關(guān)于110kV電容器組的容量配置方案

張化良，吳怡敏，尹大千

(西南電力設(shè)計(jì)院，四川 成都 610021)

1 概述

我國第一個(gè)投入商業(yè)運(yùn)行的1000kV特高壓交流試驗(yàn)示范工程，經(jīng)過運(yùn)行實(shí)踐考驗(yàn)，整體表現(xiàn)情況良好。特高壓交流試驗(yàn)示范工程完成試運(yùn)行，標(biāo)志著我國在遠(yuǎn)距離、大容量、低損耗的特高壓核心技術(shù)和設(shè)備國產(chǎn)化上取得了重大突破，是中國乃至世界電力發(fā)展史重要的里程碑，對保障國家能源安全和電力可靠供應(yīng)具有重要意義。中線特高壓工程即將開始擴(kuò)建，通過各專業(yè)的工程總結(jié)，對目前發(fā)現(xiàn)的問題作改進(jìn)和完善，使特高壓工程也逐步走向工程設(shè)計(jì)典型化，設(shè)備配置標(biāo)準(zhǔn)化，建設(shè)更加堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)。110kV并聯(lián)電容器裝置是特高壓變電站的重要組成部分之一，而并聯(lián)電容器裝置的主要部分就是電容器組，本文針對110kV電容器組容量配置進(jìn)行總結(jié)和分析，并提出標(biāo)準(zhǔn)化配置的建議供大家討論和工程設(shè)計(jì)時(shí)選用。

2 特高壓變電站的110kV電容器組

我國第一條1000kV特高壓輸變電工程，起點(diǎn)站和終點(diǎn)站均裝設(shè)有110kV并聯(lián)電容器裝置。這種裝置顯著的特點(diǎn)是：電壓等級高(最高運(yùn)行電壓為126kV)、單組容量大(最高運(yùn)行電壓126kV下，輸出容性無功210Mvar)、回路電流大(在110kV下工作電流1102A)、單臺電容器容量大(超過400kvar)、電容器組的單臺電容器臺數(shù)多(多達(dá)數(shù)百臺，因?yàn)椴煌瑥S家的單臺容量不一樣，兩站電容器總臺數(shù)并不相同)、每相電容器串并聯(lián)數(shù)多(串聯(lián)段超過10個(gè)，不同廠家單臺電容器額定電壓不同、串聯(lián)段數(shù)也不相同)、并聯(lián)臺數(shù)不小于5臺、安裝布置上每相采用兩個(gè)絕緣臺架(又稱為“雙塔”)，單組電容器占地面積大(包括串聯(lián)電抗器在內(nèi)為20m×20m，僅電容器組的安全圍欄約12m×20m)。裝置的標(biāo)稱容量為210Mvar，電抗率配置為5%與12%兩種。通過招標(biāo)選擇的設(shè)備供貨廠家是：起點(diǎn)站為桂林電力電容器有限責(zé)任公司(以下簡稱：桂容公司)，終點(diǎn)站為西安ABB公司電力電容器有限公司(以下簡稱：ABB公司)。兩個(gè)廠家提供的電容器組安裝容量和單臺電容器容量均不相同，但是，都可滿足招標(biāo)文件提出的輸出容量要求。電氣接線方式與保護(hù)方式，按照桂容公司最初提出的方案進(jìn)行調(diào)整后，兩個(gè)廠家方案統(tǒng)一一致：單星形接線，雙橋差保護(hù)方式。但是，單臺電容器參數(shù)(額定電壓、容量)和裝置的安裝容量無法統(tǒng)一，允許兩個(gè)廠家保留各自差別。

2.1 對110kV電容器組的參數(shù)要求

根據(jù)系統(tǒng)專業(yè)提出的容性無功補(bǔ)償容量需求，在母線電壓126kV下，裝置的輸出容量要達(dá)到210Mvar。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，高壓并聯(lián)電容器，對穩(wěn)態(tài)過電壓的規(guī)定，電容器在1.05倍額定電壓下應(yīng)能連續(xù)運(yùn)行。標(biāo)準(zhǔn)定義的輸出容量是：“當(dāng)裝置中電容器組承受的電壓等于電容器組的額定電壓時(shí)，裝置額定輸出容量等于該裝置的額定容量減去配套串聯(lián)電抗器的額定容量”。按照無功補(bǔ)償要求和上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，電容器設(shè)備采購招標(biāo)文件，對兩種電抗率的電容器組，分別提出了電壓和容量參數(shù)要求如下：

額定相電壓：126.32/ kV(72.93kV，K=5%，K為電抗率，下同)

電容器組的其他技術(shù)要求：單臺電容器的額定參數(shù)(額定電壓、額定容量)，每相的并聯(lián)電容器臺數(shù)與串聯(lián)段數(shù)，由于沒有標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)定，考慮到各個(gè)廠家對產(chǎn)品的技術(shù)研制開發(fā)情況不一樣，招標(biāo)文件沒有提出統(tǒng)一的參數(shù)要求，允許各廠家充分發(fā)揮自己的技術(shù)特點(diǎn)和研發(fā)優(yōu)勢，以便為工程提供性能優(yōu)良的設(shè)備。實(shí)際上，中標(biāo)廠家提供的單臺電容器參數(shù)確實(shí)不相同，并由此而產(chǎn)生了電容器組的安裝容量、每相電容器的并串聯(lián)數(shù)都不一樣。中標(biāo)廠家桂容公司和ABB公司產(chǎn)品的簡要技術(shù)數(shù)據(jù)如下：

2.2 桂容公司供貨參數(shù)

2.2.1 K=5%電容器組

單臺電容器額定電壓：6.08kV

單臺電容器容量：464kvar

額定相電壓：72.96kV(要求值72.93kV)

每相并串聯(lián)數(shù)：12并12串

每相電容器臺數(shù)：144臺

電容器組安裝容量：200.5Mvar(要求值200.5Mvar)

2.2.2 K=12%電容器組

單臺電容器額定電壓：6.56kV

單臺電容器容量：501kvar

額定相電壓：78.72kV(要求值78.75kV)

每相并串聯(lián)數(shù)：12并12串

每相電容器臺數(shù)：144臺

電容器組安裝容量：216.4Mvar(要求值216.5Mvar)

2.3 ABB公司供貨參數(shù)

2.3.1 K=5%電容器組

單臺電容器額定電壓：6.63kV

單臺電容器容量：615kvar

額定相電壓：72.93 kV(要求值72.93kV)

每相并串聯(lián)數(shù)：10并11串

每相電容器臺數(shù)：110臺

電容器組安裝容量：202.95Mvar(要求值200.5Mvar)

2.3.2 K=12%電容器組

單臺電容器額定電壓：6.63kV

單臺電容器容量：615kvar

額定相電壓：79.56 kV(要求值78.75kV)

每相并串聯(lián)數(shù)：10并12串

每相電容器臺數(shù)：120臺

電容器組安裝容量：221.4Mvar(要求值216.5Mvar)

3 容量配置分析和建議

3.1 容量配置分析

首先，從兩個(gè)供貨廠家的單臺電容器和電容器組技術(shù)參數(shù)可以看出：為了滿足輸出容量要求，致使兩種電抗率的電容器組，單臺電容器容量與安裝容量均不一樣，兩個(gè)廠家提供了4種安裝容量，其中，桂容公司提供的單臺電容器是兩種規(guī)格，ABB公司單臺電容器是一種規(guī)格，兩個(gè)廠家的產(chǎn)品沒有互換性。這僅僅是兩個(gè)變電站的兩個(gè)供貨廠家，如果是3個(gè)或4個(gè)變電站，由不同廠家供貨，很可能電容器組的安裝容量與單臺電容器容量會有更多規(guī)格。據(jù)了解，中線工程擴(kuò)建，南陽站電容器中標(biāo)廠家，新東北電氣(錦州)電力電容器有限公司(以下簡稱：錦容公司)的電容器組參數(shù)與桂容公司和ABB公司又有區(qū)別，主要參數(shù)如下：

錦容公司參數(shù)

K=5%電容器組

單臺電容器額定電壓：6.07kV

單臺電容器容量：486.1kvar

額定相電壓：72.84kV(要求值72.93kV)

每相并串聯(lián)數(shù)：12并12串

每相電容器臺數(shù)：144臺

電容器組安裝容量：～210Mvar

K=12%電容器組

單臺電容器額定電壓：6.56kV

單臺電容器容量：486.1kvar

額定相電壓：78.72kV(要求值78.75kV)

每相并串聯(lián)數(shù)：12并12串

每相電容器臺數(shù)：144臺

電容器組安裝容量：～210Mvar

其次，分析一下供貨廠家產(chǎn)品技術(shù)特點(diǎn)：桂容公司兩種電抗率的單臺電容器參數(shù)不一樣，不能互換，供貨形式類似國網(wǎng)公司物質(zhì)采購的標(biāo)準(zhǔn)化要求，電壓參數(shù)非常接近招標(biāo)文件的要求值，產(chǎn)品容量得到充分利用。ABB公司單臺電容器為一種規(guī)格，兩種電抗率的單臺電容器可以互換，減少備品種類，方便運(yùn)行更換，這是優(yōu)點(diǎn)，但是，K=12%電容器組的相電壓79.56kV比要求值78.75kV高0.81kV，盡管安裝容量達(dá)到221.4Mvar，實(shí)際輸出容量也只有210Mvar，額定容量沒有得到充分發(fā)揮(容量虧損4.5Mvar，約為總輸出容量的2%)，這是缺點(diǎn)。K=12%電容器組，ABB公司的安裝容量比桂容公司多5 Mvar，相同條件下的輸出容量與桂容公司相等。因此，就這一套設(shè)備而言，ABB公司設(shè)備經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)降低了，兩種電抗率采用一種規(guī)格的單臺電容器，這是無法克服的缺點(diǎn)。

特高壓中線擴(kuò)建工程，對兩種電抗率的電容器組，提出的安裝容量要求是相同的。中標(biāo)廠家，錦容公司提供的單臺電容器參數(shù)，如上面所示，仍然為兩種規(guī)格(額定電壓不一樣，額定容量一樣)。其中，K=5%的電容器組，單臺電容器額定電壓，錦容公司取值6.07kV值得商榷。根據(jù)計(jì)算應(yīng)為6.077kV，四舍五入應(yīng)該取6.08kV，其他兩個(gè)站供貨廠家桂容公司西容公司，均取值6.08kV，一期工程也是取這個(gè)數(shù)值。在母線電壓為126 kV時(shí)，單臺電容器額定電壓為6.08kV時(shí)，每臺電容器的運(yùn)行電壓，接近但不超過1.05倍額定電壓；單臺電容器額定電壓為6.07kV時(shí)，每臺電容器的運(yùn)行電壓，已經(jīng)超過1.05倍額定電壓少許，也就是說“過限制線”了。給人感覺是“摳門”0.01kV，與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定不一致。但是，K=12%的電容器組，單臺電容器額定電壓與其他兩個(gè)站是一樣的，尚不清楚廠家是如何考慮的。

國網(wǎng)公司在輸變電工程典型設(shè)計(jì)和通用設(shè)備規(guī)范中，非常強(qiáng)調(diào)“標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，通用互換，……統(tǒng)一設(shè)備參數(shù)、統(tǒng)一電氣接口……實(shí)現(xiàn)相同運(yùn)行條件下同類設(shè)備之間的通用互換?！?[文4]要求“努力做到可靠性、統(tǒng)一性、通用性、經(jīng)濟(jì)性、先進(jìn)性和靈活性的協(xié)調(diào)統(tǒng)一”。這些標(biāo)準(zhǔn)化工作原則，也適用于特高壓變電站工程建設(shè)。

在變電工程建設(shè)中，電容器組的容量配置，比較常用的做法是，設(shè)計(jì)單位根據(jù)無功電壓調(diào)控需求，提出安裝容量要求，但是，有極少數(shù)設(shè)計(jì)單位，在個(gè)別工程中提出輸出容量要求。電容器廠家需要根據(jù)輸出容量要求條件，計(jì)算安裝容量，設(shè)計(jì)單位還需要確認(rèn)廠家計(jì)算值的正確性。其實(shí)，無功需求值就是一個(gè)范圍，是一個(gè)隨機(jī)變化的數(shù)值，完全沒有必要提出輸出容量，再由廠家配置安裝容量，把問題復(fù)雜化。國網(wǎng)公司在750kV及以下變電站的電容器設(shè)備招標(biāo)時(shí)，對兩種電抗率的電容器組要求的安裝容量是一樣的，這樣對設(shè)備供貨要求清晰、明確，利于貫徹標(biāo)準(zhǔn)化，提高經(jīng)濟(jì)性。

特高壓示范工程，提出的是輸出容量要求，已經(jīng)出現(xiàn)廠家供貨設(shè)備容量不統(tǒng)一，單臺電容器規(guī)格不一致，不能實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化配置。這個(gè)問題如果得不到妥善解決，后續(xù)工程將會出現(xiàn)更多的設(shè)備參數(shù)不一致，這不符合國網(wǎng)公司在工程建設(shè)中大力推行標(biāo)準(zhǔn)化的思想。特高壓變電站的并聯(lián)電容器裝置，要實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，關(guān)鍵是統(tǒng)一單臺電容器參數(shù)，兩種電抗率的電容器組，最好統(tǒng)一安裝容量。

110kV電容器組容量大，單臺電容器數(shù)量多，每相的并串聯(lián)數(shù)也多，從最優(yōu)標(biāo)準(zhǔn)化配置考慮：單臺電容器最好采用容量優(yōu)選系列參數(shù)(容量為整數(shù))；單臺電容器額定電壓參數(shù)，應(yīng)使其組成電容器組后的相電壓值與要求值相等或盡量接近，以便電容器容量得到充分發(fā)揮，如果高于或低于要求值，均不妥(前者造成容量不能充分發(fā)揮，后者超過額定電壓運(yùn)行，吃安全裕度)。

3.2 容量配置建議

特高壓變電站工程經(jīng)過試驗(yàn)示范成功運(yùn)行，后續(xù)工程的電容器組，容量如何配置才能更加合理，需要工程設(shè)計(jì)單位與電容器制造廠協(xié)調(diào)達(dá)成共識，把協(xié)商一致的單臺電容器參數(shù)，作為標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品參數(shù)，這樣，才能達(dá)到減少設(shè)備種類，達(dá)到通用互換。我們提出4個(gè)以安裝容量為基礎(chǔ)的方案，可以滿足不同輸出容量要求，供大家討論和選擇。下面是各方案的主要特點(diǎn)：

3.2.1 方案一

K=5%與K=12%電容器組，單臺電容器參數(shù)選取500kvar一種規(guī)格，安裝容量選取兩種規(guī)格：K=5%時(shí)，安裝容量取216Mvar；K=12%時(shí)取234Mvar。母線電壓為126kV時(shí)，K=5%與K=12%的電容器組，輸出容量都能達(dá)到210Mvar(滿足試驗(yàn)示范工程的輸出容量要求)。電容器產(chǎn)品為一種規(guī)格，額定電壓非常接近需求值，產(chǎn)品容量利用好，單臺電容器容量500kvar，是標(biāo)準(zhǔn)推薦的容量優(yōu)選系列，技術(shù)成熟，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，如果各個(gè)廠家的產(chǎn)品外形尺寸能統(tǒng)一一致，電容器組的安裝尺寸也可以達(dá)到統(tǒng)一，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品完全的通用互換。缺點(diǎn)是K=12%裝置比K=5%裝置多1個(gè)串聯(lián)段，將會使電容器組的絕緣臺架增加一層，裝置高度將會有所增加。

方案一的適用條件是：母線電壓為126kV時(shí)，每組電容器的輸出容量，均要達(dá)到210 Mvar(即試驗(yàn)示范工程要求)。

3.2.2 方案二

K=5%與K=12%電容器組，單臺電容器參數(shù)為兩種規(guī)格，安裝容量為一種規(guī)格。K=5%與K=12%時(shí)，安裝容量均為216Mvar，母線電壓為126kV時(shí)，K=5%與K=12%裝置各1組投入時(shí)，輸出容量平均值可以達(dá)到210 Mvar。單臺電容器參數(shù)為兩種規(guī)格，主要是額定電壓不相同：K=5%時(shí)為6.08kV；K=12%時(shí)為6.56kV，單臺容量均為500kvar。產(chǎn)品額定電壓非常接近需求值，產(chǎn)品容量利用好；500kvar為容量優(yōu)選系列，技術(shù)成熟，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，有利于實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化。

方案二的適用條件是：母線電壓為126kV時(shí)，電容器組輸出容量約為210 Mvar(即國網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化物資采購標(biāo)準(zhǔn)的要求)。

3.2.3 方案三

K=5%與K=12%電容器組，單臺電容器參數(shù)為兩種規(guī)格，安裝容量也為兩種規(guī)格。K=5%時(shí)，安裝容量為216Mvar，K=12%時(shí)為222.9Mvar，母線電壓為126kV時(shí)，K=5%與K=12%裝置的輸出容量都能達(dá)到210 Mvar。單臺電容器參數(shù)為：K=5%時(shí)為6.08kV，500kvar；K=12%時(shí)為6.56kV，516kvar。產(chǎn)品額定電壓非常接近需求值，產(chǎn)品容量利用好；500kvar為容量優(yōu)選系列，技術(shù)成熟，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，516kvar電容器也在工程中多次使用過。

方案三的適用條件是：母線電壓為126kV時(shí)，每組電容器的輸出容量，均要達(dá)到210Mvar(這種嚴(yán)酷的輸出容量要求欠合理)。

3.2.4 方案四

K=5%與K=12%電容器組，單臺電容器參數(shù)為兩種規(guī)格，安裝容量為一種規(guī)格。本方案采用230 Mvar一種安裝容量配置，與國網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化物資采購標(biāo)準(zhǔn)的要求模式一樣(750kV及以下變電站普遍采用)，有利于標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)施，同時(shí)，K=5%與K=12%各1組投入運(yùn)行時(shí)，在120 kV電壓下，輸出容量平均值達(dá)到210 Mvar；單臺電容器參數(shù)為：K=5%時(shí)為6.08kV，532.5kvar；K=12%時(shí)為6.56kV，532.5kvar。產(chǎn)品額定電壓非常接近需求值，產(chǎn)品容量利用好，缺點(diǎn)是，現(xiàn)有的電容器產(chǎn)品，沒有這種規(guī)格，要專門為特高壓變電站而研制新產(chǎn)品。

方案四的適用條件是：母線電壓為120 kV時(shí)，裝置輸出容量為210 Mvar，方案四可供考慮，方案四的可行性稍差。

綜合上述，4種容量配置方案都具有一定的特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)，方案一～方案四均可滿足系統(tǒng)專業(yè)對電容器組輸出容量的不同要求，從標(biāo)準(zhǔn)化配置考慮推薦方案一和方案二。下面將四個(gè)方案的技術(shù)數(shù)據(jù)列入表1供比較。

表1 110kV電容器組推薦方案數(shù)據(jù)比較

注：(1)表中符號的含義如下：

Un為單臺電容器額定電壓，kV；Qn為單臺電容器額定容量，kvar；Un5%、U5%為分別為電抗率為5%的單臺電容器額定電壓與電容器組額定相電壓，kV；Un12%、U12%為分別為電抗率為12%的單臺電容器額定電壓與電容器組額定相電壓，kV；Qn5%、Q5%為分別為電抗率為5%的單臺電容器額定容量與電容器組容量(安裝容量或輸出容量)，Mvar；Qn12%、Q12%為分別為電抗率為12%的單臺電容器額定容量與電容器組容量(安裝容量或輸出容量)，Mvar。

(2)在120 kV與126 kV電壓下，不同電抗率電容器組的輸出容量：

4 結(jié)語

在我國乃至世界電力發(fā)展史上都具有里程碑意義的1000kV特高壓交流試驗(yàn)示范工程建設(shè)，需要全面總結(jié)工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，努力掌握特高壓工程的科學(xué)規(guī)律，提出更加優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備配置，這將有利于加快后續(xù)工程的設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行和各項(xiàng)相關(guān)工作的順利開展，提升我國電網(wǎng)的技術(shù)裝備水平。加強(qiáng)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化，相同運(yùn)行條件下不同廠家同類設(shè)備，應(yīng)增強(qiáng)統(tǒng)一性和通用性，可縮短工程建設(shè)周期，降低設(shè)備和工程整體造價(jià)，提升特高壓技術(shù)裝備水平，為建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，促進(jìn)電力工業(yè)可持續(xù)發(fā)展、推進(jìn)創(chuàng)新型國家建設(shè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的歷史意義。

[1]GB 50227-2008，并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]張化良，黃曉明，李越茂.關(guān)于特高壓變電站低壓側(cè)無功補(bǔ)償裝置[J].電力設(shè)備，2008，(10).

[3]DL/T 840-2003，高壓并聯(lián)電容器使用技術(shù)條件[S].

[4]電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《1000kV變電站110kV電容器組成套裝置技術(shù)規(guī)范》(2010年報(bào)批稿).

[5]《國家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設(shè)備》(2009年版)中國電力出版社.