某220千伏變電站無功容量計算

張振夫

摘要：變電站在不同運行方式下供帶負荷水平差異較大，無功需求多樣，因此為了保證正常運行時電網電壓水平合格，減少電網運行損耗，新建變電站工程的無功容量配置至關重要。為了加深對于無功容量計算的理解，指導新建變電站工程的設計，本文首先通過理論推導，得到變壓器無功損耗的計算公式，再以某220千伏變電站為例，將其運用在實際工程中

關鍵詞： 直流輸電; 柔性直流; 經濟性; 可靠性;

中圖分類號：TM 761 文獻標識碼：A DOI：10.16081/j.issn.1006-6047.yyyy.mm.xxx

0 引言

合理的無功容量配置對于變電站安全、可靠、經濟運行影響較大。根據可行性研究報告內容深度要求，新建、擴建的輸變電工程中需要論證無功補償容量的配置[1，2]。因此為了合理配置低壓側容性、感性無功補償容量，需要進行在一定負載率及功率因素條件下的無功容量分析計算。本文根據相關國家規程、規范要求，通過理論計算公式推導，得到變壓器無功損耗計算公式，再以某220千伏變電站的新建工程為例，進行無功容量計算、分析，從而有助于加深對于無功容量計算的理解，并運用到實際工作中。

1 無功容量計算原則

目前變電站低壓側常有并聯電容器及并聯電抗器兩種無功補償裝置，其中并聯電容器主要用于補償主變壓器無功損耗，并聯電抗器主要用于補償輸電線路充電功率。無功容量計算的目的即是，通過計算本站供電范圍內，在設計水平年及遠景水平年下，大方式及小方式的無功平衡，從而結合調相調壓計算結果，確定本期及終期的電容器及電抗器容量配置情況。

在通常設計中，無功容量計算所考慮的電網無功電源有：架空線路、電纜（產生充電功率），無功負荷有：變壓器無功損耗，線路無功損耗。其中線路無功損耗由于相對較小，一般忽略。在設計水平年及遠景水平年，大方式及小方式情況下，將本站范圍內線路充電功率減去變壓器無功損耗，得到無功平衡情況，進而得到無功補償容量。

2 變壓器無功損耗計算

1）計算邊界條件

（1）進行空載試驗時，空載電流忽略有功分量，將其完全視作無功分量;

（2）進行短路試驗時，繞組阻抗中電阻遠小于電抗，因此忽略電阻，短路電壓Vs%近似等于Vx%;

（3）在計算負載損耗時，忽略勵磁支路電流，負載損耗近似正比于輸入電流;

（4）變壓器在運行中，假定電壓維持在額定電壓。

2）公式代號意義

I0% 變壓器空載電流占額定電流百分比

Uk% 變壓器阻抗電壓占額定電壓百分比

ΔQT 變壓器無功損耗

ΔQ0 變壓器空載無功損耗

ΔQk 變壓器滿載無功損耗

SC 變壓器計算負荷

Sr 變壓器額定容量

IN 變壓器額定電流

S2 變壓器中壓側計算負荷

S3 變壓器低壓側計算負荷

3 線路及電纜充電功率計算

1）線路及電纜單位長度充電功率

線路及電纜充電功率與運行電壓平方成正比，假定線路運行在額定電壓， 110kV架空線路充電功率為每公里0.034Mvar，雙分裂220kV架空線路充電功率為每公里0.14Mvar。

2）充電功率計算

在進行無功平衡計算中，對于220kV變電站，其220kV線路考慮本站補償一半的充電功率，110kV線路考慮全部由本站補償。

4 某220千伏變電站無功容量計算

1）計算條件

（1）本期主變容量：1×180MVA，終期主變容量3×180MVA;主變參數：U1-2%= 14，U1-3%=24， U2-3%=8，I0%=0.1;

（2）主變220kV側、110kV側功率因數考慮為0.98，不考慮向110kV電網輸送無功;

（3）220kV線路本期2條，總長度89.7公里，遠期線路4條，總長度80公里，均為雙分裂架空導線;110kV線路本期2條，總長度46.4公里，遠期線路9條，總長度90公里，均為單根架空導線;

（4）負荷大方式按照80%負載率考慮，小方式按照30%負載率考慮，負荷全部為110kV側。

2）計算過程

本期線路充電功率為：17+1.6=18.6 Mvar

本期變壓器無功損耗為：

ΔQ=0.18+16.13=16.31Mvar（大方式）

ΔQ=0.18+2.27=2.45 Mvar（小方式）

遠期線路充電功率為：15.2+3.1+18.6=36.9Mvar

遠期變壓器無功損耗為：

ΔQ=3×（0.18+16.13）=48.93Mvar（大方式）

ΔQ=3×（0.18+2.27）=7.35 Mvar（小方式）

3）計算結果

4）結果分析

根據計算結果，本期小方式/大方式下容性無功有16.2/2.3Mvar盈余，遠期小方式下容性無功有29.6Mvar盈余。因此本期有必要上10Mvar電抗器，遠期有必要上30Mvar電抗器。綜合計算結果及調相調壓計算結果，該220kV變電站本期上10Mvar感性無功，24Mvar容性無功，終期每臺主變上10Mvar感性無功，24Mvar容性無功。

5 結論

無功容量計算是變電站新建工程中重要的一個環節，合理配置無功容量對于電網可靠、經濟運行具有重要意義。本文首先明確了計算原則，推導了變壓器無功損耗計算公式，然后以某220千伏變電站為例進行了實際計算，并指導了工程實際工作，確定了最終的無功容量配置方案，這將有助于加深對無功容量計算的了解，服務設計工作。

參考文獻：

[1] 鄭國華. 三繞組變壓器并聯運行經濟性分析[J]. 能源與環境，2004 （1）：50-51.

[2] 夏遠福.三繞組變壓器運行方式損耗計算及經濟性分析[J]. 湖州師范學院學報，2006，28（3）：105-110.