110千伏變電站10kV無功補(bǔ)償裝置的選擇

摘 要：每個變電站原則上均應(yīng)配置一定容量的感性無功和容性無功，一般可大致按主變壓器容量的10%～30%估算。具體變電站配置無功補(bǔ)償容量應(yīng)根據(jù)無功規(guī)劃和各地電網(wǎng)的具體情況進(jìn)行計算分析，做出最佳補(bǔ)償容量和配置方案，已達(dá)到電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和節(jié)省電力建設(shè)投資的目的。

關(guān)鍵詞：變電站；小水電；充電功率；無功

對沒有調(diào)相和調(diào)壓計算依據(jù)的變電站進(jìn)行無功補(bǔ)償裝置的選擇及容量計算，一般從無功負(fù)荷和無功電源兩方面考慮。

一、無功負(fù)荷

1、變壓器自身無功功率損耗Q1=[S2×UK%/（Sn2×100）+I0%/100] ×Sn

其中：S 變壓器實際負(fù)載容量；

Sn 變壓器額定容量；

UK% 變壓器阻抗電壓百分比值；

I0% 變壓器空載電流百分比值。

2、變壓器供電無功負(fù)荷Q2=Scos ψ tan ψ

其中： S 變壓器實際負(fù)載容量；

ψ 功率因數(shù)角，取cos ψ =0.9。

3、無功負(fù)荷QA=Q1+Q2

二、無功電源

1、110千伏網(wǎng)絡(luò)提供的無功功率Q3=Stanθ

其中： S 變壓器實際負(fù)載容量；

θ 功率因數(shù)角，取cosθ=0.95。

2、線路的充電功率Q4=單位長度的充電功率×線路長度（一般只計110kV及以上的架空線路和35kV及以上的電纜線路）

其中：送電線路和電纜線路單位長度的充電功率見《電力系統(tǒng)設(shè)計手冊》（電力工業(yè)部電力規(guī)劃設(shè)計總院編，中國電力出版社）和《兩種無功功率補(bǔ)償?shù)挠嬎惴椒ā罚?jì)南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）。

3、同步發(fā)電機(jī)Q5 （對于一般的變電站可不考慮此項）

某些專供小水電上網(wǎng)的變電站，由于通過該站上網(wǎng)的小水電較多，因此會導(dǎo)致變電站無功過剩、10kV母線電壓較高的現(xiàn)象，此時，還應(yīng)根據(jù)具體情況考慮小水電所產(chǎn)生的無功功率Q5=Ssinθ

其中： S 小水電容量；

θ 功率因數(shù)角，取cosθ=0.8。

4、無功電源QB =Q3+Q4+ Q5

三、無功平衡Qr=QB-QA

當(dāng)Qr≈0，表示系統(tǒng)中無功基本平衡；

當(dāng)Qr﹥0，表示系統(tǒng)中無功功率能夠滿足要求且有適量的備用，若數(shù)值較大則說明系統(tǒng)中無功功率過剩，需考慮加設(shè)電抗器補(bǔ)償來維持系統(tǒng)平衡。

當(dāng)Qr﹤0，表示系統(tǒng)中無功功率不足，應(yīng)考慮加設(shè)電容器無功補(bǔ)償裝置。

四、實例計算

某110kV變電站主變?nèi)萘?×40MVA，變壓器阻抗電壓UK%=10.5%；空載電流I0%=0.4%；該站以1回110kV線路接入某220kV變電站，其中單回架空線路長約20km；單回電纜（800 mm2）線路長約0.5km；本站現(xiàn)有10kV電容補(bǔ)償設(shè)備1×（2×4008） kvar。

變電站投產(chǎn)后，原接入35kV變電站的小水電陸續(xù)轉(zhuǎn)由該110kV站上網(wǎng)，小水電容量達(dá)19.89MW，因此造成近幾年該站夏季出現(xiàn)無功過剩、10kV母線電壓普遍較高的現(xiàn)象。

本期擴(kuò)建1臺40MW主變，線路維持原有狀況不變；終期主變?nèi)萘?×40MVA，雙回線路接入該220kV變電站，線路長度與前期一致。要求合理配置無功補(bǔ)償裝置，滿足變電站遠(yuǎn)期規(guī)劃要求，并解決目前站內(nèi)10kV母線電壓普遍較高等問題。

計算分析過程：

首先根據(jù)前面公式計算各項數(shù)據(jù)， 通常取負(fù)載率為90%（重載）、60%（經(jīng)濟(jì)運(yùn)行）和30%（輕載）三種情況分別計算，以計算變壓器在各種極端狀況下的無功負(fù)荷情況。

線路充電功率查表得架空線路單位長度充電功率為0.034Mvar/km；電纜線路單位長度充電功率為0.82Mvar/km。

由于通過該站上網(wǎng)的小水電較多，按功率因數(shù)cosθ=0.8考慮，可算出小水電的無功功率為Q=Ssinθ=19.89×0.6=11.9Mvar，根據(jù)小水電出力的特點(diǎn)，本工程分為夏季和冬季分別考慮該站的無功平衡。其中夏季考慮小水電無功出力，冬季不考慮。計算結(jié)果詳見表1和表2。

根據(jù)夏季平衡結(jié)果可知，由于小水電無功出力較大，導(dǎo)致無功剩余較多，因此除重載情況可根據(jù)實際情況投入電容器組外，其他情況下均不需要電容器無功補(bǔ)償。其中在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行情況下，無功有少量剩余，可以不投入電容器，無功基本保持平衡；而在輕載情況下，由于無功剩余較大，需投入電抗器來保持無功平衡，最高需補(bǔ)償8.9MVar。根據(jù)母線電壓波動范圍不宜超過±2.5%的規(guī)定，單組電抗器容量不能超過6MVar，因此本工程需配置2臺4000kvar電抗器才能滿足要求。

根據(jù)冬季平衡結(jié)果可知，在重載情況下，每臺主變可根據(jù)實際情況投入1臺或2臺電容器；在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行情況下，每臺主變可投入1臺電容器；在輕載情況下，可根據(jù)實際情況選擇投入1臺或不投電容器。由于前期工程已有2臺4008kvar電容器組，因此本期還需配置1臺4008kvar電容器。

根據(jù)平衡結(jié)果可知，遠(yuǎn)期本站3臺主變時，需再增加2臺4008kvar電容器。

綜上所述，建議本期工程新增1臺4008kvar并聯(lián)電容器組和2臺4000kvar并聯(lián)電抗器組，并根據(jù)負(fù)荷及小水電出力情況靈活投切。

通過以上實例計算可以看出，變電站無功補(bǔ)償容量的選擇與該變電站變壓器參數(shù)，線路類型和長度以及其他無功電源均有著密切的關(guān)系，只有根據(jù)變電站所在電網(wǎng)的具體情況才能確定該站所需無功補(bǔ)償裝置的具體類型和容量。

作者簡介：王晶晶，注冊電氣工程師，1982年出生，2004年畢業(yè)于湖南大學(xué)電氣專業(yè)，畢業(yè)后一直在從事變電站系統(tǒng)設(shè)計工作。