系統(tǒng)一次側(cè)功率因數(shù)在0.95以上，而低谷負(fù)荷功率因數(shù)小于0.95。這樣如果將負(fù)荷功率因數(shù)cosΦ1=0.9，補(bǔ)償一次后側(cè)功率因數(shù)cosΦ2=0.95。基于此進(jìn)行計算分析：

（1）負(fù)荷所需補(bǔ)償最大容性無功量：

Qcf，m=Pfm（|tgΦ1|-|tgΦ2|）=30000（|tg（arccos0.9）|-|tg（arccos 9.5）|）=4670kVar

其中，Qcf，m表示負(fù)荷補(bǔ)償所需最大容性無功容量，單位kVar；Pfm表示母線最大有功負(fù)荷，單位kW；Φ1表示補(bǔ)償前最大功率因數(shù)角，單位°；Φ2表示補(bǔ)償后最小功率因數(shù)角，單位°。

（2）主變所需補(bǔ)償最大容性無功量：

其中，QCB，m表示主變所需補(bǔ)償最大容性無功容量，單位kVar；Im表示裝設(shè)補(bǔ)償裝置后，通過變壓器需要補(bǔ)償一側(cè)的最大負(fù)荷電流值，單位A；Ie表示通過變壓器需要補(bǔ)償一側(cè)額定電流，單位A；I0表示變壓器空載電流百分值，單位%；Ud（%）表示需要進(jìn)行補(bǔ)償?shù)淖儔浩饕粋?cè)阻抗電壓百分值，單位%。

（3）總補(bǔ)償容量：

Q=Qcf，m+QCB，m=7555kVar

2.2.2 較大負(fù)荷

假設(shè)負(fù)荷為40000kW，按照專業(yè)規(guī)定進(jìn)行分析，要求負(fù)荷功率因數(shù)cosΦ1=0.9，補(bǔ)償一次后側(cè)功率因數(shù)cosΦ2=0.99。基于此進(jìn)行計算分析：

（1）負(fù)荷所需補(bǔ)償最大容性無功量：

Qcf，m=Pfm（|tgΦ1|-|tgΦ2|）=30000（|tg（arccos0.9）|-|tg（arccos 9.9）|）=9310kVar

（2）主變所需補(bǔ)償容量為：

QCB，m=3160kVar

（3）總補(bǔ)償容量：

Q=Qcf，m+QCB，m=12470kVar

2.3 選擇電抗率

在變電站正常運(yùn)行過程中，為更好的適應(yīng)電力系統(tǒng)無功功率以及電壓變化，需要持續(xù)對電容器組進(jìn)行操作，在設(shè)置的無功補(bǔ)償電容器組正常接入電網(wǎng)運(yùn)行后，會產(chǎn)生幅值大且頻率高的沖擊合閘涌流。總結(jié)以往經(jīng)驗(yàn)來看，涌流持續(xù)時間一般在10ms以內(nèi)。為限制涌流的產(chǎn)生，需要采取措施進(jìn)行處理，如對電容器回路設(shè)置串聯(lián)電抗器，或者對開關(guān)設(shè)置并聯(lián)電阻等。另外，對電網(wǎng)中諧波進(jìn)行分析，按照專業(yè)規(guī)范要求，為有效抑制諧波問題，可以將電抗率設(shè)置在4.5～5%，能夠抑制5次及以上諧波。對于部分變電站會選擇將電抗率控制在6%，這樣雖然能夠有效抑制5次及以上諧波，但同時也會增大3次諧波放大幾率。這樣為有效抑制3次諧波，可以選擇在變壓器低壓側(cè)進(jìn)行三角接線，將對稱3次諧波平衡掉，但是依然會存在不對分3次諧波進(jìn)入到系統(tǒng)內(nèi)，影響運(yùn)行效果。

3 結(jié)語

對變電站無功補(bǔ)償電容器組配置方式進(jìn)行研究，需要基于變電站實(shí)際建設(shè)情況，來確定補(bǔ)償容量，并以此為依據(jù)確定電容器機(jī)組配置方式，爭取提高變電站運(yùn)行穩(wěn)定性，降低變壓器運(yùn)行能耗。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳拓新，徐玉琴，張麗.110kV變電站無功補(bǔ)償電容器組優(yōu)化設(shè)計[J].江西電力，2011（06）：25-28.

[2]方翠.110kV變電站無功補(bǔ)償電容器組配置分析[J].低碳世界，2015（35）：9-10.

[3]盧奕城，王素英.深圳110kV變電站無功補(bǔ)償配置研究[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2014（23）：146-147.