220kV變電站無功補償容量配置分析

任維銀

摘要： 國家電網(wǎng)在建設220kV變電站的過程中，通過把握無功功率的一些特點，解決系統(tǒng)穩(wěn)定性的一些問題。電力系統(tǒng)的無功補償將會與電壓質量有著密切的關聯(lián)。電力系統(tǒng)的無功電源在任何時期都不能違反分層和分壓的基本策略。在調節(jié)過程中，能夠靈活變通的使用。全局無功優(yōu)化在實際中很難直接實現(xiàn)。為使局部無功優(yōu)化達到理想效果，提出了一種220kV變電站無功補償電源容量的實用計算方法。將主變壓器、預測負荷和線路的無功損耗之和作為補償容量，給出了相應的求解公式，并確定了分組容量。

Abstract： In the process of constructing 220kV substation， the national grid can solve some problems of system stability by grasping some characteristics of reactive power. The reactive power compensation of the power system will be closely related to the voltage quality. Power system reactive power can not violate the basic strategy of stratification and partial pressure at any time. In the adjustment process， it can be used flexibly. Global reactive power optimization is difficult to achieve directly in practice. In order to achieve the desired effect of local reactive power optimization， a practical calculation method of 220kV substation reactive power compensation power capacity is proposed. The sum of the reactive losses of the main transformer， the predicted load and the line is taken as the compensation capacity， and the corresponding solution formula is given and the packet capacity is determined.

關鍵詞： 220kV；變電站；無功補償

Key words： 220kV；substation；reactive power compensation

中圖分類號：TM411+.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）01-0144-02

0 引言

隨著社會的不斷發(fā)展，國民對用電量的需求越來越大，對于無功需求也相應增長，所以我國的配電系統(tǒng)呈現(xiàn)超負荷現(xiàn)狀?；诖?，相關工作人員如何針對配電網(wǎng)進行合理、高效的無功補償是當下保證配電網(wǎng)進行安全運行的前提條件，這與國民能否獲得高效、安全的用電有極大的關系。

1 配電網(wǎng)無功補償裝置與方式

1.1 配電網(wǎng)無功補償配置 配電網(wǎng)無功補償裝置分為主變無功補償裝置和配變無功補償裝置。此外，并聯(lián)電容器組是配電網(wǎng)無功補償配置中的一個重要組成部分，其接線有多種，有三角形、星形、有雙三角形和雙星形之分。在配電網(wǎng)中的功能室產生無功，這就在工作中的平衡體系中彌補了無功的缺額，在實際運用中保持了無功的就地平衡，避免了長遠距離的運輸。配電網(wǎng)無功補償配置的內部結構通?？梢苑譃榉稚⑹降呐潆娋W(wǎng)無功補償配置、密集型的配電網(wǎng)無功補償配置兩種，以上就是配電網(wǎng)無功補償配置的情況。

1.2 配電網(wǎng)無功補償方式 在電網(wǎng)使用的過程中，在變電站的變壓器低壓方向存在著電容器的無功補償，也存在少數(shù)情況電容器的無功補償安裝在高壓母線上。在某些特定情況下，如果無功補償容量在某一點獲得增加，將會造成從該點的電源點所接的串聯(lián)電路和無功潮流都將會變小。這樣來達到我們減少損耗電能的目的，提高用電效率的質量。①變電站集中補償。變電站集中補償是在配電網(wǎng)中進行無功補償?shù)某Ｓ梅绞?，是指在變電站?0kV的母線側面進行集中的補償方式，主要進行補償主變的無功損耗。變電站集中補償裝置包括并聯(lián)電容器和并聯(lián)電抗器。②配變低壓集中補償。在我國當前的壓配電網(wǎng)中，配變低壓集中補償?shù)姆椒ㄊ切袠I(yè)內最常用的一種補償措施，也是公認的最適合現(xiàn)實的補償措施。配變低壓集中補償在配變的380V中進行電路的集中補償，它采用的容器主要是并聯(lián)電容器。其中，它憑借安全、高效的優(yōu)點，實現(xiàn)了電網(wǎng)無功的就地平衡。③線路桿上補償。在我國，線路桿上補償由于易受環(huán)境、氣候、工作量大的一系列的限制，它的適應能力很差，所以在實際情況中采用的并不是很多。在實際施工中，它主要針對線路桿塔進行電容器的安裝，從而達到實現(xiàn)無功補償?shù)哪康?。④用戶終端分散補償。用戶終端分散補償由于安裝時的方便靈活，在實際施工的過程中一般用于工業(yè)負荷用戶。用戶終端分散補償是對于用戶自然功率因數(shù)偏低等情況研發(fā)出來的，所以可以根據(jù)用戶設備的無功功率需求控制投切。

2 配電網(wǎng)無功補償配置優(yōu)化原則

2.1 設定裝設無功補償設備配變的最小容量 在進行配電網(wǎng)無功補償?shù)臅r候，首先要做的就是設定裝設無功補償設備配變的最小容量，因為配變容量和配變供電量都比較大的時候，裝設無功補償裝置就會有降損的空間；但是配變容量和配變供電量都比較小時，縱使裝設了無功補償裝置，也沒有降損的空間，這就導致了投資方無法收回的結果。endprint

2.2 無功分級協(xié)調 在安裝無功補償配置的時候，相關的工作人員一定要從整體中考慮我國配電網(wǎng)無功補償裝置配置，并且一定要根據(jù)各地區(qū)不同的電壓等級變電站、10kV及以下配電網(wǎng)、用戶側等方面，通過配電網(wǎng)無功配置情況的調查和研究，做出準確的判斷和制定相應的計劃。在文章中，筆者參考了三大地區(qū)的配電數(shù)據(jù)，主要由于各個地方不容性無功配置水平差異較大，導致功率因數(shù)差異較大[1]。在設置低壓網(wǎng)無功的就地平衡時，要避免中壓網(wǎng)甚至高壓網(wǎng)為低壓無功負荷提供無功補償，避免大量跨越電壓等級流動，導致網(wǎng)損增加的情況出現(xiàn)。

2.3 劃分好無功管轄地區(qū) 在配電網(wǎng)中，無功管轄地區(qū)一定要參考、遵守就地平衡的首要原則?！熬偷仄胶狻痹趯嶋H施工中，首先要劃分“管理的地區(qū)”。一旦確定了無功補償?shù)摹肮芾淼貐^(qū)”，就相當于確定了無功補償?shù)牡貐^(qū)和每個地區(qū)上無功補償設備的管轄范圍，只有這樣，才能做到各管理單位和相關工作人員在實際施工中分級管理、各司其職的高效工作模式。在我國，100千瓦等以上用電的部門功率因數(shù)不能低于0.85以下，而一些農業(yè)上的用電功率因數(shù)要求在0.85以上，這要求著劃分好無功管轄地區(qū)。

現(xiàn)下，配電網(wǎng)的無功優(yōu)化在實現(xiàn)安全、經(jīng)濟、高效的電力系統(tǒng)中占有重要的作用。對配電網(wǎng)的無功補償配置原則進行分析與探討有利于達到配電網(wǎng)經(jīng)濟安全可靠運行的目的。

3 無功補償電源容量模型與算法

無功補償?shù)挠嬎惴椒ㄓ泻芏喾N，主要是對用戶的要求功率進行補償。大多數(shù)情況下，10千伏用戶要求功率因數(shù)達到1.0。但是由于我國目前的狀況限制了補償?shù)姆绞?，還不能達到經(jīng)濟補償?shù)某潭?。具體情況是，當變電站以最大負荷方式下工作時，變電站需要用戶完全不需要系統(tǒng)提供的無功。當不是處在最大負荷方式下工作時，這時用戶應該合理的調整補償容量，不給系統(tǒng)輸送無用功。如果按照經(jīng)濟補償?shù)脑瓌t來計算，用戶需要高科技的設備以及高水平的操作手段，同時也要付出許多資金?？梢钥吹轿覈冸娬具\行的管理方式和設備都沒達到理想狀態(tài)，所以無功補償設備的操作不能太頻繁，也不能滿足用戶無功自平衡的基本要求，這些任務給電業(yè)部門帶來了巨大的壓力。

根據(jù)我國相關法律規(guī)定，當?shù)靥幵谟秒姼叻迤诘臅r段。用戶的功率因數(shù)應該達到以下要求，一些用于生產的工業(yè)部門和高壓供電應該配備調整電壓的裝置。功率因數(shù)低于0.9以下都視為不合格。其他100千瓦等以上用電的部門功率因數(shù)不能低于0.85以下，而一些農業(yè)上的用電功率因數(shù)要求在0.85以上。

當前投入使用中的大多數(shù)電力系統(tǒng)和用電用戶中，都按照功率因數(shù)為0.9作為補償。這種補償方式和經(jīng)濟原則比較起來，電力系統(tǒng)無功補償容量，則更占有優(yōu)勢。

3.1 計算條件 首先應該確定是哪種類型，才能具有針對性的選擇計算公式正確的計算，要考慮無功負荷的幾大因素。他們分別是頻率、幅值和速率。然后在確定無功變化的頻率為每天達到的次數(shù)。如果幅值較大的話，應該把并聯(lián)電容器作為首要選擇。第一，10伏的負荷功率因數(shù)應該以0.9去計算。第二，按照國家相關的一些規(guī)定，當用戶處在用電高峰期的時段，220千伏變電站主變變高公因數(shù)應該高于0.98。110千伏變電站應該高于0.95。但不是處在用電高峰期的時段，功率因數(shù)應該按照0.95以下計算。

不同位置之間的電壓數(shù)值，也存在很明顯的差別。由于受到許多原因的限制，主變變壓側額定電流如果超過4000安培的話，將會出現(xiàn)損壞。所以主變低壓側最大的負荷容量為某一個值，當超過這一數(shù)值時，將會對供電造成損害。當負載率是最大或者最小的時候，都有獨立的數(shù)值予以對應，在計算的時候一定要找準數(shù)值去計算。變電站與電容器并聯(lián)的補償有以下兩點原因：第一，將主變的無功損害進行補償；第二，一些無用功主要補償在不同電壓處在不同位置的無功缺額。

本著系統(tǒng)無功補償容量充裕的原則，本文將220 kV變電站所需無功補償電源容量定位為對主變壓器、負荷側和線路消耗的無功損耗的全額補償，即

？駐Q=？駐QT+？駐QC+？駐QL（1）

式中，ΔQT為主變壓器無功損耗；ΔQC為負荷的無功損耗；ΔQL為線路的無功損耗。

3.2 主變壓器無功損耗計算

主變壓器無功損耗計算公式為

式中，I0（%）為變壓器空載電流百分比（%）；Ud（%）為需要進行補償?shù)淖儔浩饕粋鹊淖杩闺妷喊俜直龋?）；Im為母線裝設補償裝置后，通過變壓器需要補償一側的最大負荷電流值，kA；In為變壓器需要補償一側的額定電流值，kA；Se為變壓器需要補償一側的額定容量，MV·A。

根據(jù)上述公式，在主變壓器型式確定的情況下，變壓器無功損耗與主變壓器各側實際通過的功率有關，即與主變壓器負荷率、中低側負荷分布等有關[2]。

3.3 負荷無功損耗計算

負荷側的無功損耗計算公式為

？駐QC=Qjs（tan？漬1-tan？漬2）（3）

式中，Qjs為計算有功負荷；？漬1為補償前的功率因數(shù)角；？漬2為補償后的功率因數(shù)角。

3.4 無功缺額的計算方法 當主變?yōu)槌休d最大負荷的情況時，220千伏變電站的變高功率因數(shù)應該按照0.98進行計算。通過變高功率因數(shù)可以把110千伏和10千伏區(qū)別開來。他們分別是0.95和0.9。當主變承載最小負荷的情況時。220千伏變電站的220千伏側和110千伏側的功率因數(shù)就相同了，都是按照0.95計算。而10伏一側的功率因數(shù)依然按照原來的進行計算。

3.5 如何選擇分組容量 分組容量的選擇要按照以下幾個要求。第一，所有安裝的補償設施要引起母線電壓的變動值，這個值一定不能超過額定電壓的2.5%。對負荷調壓變壓器連接的電容器，電壓出現(xiàn)的變動值不能超過某一額定的數(shù)值。第二，為了減輕成本的壓力，盡量增大組件的容量，以便減少分組的數(shù)量。

4 電力系統(tǒng)的無功補償?shù)囊饬x和作用

從近幾年來的發(fā)展形勢上看，人們與電力系統(tǒng)的關系變得更加密切，這給如何合理科學用電提出了挑戰(zhàn)，導致現(xiàn)如今用電方面出現(xiàn)一些問題。無功功率的出現(xiàn)，將人們的用電水平帶入到了一個新的臺階，標志著用電系統(tǒng)取得了重大的突破。通過對無功功率的使用，改變了從前用電系統(tǒng)不平衡的局面，而且無功功率補償可以把一些不平衡的系統(tǒng)糾正過來，為工業(yè)用電和人們生活用電保駕護航。

5 結束語

本文提供了一種220kV變電站無功補償電源容量的實用計算方法，即將變壓器無功損耗、負荷側及線路的無功損耗之和作為補償容量。這種方法解決了全局優(yōu)化中存在的節(jié)點過多、變量過多、數(shù)據(jù)龐大以及難以求解的問題。下一步的研究重點將是在局部無功優(yōu)化過程中建立經(jīng)濟性最優(yōu)模型，在滿足電壓和功率因數(shù)合格的約束條件下求取最優(yōu)配置。

參考文獻：

[1]劉剛.220kV變電站無功補償容量配置分析[J].供配電，2013（08）.

[2]肖中波.電網(wǎng)無功補償?shù)难芯縖J].電子世界，2017（01）：53-54.

[3]杜歡.220kV變電站無功補償容量配置分析[J].廣東輸電與變電技術，2008（04）.endprint