若羌機場35kV變電站功率因數低的解決方案

魏喜慧　方偉

摘要：若羌機場夏季運行負荷低，兩回電源線路一供一備，使得線路的電容效應明顯，大量容性無功倒送，造成功率因數低于供電公司考核值。本文從現狀情況分析存在的問題，尋求解決方案，并通過運行數據分析計算需增加的感性無功補償容量，對兩種補償方式進行經濟、技術比選，確定最終的解決方案，并對設備投切時引起的電壓波動進行校核。

關鍵詞：功率因數低;電容效應;感性無功補償;解決方案

一、概況介紹

若羌機場35kV變電站主變容量2×2.5MVA，電壓等級35±2×2.5%/10.5kV，有2回電源線路，分別至110kV棗園變和奇蘭變，導線型號均為JL/G1A-120/20鋼芯鋁絞線，線路長度分別為18.4km和37.7km。本站最大負荷為100-200kw左右，處于低負荷運行。按照規范要求，35-220kV變電站高峰負荷時高壓側功率因數應不低于0.95，低谷負荷時功率因數應不高于0.95，不低于0.92。按照一般電網的設計要求，35kV側功率因數按0.95考慮。

二、若羌機場35kV變供電存在的問題

若羌機場35kV輸變電工程設計時沒有考慮加裝電抗器，該站采用一主一備（熱備）方式運行，導致其中1回線一直處于空載狀態，線路的電容效應非常明顯，出現了無功大量倒送的現象，導致計量側功率因數非常低，通常只有0.15-0.3，遠低于供電公司的考核標準。

三、問題分析并初步提出解決方案

若羌機場35kV變-奇蘭變以及棗蘭變35kV線路較長，在工程投運初期若羌機場的生產負荷還沒有發展起來，同時供電線路采用一主一備（熱備）方式，導致線路傳送負荷較小時會產生較為嚴重的長線路電容效應。線路上大量的過剩容性無功會向電源側倒送，導致功率因數較低。

為了提高功率因數，考慮在末端機場變裝設一定容量的感性補償裝置，以平衡線路上過剩的容性無功來提高功率因數。

四、感性無功補償容量計算

6月份若羌機場變主要由棗機線供電，蘭機線負荷側受電開關斷開，處于熱備狀態（空載），導線對地形成無功電源，無功反送。從收集的數據可知，蘭機線實際運行充電功率為-285.8kvar，與理論值計算值-223.76kvar相比較差-62.04kvar，與潮流計算值-236kvar相比相差-49.8kvar。棗機線充電功率取值按近三個月無功功率平均值為-207.57kvar，與理論計算值（-46.26kvar）及潮流軟件計算值（-62kvar）相比差值較大，形成原因可能是低壓配電電纜線路較長，造成線路充電功率較高所致。

根據負荷數據，當有功負荷為90kW時，若羌機場變由棗機線供電，蘭機線熱備時，要使機場變綜合功率因數最大，最接近0.85，棗蘭線路上的無功只能為0kvar，若羌機場變綜合功率因數為：

，

需補償的無功負荷為Qc=-207.57kvar。

在該運行方式下，只有當該站有功負荷增加至461.16kw及以上時，功率因數才能滿足大于考核值要求。

當若羌機場變由蘭機線供電、棗機線熱備時，考慮極限情況，蘭機線經補償后線路無功值為0kvar，若羌機場變綜合功率因數為：

不能滿足大于考核值0.95要求。在當前運行方式下，該站有功負荷高于334.93kw以上時，其功率因數才能滿足考核值要求。

可見，若按照實際線路充電功率計算，在目前運行方式下，低負荷水平（小于300kw）時，無論采用哪種補償方式，功率因數均小于0.95。

按照實際線路充電功率在低壓側配置一組（200+100kvar）并聯電抗器。建議機場變由棗機線供電時投入200kvar電抗器;由蘭機線供電時投入（200+100kvar）電抗器，以提高機場變功率因數。在運行時盡量由蘭機線側供電。

通過以上兩種方法對比，由于棗機線容性無功理論計算值（-46.26kvar）與實際值（-207.57Kvar）相差較大，補償容量相差較大，本期電抗器補償容量按照實際數值配置1組（100+200）kvar低壓并聯電抗器。但由于棗蘭線以及蘭機線充電功率過高，在目前運行方式下導致機場變在低負荷（小于300kw）時，補償后功率因數仍小于0.95，無法滿足要求。

根據若羌機場指揮部意見，為保障機場供電可靠性，機場變運行方式只能為一主一備（熱備）或通過雙電源供電，備用線路不能冷備用。因此建議在低負荷水平時采用雙電源供電方式，機場變分列運行。

若機場變按雙電源供電，主變分列運行，負荷均分考慮，每臺主變帶45kw負荷，需要補償的無功負載為：

根據以上統計結果，若羌機場變運行方式改為雙電源供電、主變分列運行后，其綜合功率因數滿足大于考核值0.95的要求。在負荷大于580kw時，機場變低壓側電抗器可退出運行。

五、補償方式選擇

根據上述計算結果，提出2個方案，方案1配置200+300kvar兩組電抗器;方案2配置500kvar動態SVG無功無償裝置，現對2個方案從運行效果、造價等方而進行比較。

通過以上性能比較可以看出方案2動態SVG的綜合性能最優，將是今后無功補償發展方向。但是考慮到業主資金受限以及若羌機場變前期已配置電容器，將造成資源閑置。因此本期采用方案1，在低壓側母線上分別配置200kvar、300kvar兩組并聯電抗器。機場變在低負荷時運行方式為棗機線、蘭機線同時供電，主變分列運行，并投入并聯電抗器，即可滿足功率因數考核值要求。

六、補償裝置投切電壓波動校核

低壓電抗器的分組容量應滿足：投切一組補償裝置引起所接母線的電壓波動值不宜超過額定電壓的2.5%。即： ，根據短路計算結果，樓蘭機場10kV側母線短路容量為29MVA，較大1組電抗器投切，電壓波動300/29000=1.03%<2.5%，滿足條件。