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      110kV變電站無功補(bǔ)償電容器組配置探討

      2016-10-20 08:28:24李國棟
      中國科技縱橫 2016年17期
      關(guān)鍵詞:容性主變功率因數(shù)

      李國棟

      (國網(wǎng)山東濟(jì)南市長清區(qū)供電公司,山東濟(jì)南 250300)

      110kV變電站無功補(bǔ)償電容器組配置探討

      李國棟

      (國網(wǎng)山東濟(jì)南市長清區(qū)供電公司,山東濟(jì)南 250300)

      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(jì)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。

      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(jì)

      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(jì)要點(diǎn),精確就計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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?;诖诉M(jìn)行計(jì)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:

      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?;诖诉M(jìn)行計(jì)算分析:

      (1)負(fù)荷所需補(bǔ)償最大容性無功量:

      (2)主變所需補(bǔ)償容量為:

      (3)總補(bǔ)償容量:

      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??偨Y(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。

      [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(jì)[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.

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