若羌機(jī)場(chǎng)35kV變電站功率因數(shù)低的解決方案

魏喜慧　方偉

摘要：若羌機(jī)場(chǎng)夏季運(yùn)行負(fù)荷低，兩回電源線路一供一備，使得線路的電容效應(yīng)明顯，大量容性無(wú)功倒送，造成功率因數(shù)低于供電公司考核值。本文從現(xiàn)狀情況分析存在的問(wèn)題，尋求解決方案，并通過(guò)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析計(jì)算需增加的感性無(wú)功補(bǔ)償容量，對(duì)兩種補(bǔ)償方式進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、技術(shù)比選，確定最終的解決方案，并對(duì)設(shè)備投切時(shí)引起的電壓波動(dòng)進(jìn)行校核。

關(guān)鍵詞：功率因數(shù)低;電容效應(yīng);感性無(wú)功補(bǔ)償;解決方案

一、概況介紹

若羌機(jī)場(chǎng)35kV變電站主變?nèi)萘?×2.5MVA，電壓等級(jí)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(dǎo)線型號(hào)均為JL/G1A-120/20鋼芯鋁絞線，線路長(zhǎng)度分別為18.4km和37.7km。本站最大負(fù)荷為100-200kw左右，處于低負(fù)荷運(yùn)行。按照規(guī)范要求，35-220kV變電站高峰負(fù)荷時(shí)高壓側(cè)功率因數(shù)應(yīng)不低于0.95，低谷負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)應(yīng)不高于0.95，不低于0.92。按照一般電網(wǎng)的設(shè)計(jì)要求，35kV側(cè)功率因數(shù)按0.95考慮。

二、若羌機(jī)場(chǎng)35kV變供電存在的問(wèn)題

若羌機(jī)場(chǎng)35kV輸變電工程設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有考慮加裝電抗器，該站采用一主一備（熱備）方式運(yùn)行，導(dǎo)致其中1回線一直處于空載狀態(tài)，線路的電容效應(yīng)非常明顯，出現(xiàn)了無(wú)功大量倒送的現(xiàn)象，導(dǎo)致計(jì)量側(cè)功率因數(shù)非常低，通常只有0.15-0.3，遠(yuǎn)低于供電公司的考核標(biāo)準(zhǔn)。

三、問(wèn)題分析并初步提出解決方案

若羌機(jī)場(chǎng)35kV變-奇蘭變以及棗蘭變35kV線路較長(zhǎng)，在工程投運(yùn)初期若羌機(jī)場(chǎng)的生產(chǎn)負(fù)荷還沒(méi)有發(fā)展起來(lái)，同時(shí)供電線路采用一主一備（熱備）方式，導(dǎo)致線路傳送負(fù)荷較小時(shí)會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的長(zhǎng)線路電容效應(yīng)。線路上大量的過(guò)剩容性無(wú)功會(huì)向電源側(cè)倒送，導(dǎo)致功率因數(shù)較低。

為了提高功率因數(shù)，考慮在末端機(jī)場(chǎng)變裝設(shè)一定容量的感性補(bǔ)償裝置，以平衡線路上過(guò)剩的容性無(wú)功來(lái)提高功率因數(shù)。

四、感性無(wú)功補(bǔ)償容量計(jì)算

6月份若羌機(jī)場(chǎng)變主要由棗機(jī)線供電，蘭機(jī)線負(fù)荷側(cè)受電開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，處于熱備狀態(tài)（空載），導(dǎo)線對(duì)地形成無(wú)功電源，無(wú)功反送。從收集的數(shù)據(jù)可知，蘭機(jī)線實(shí)際運(yùn)行充電功率為-285.8kvar，與理論值計(jì)算值-223.76kvar相比較差-62.04kvar，與潮流計(jì)算值-236kvar相比相差-49.8kvar。棗機(jī)線充電功率取值按近三個(gè)月無(wú)功功率平均值為-207.57kvar，與理論計(jì)算值（-46.26kvar）及潮流軟件計(jì)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(zhǎng)，造成線路充電功率較高所致。

根據(jù)負(fù)荷數(shù)據(jù)，當(dāng)有功負(fù)荷為90kW時(shí)，若羌機(jī)場(chǎng)變由棗機(jī)線供電，蘭機(jī)線熱備時(shí)，要使機(jī)場(chǎng)變綜合功率因數(shù)最大，最接近0.85，棗蘭線路上的無(wú)功只能為0kvar，若羌機(jī)場(chǎng)變綜合功率因數(shù)為：

，

需補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功負(fù)荷為Qc=-207.57kvar。

在該運(yùn)行方式下，只有當(dāng)該站有功負(fù)荷增加至461.16kw及以上時(shí)，功率因數(shù)才能滿足大于考核值要求。

當(dāng)若羌機(jī)場(chǎng)變由蘭機(jī)線供電、棗機(jī)線熱備時(shí)，考慮極限情況，蘭機(jī)線經(jīng)補(bǔ)償后線路無(wú)功值為0kvar，若羌機(jī)場(chǎng)變綜合功率因數(shù)為：

不能滿足大于考核值0.95要求。在當(dāng)前運(yùn)行方式下，該站有功負(fù)荷高于334.93kw以上時(shí)，其功率因數(shù)才能滿足考核值要求。

可見(jiàn)，若按照實(shí)際線路充電功率計(jì)算，在目前運(yùn)行方式下，低負(fù)荷水平（小于300kw）時(shí)，無(wú)論采用哪種補(bǔ)償方式，功率因數(shù)均小于0.95。

按照實(shí)際線路充電功率在低壓側(cè)配置一組（200+100kvar）并聯(lián)電抗器。建議機(jī)場(chǎng)變由棗機(jī)線供電時(shí)投入200kvar電抗器;由蘭機(jī)線供電時(shí)投入（200+100kvar）電抗器，以提高機(jī)場(chǎng)變功率因數(shù)。在運(yùn)行時(shí)盡量由蘭機(jī)線側(cè)供電。

通過(guò)以上兩種方法對(duì)比，由于棗機(jī)線容性無(wú)功理論計(jì)算值（-46.26kvar）與實(shí)際值（-207.57Kvar）相差較大，補(bǔ)償容量相差較大，本期電抗器補(bǔ)償容量按照實(shí)際數(shù)值配置1組（100+200）kvar低壓并聯(lián)電抗器。但由于棗蘭線以及蘭機(jī)線充電功率過(guò)高，在目前運(yùn)行方式下導(dǎo)致機(jī)場(chǎng)變?cè)诘拓?fù)荷（小于300kw）時(shí)，補(bǔ)償后功率因數(shù)仍小于0.95，無(wú)法滿足要求。

根據(jù)若羌機(jī)場(chǎng)指揮部意見(jiàn)，為保障機(jī)場(chǎng)供電可靠性，機(jī)場(chǎng)變運(yùn)行方式只能為一主一備（熱備）或通過(guò)雙電源供電，備用線路不能冷備用。因此建議在低負(fù)荷水平時(shí)采用雙電源供電方式，機(jī)場(chǎng)變分列運(yùn)行。

若機(jī)場(chǎng)變按雙電源供電，主變分列運(yùn)行，負(fù)荷均分考慮，每臺(tái)主變帶45kw負(fù)荷，需要補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功負(fù)載為：

根據(jù)以上統(tǒng)計(jì)結(jié)果，若羌機(jī)場(chǎng)變運(yùn)行方式改為雙電源供電、主變分列運(yùn)行后，其綜合功率因數(shù)滿足大于考核值0.95的要求。在負(fù)荷大于580kw時(shí)，機(jī)場(chǎng)變低壓側(cè)電抗器可退出運(yùn)行。

五、補(bǔ)償方式選擇

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，提出2個(gè)方案，方案1配置200+300kvar兩組電抗器;方案2配置500kvar動(dòng)態(tài)SVG無(wú)功無(wú)償裝置，現(xiàn)對(duì)2個(gè)方案從運(yùn)行效果、造價(jià)等方而進(jìn)行比較。

通過(guò)以上性能比較可以看出方案2動(dòng)態(tài)SVG的綜合性能最優(yōu)，將是今后無(wú)功補(bǔ)償發(fā)展方向。但是考慮到業(yè)主資金受限以及若羌機(jī)場(chǎng)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(cè)母線上分別配置200kvar、300kvar兩組并聯(lián)電抗器。機(jī)場(chǎng)變?cè)诘拓?fù)荷時(shí)運(yùn)行方式為棗機(jī)線、蘭機(jī)線同時(shí)供電，主變分列運(yùn)行，并投入并聯(lián)電抗器，即可滿足功率因數(shù)考核值要求。

六、補(bǔ)償裝置投切電壓波動(dòng)校核

低壓電抗器的分組容量應(yīng)滿足：投切一組補(bǔ)償裝置引起所接母線的電壓波動(dòng)值不宜超過(guò)額定電壓的2.5%。即： ，根據(jù)短路計(jì)算結(jié)果，樓蘭機(jī)場(chǎng)10kV側(cè)母線短路容量為29MVA，較大1組電抗器投切，電壓波動(dòng)300/29000=1.03%<2.5%，滿足條件。