全電纜出線變電站擴建無功補償配置工程實踐分析

鄭志杰，趙 龍，賈善杰，王 艷，張 雯

（國網山東省電力公司經濟技術研究院，山東 濟南 250021）

全電纜出線變電站擴建無功補償配置工程實踐分析

鄭志杰，趙 龍，賈善杰，王 艷，張 雯

（國網山東省電力公司經濟技術研究院，山東 濟南 250021）

隨著城市的發展，城市中心區110 kV變電站多數采用全電纜出線，充電功率較大。而由于歷史原因，部分城區110 kV變電站未預留電抗器布置條件，造成電壓調整困難。以某110 kV站擴建為例，研究城區全電纜出線110 kV變電站改擴建無功配置方案；考慮周邊變電站實際運行現狀，在變電站配置低壓電抗器以補償電網小方式運行條件下的盈余無功功率；考慮充分利用電纜線路的充電功率，減少站內電容器補償容量；結合遠景規劃、現狀及二期擴建需求，研究合理的無功配置方案。通過平衡分析，提出了變電站無功補償調整配置思路，對同類型的變電站具有借鑒意義。

無功配置；無功平衡；電容器；電抗器

0 引言

合理的無功補償配置是保證電力系統電壓穩定和提高電壓質量的重要手段，不僅對電力用戶安全生產和產品質量以及電器設備的安全與壽命有重要影響，還對電力系統的安全與經濟運行起著重要支撐作用。

在電力學術界和工程界，無功補償和無功優化都是一個長期研究的課題。目前概率論、內點法、遺傳算法、最優覆蓋法、免疫算法等各種數學優化算法在無功優化研究領域均有應用［1-2］。

由于受變電站建設條件、典型設計、標準物料、經濟費用等因素限制，在工程實踐領域常常需要具體問題具體分析［3-4］。隨著城市的發展，城市中心區110 kV變電站多數采用全電纜出線，充電功率較大。而由于歷史原因，部分城區110 kV變電站未預留電抗器布置條件，造成電壓調整困難。本文以某110 kV變電站擴建工程為例，對其無功配置方案進行研究，以確保技術方案的經濟合理性，滿足電網運行要求。

1 變電站無功補償原則

1.1 變電站無功補償平衡原則

電力系統無功補償應滿足系統各種正常及事故運行方式下電壓水平的需要，原則上應使無功就地分區分電壓基本平衡。

按照國家電網公司電力系統無功補償配置技術

式中：QB為變壓器所需補償的最大容性無功容量，Mvar；Im為安裝無功補償裝置后，通過變壓器需要補償一側的最大負荷電流值，A；Ie為通過變壓器需要補償一側的額定電流值，A；I0為變壓器空載電流百分值，%；Ud為需要進行補償的變壓器一側的阻抗電壓百分值，%；Se為需要進行補償的變壓器一側的額定容量，MVA。

1.2 變電站無功補償分組原則

為保證電壓質量，變電站無功補償分組容量的選擇要求最大單組無功補償裝置投切引起所在母線電壓變化不宜超過電壓額定值的2.5%［6］。原則，對于大量采用10～220 kV電纜線路的城市電網，在新建110 kV及以上電壓等級的變電站時，應根據電纜進、出線情況在相關變電站分散配置適當容量的感性無功補償裝置［5］。

目前工程上對變電站無功平衡一般考慮無功負荷和無功電源兩個因素。

無功負荷，包括變壓器損耗（變壓器負載無功損耗和變壓器空載無功損耗）和變電站無功負荷。無功電源，包括網絡提供的無功功率和線路充電功率。對全電纜出線變電站，應結合具體參數進行計算。其中，變電站補償變壓器損耗的容性無功為

式中：Qfz為電容器（電抗器）單組容量最大值，Mvar；Sd為電容器（電抗器）所接母線的三相短路容量，MVA。

2 變電站擴建無功補償配置工程實踐

2.1 變電站規劃及現狀情況

以某110 kV變電站為例，該變電站為全電纜出線變電站，位于濟南市城區核心區域，為A類供電區。

變電站規劃規模、現狀規模及本期規模如表1所示。

變電站出線規模。變電站位于城市中心區域，110 kV線路均采用電纜，現狀1回出線，至220 kV A變電站，如圖1所示。規劃110 kV出線2回，分別至220 kV A變電站和220 kV B變電站，本期變電站擴建同步建設至220 kV B變電站的1回110 kV電纜線路，如圖2所示。

表1 變電站建設規模表

圖1 110 kV變電現狀接入方案

圖2 110 kV變電規劃接入方案

2.2 目前存在的問題

近年來，由于濟南市區新建線路多為電纜線路，充電功率大，造成負荷低谷時城區電網容性無功過剩，電壓升高。110 kV變電站對側220 kV A變電站情況較為突出，如圖3～5所示，其中圖4～5對應時間為2016-03-05。

圖3 2016年220 kV A站110 kV母線電壓

圖4 220 kV A站全站無功曲線

目前220kV A變電站110kV運行電壓在119 kV左右，個別時段會超過121 kV，如圖3所示。220 kV A變電站容性無功過剩最大值約在42Mvar左右，如圖4所示。110 kV線路倒送至220 kV A變電站容性無功最大值約在7.6Mvar左右，如圖5所示。

圖5 110 kV線路無功曲線（A站側）

220 kV A變電站為1984年投運老站，未規劃安裝電抗器，缺乏調節容性無功過剩手段。

由于110 kV變電站所處電網電纜線路較多、充電功較大、電壓偏高，電容器極少投入運行，如圖6所示。

圖6 2016年110 kV變電站電容器投運情況

2.3 變電站出線線路參數

110 kV變電站至220 kV A變電站現有1回110 kV電纜線路，長約7 km，采用ZC-YJLW02-Z 64/110 1×630 電纜。

110 kV變電站至220 kV B變電站規劃建設1回電纜線路，長約4.2 km，采用 ZC-YJLW 02-Z 64/110 1×800電纜。

110 kV變電站規劃10 kV出線38回，現狀出線14回，本期出線11回。10 kV出線均采用YJV22-8.7/15-3×400電纜，平均每回長度按 3 km計列（對于A+、A、B區域，10 kV供電半徑一般小于 3 km）。電纜充電功率參數如表2、表3所示。

表2 110 kV電力電纜電容參數表

表3 10 kV電力電纜電容參數表

2.4 變電站出線線路充電功率及主變無功損耗

2.4.1 變電站出線線路充電功率

變電站110 kV線路充電功率可由每條線路充電功率累加計算得出。110 kV變電站—220 kV A變電站線路充電功率為5.88Mvar。110 kV變電站—220 kV B變電站線路充電功率為3.58Mvar。

220 kV A變電站未安裝電抗器，220 kV B變電站（計劃2018年投運）一期安裝9×8Mvar電抗器。因此，110 kV變電站安裝電抗可按補償110 kV變電站—220 kV A變電站線路全部充電功率、110 kV變電站—220 kV B變電站線路一半充電功率考慮。

變電站10 kV線路充電功率可同理得出。變電站規劃38回10 kV線路充電功率為1.71 Mvar；變電站現狀及本期25回10 kV線路充電功率為1.125Mvar。

2.4.2 變電站主變無功損耗

110 kV變電站規劃3臺63MVA主變，主變阻抗電壓為17%，主變空載電流為0.1%。110 kV變電站現有1臺63MVA主變，本期擴建1臺63MVA主變，主變阻抗電壓均為17%。

110 kV變電站遠景規劃及本期無功平衡如表4、表5所示。

表4 110 kV變電站遠景規劃無功平衡 Mvar

表5 110 kV變電站本期無功平衡 Mvar

2.5 變電站無功配置調整

2.5.1 變電站無功分組容量分析

變電站無功補償裝置分組原則主要從滿足電壓波動情況考慮，本變電站10 kV母線（3臺主變分列）短路容量為335.41MVA，依據式（2）進行計算，最大單組無功補償裝置應小于8.4Mvar。

2.5.2 變電站無功本期容量配置

變電站現有 1×（2.4+4.8）Mvar電容器，本期再補償4.8Mvar電容器，容量無功配置達到12Mvar。

考慮電抗器標準物料情況 （6Mvar、10Mvar）及最大單組無功補償裝置投切引起所在母線電壓變化不宜超過電壓額定值的2.5%，本期補償電抗器容量為6Mvar。

2.5.3 變電站無功遠景容量配置

變電站3臺主變同時滿載情況較為極端，需要增配容性無功較多，按3臺主變同時重載 （負載率90%）考慮，需要配置容性無功：16.834Mvar。因此，第三臺主變擴建時，再補償4.8Mvar電容器。

變電站預留遠景年再補償6Mvar電抗器的條件。變電站無功補償容量調整如表6所示。

表6 110 kV變電站無功配置 Mvar

3 結語

分析了全電纜出線變電站改擴建無功配置優化方案，并以某110 kV變電站為例，從變電站的地理位置、周邊變電站及負荷、變電站在不同運行階段的負載率情況和出線規模、無功平衡、標準物料等方面對無功補償配置進行了分析研究。提出充分利用電纜線路的充電功率，減少站內電容器補償容量，增補電抗器的無功調整思路。根據無功平衡結果及無功補償裝置分組原則，研究合理的無功配置方案，對同類型的變電站具有重要借鑒意義。

［1］徐茂鑫，張孝順，余濤.遷移蜂群優化算法及其在無功優化中的應用［J］.自動化學報，2017，43（1）：83-93.

［2］王一杰，趙舫，丁穎，等.基于最優覆蓋法的變電站無功補償容量優化配置研究［J］.電力系統保護與控制，2011，39（15）：38-42.

［3］葉斌，葛斐，王莉婭.合肥電網220 kV板橋變電站無功配置分析［J］.安徽電力，2011，28（2）：22-24.

［4］樊菊霞，熊志榮，呂夷，等.永州南500 kV變電站無功補償裝置的選擇及配置［J］.湖南電力，2010，30（5）：4-6.

［5］國家電網公司.電力系統無功補償配置技術原則：Q/GDW212-2015 ［S］.北京：中國電力出版社，2016：5-6.

［6］國網北京經濟技術研究院.電網規劃設計手冊［M］.北京：中國電力出版社，2016.

Practical Analysis for Reactive Power Configuration of 110 kV Substation Expansion w ith A ll Cable Line

ZHENG Zhijie，ZHAO Long，JIA Shanjie，WANG Yan，ZHANGWen
（State Grid Shandong Electric Power Company Economic Research Institute，Jinan 250021，China）

With the development of the city，the eliciting lines of themost of the 110 kV substations in the city center area use cable and produce very large reactive power.However，some urban 110 kV substation was builtwithout foreseeing the necessity of reserving the space for implementation of new reactors，resulting in difficulties in full-fill the requirements on voltage adjustment.Take the extension of an 110 kV substation as an example.In order to compensate the surplus reactive power，a scheme of configuring the reactors in the substation is considered.On the basis of adequate utilization of the reactive power of the lines，the reduction of the size of the compensation capacitors in the station is discussed.Considering the possible future plan，the current situation and the demand of the expansion，a reasonable configuration scheme of reactive power is studied.Through the analysis to the reactive power compensation，amethod on adjusting the reactive power compensation is proposed.This provides valuable guidance to the same type of substations.

reactive power configure；reactive power balance；capacitor；reactor

TM63

：A

：1007－9904（2017）08－0035－04

2017-02-03

鄭志杰（1981），男，高級工程師，從事電力系統規劃與設計工作。