500 kV 崗市變無功功率下網(wǎng)問題研究

咼虎，李晨坤

(國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南 長沙410007)

500 kV 崗市變位于常德市區(qū)西北部，現(xiàn)有變電容量2 ×500 MVA。目前崗市變500 kV 出線有5回，分別是至石門電廠1 回，至五強(qiáng)溪1 回，至葛洲壩換流站1 回，至艾家沖1 回和至復(fù)興1 回。220 kV 出線有10 回，分別是至石門電廠2 回，至鐵山2 回，至零陽2 回，至浮橋2 回，至明山1 回和至創(chuàng)元1 回。運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)崗市變下網(wǎng)無功功率較大，一方面增加了主網(wǎng)網(wǎng)損，不利于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行;另一方面限制了主變有功功率的控制限額:當(dāng)崗市2臺主變下網(wǎng)無功功率之和≥350 Mvar 時，崗市、復(fù)興3 臺主變下網(wǎng)控制功率之和從1 100 MW 下降至900 MW，崗市2 臺主變下網(wǎng)控制功率之和從650 MW 降至450 MW〔1〕。為做好地區(qū)無功功率平衡，降低無功功率下網(wǎng)較大對主變輸送能力的抑制，有必要對崗市變無功功率下網(wǎng)問題進(jìn)行分析研究。

1 運(yùn)行現(xiàn)狀

截止2012 年底，常德地區(qū)擁有發(fā)電裝機(jī)2 647.9 MW，其中火電1 930.8 MW，水電717.1 MW。500 kV 變電站1 座，變電容量1 000 MVA;220 kV 變電站9 座(不含創(chuàng)元)，變電容量2 400 MVA。500 kV 線路5 條，長度494.057 km;220 kV 線路29條，長度988.072 km。常德地區(qū)220 kV 及以上電網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示。2012 年常德電網(wǎng)不含創(chuàng)元的最大負(fù)荷為1 396.48 MW，最小負(fù)荷為322.05 MW?！?，3〕

500 kV 崗市變無功補(bǔ)償情況如下:1)高壓并聯(lián)電抗器270 Mvar，其中崗市—艾家沖線路崗市側(cè)裝有1 ×150 Mvar，崗市—復(fù)興線路崗市側(cè)裝有1×120 Mvar;2)中壓并聯(lián)電抗器120 Mvar，裝于崗市變220 kV 母線;3)低壓并聯(lián)電抗器240 Mvar，其中#1 主變35 kV 側(cè)裝有2 ×20 +2 ×40 (Mvar)，#2 主變35 kV 側(cè)裝有3 ×40 Mvar;4)未裝設(shè)低壓并聯(lián)電容器。常德地區(qū)220 kV 主變低壓側(cè)并聯(lián)電容器共計49 組，總?cè)萘?36 Mvar;低壓側(cè)并聯(lián)電抗器共計7 組，總?cè)萘?0 Mvar〔2〕。

創(chuàng)元鋁業(yè)為大型電解鋁企業(yè)，位于常德市桃源縣，分2 期建成。一期安裝有載調(diào)壓整流變壓器4臺，每臺容量82.715 MVA，配置了4 ×15 Mvar 的并聯(lián)電容器，但由于設(shè)備原因目前很少投入使用;2 期安裝有載調(diào)壓整流變壓器5 臺，每臺容量117.543 MVA，未配置無功補(bǔ)償設(shè)備。創(chuàng)元鋁業(yè)的電解負(fù)荷基本穩(wěn)定在有功功率約510 MW，無功功率約230 Mvar。創(chuàng)元鋁業(yè)一方面通過鐵山—創(chuàng)元雙回線路和崗市—創(chuàng)元線路與主網(wǎng)相連，另一方面還有2×300 MW 的自備火電廠，廠用電負(fù)荷約30 MW左右。圖2 為創(chuàng)元鋁業(yè)的系統(tǒng)一次主接線示意圖。

對2012 年和2013 年不同時間的運(yùn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，得到500 kV 崗市變的下網(wǎng)功率及分布數(shù)據(jù)見表1 所示。

表1 500 kV 崗市變下網(wǎng)功率及分布MW+Mvar

從表1 可知，500 kV 崗市變下網(wǎng)的無功功率大部分通過崗市—鐵山、鐵山—創(chuàng)元線路送往創(chuàng)元。創(chuàng)元電廠全停時創(chuàng)元從系統(tǒng)吸收的無功約230 Mvar;創(chuàng)元電廠滿發(fā)時由于電廠發(fā)出的無功不同，創(chuàng)元鋁業(yè)從系統(tǒng)吸收的無功大約從120 Mvar 至200 Mvar。

2 方案分析

根據(jù)文獻(xiàn)〔4〕 “電力用戶應(yīng)根據(jù)其負(fù)荷性質(zhì)采用適當(dāng)?shù)臒o功補(bǔ)償方式和容量，在任何情況下，不應(yīng)向電網(wǎng)倒送無功電力，保證在電網(wǎng)負(fù)荷高峰時不從電網(wǎng)吸收大量無功電力”的要求，為解決崗市變下網(wǎng)無功功率較大的問題，擬定以下3 種無功功率補(bǔ)償方案:

1)在創(chuàng)元鋁業(yè)加裝無功補(bǔ)償設(shè)備，使創(chuàng)元電廠不與系統(tǒng)發(fā)生無功交換。

2)增加創(chuàng)元電廠機(jī)組無功出力，使創(chuàng)元電廠不與系統(tǒng)發(fā)生無功交換。

3)在崗市變加裝無功補(bǔ)償設(shè)備，無功補(bǔ)償容量與方案一相同。

2.1 潮流分析

以2012 年冬大方式為例，對3 種無功功率補(bǔ)償方案進(jìn)行潮流分析。補(bǔ)償前的系統(tǒng)條件如下:創(chuàng)元鋁業(yè)的負(fù)荷為496 MW、231 Mvar，220 kV 母線通過鐵創(chuàng)雙回與電網(wǎng)相連，崗創(chuàng)線備用;創(chuàng)元電廠2 臺機(jī)組滿發(fā)(功率因數(shù)0.97)，經(jīng)過升壓變后提供給創(chuàng)元鋁業(yè)的無功功率為70 Mvar;創(chuàng)元鋁業(yè)未投入無功補(bǔ)償設(shè)備，從系統(tǒng)吸收161 Mvar 的無功功率，此時崗市變下網(wǎng)無功功率為301 Mvar;創(chuàng)元鋁業(yè)220 kV 母線電壓為225 kV，崗市500 kV 母線和220 kV 母線電壓分別為528 kV，229 kV。

1)在創(chuàng)元鋁業(yè)加裝150 Mvar 的容性無功補(bǔ)償設(shè)備，而創(chuàng)元電廠2 臺機(jī)組保持功率因數(shù)0.97 運(yùn)行，則創(chuàng)元鋁業(yè)從系統(tǒng)吸收的無功功率減少至5 Mvar，此時崗市變下網(wǎng)無功為218 Mvar，比補(bǔ)償前下降83 Mvar;創(chuàng)元鋁業(yè)220 kV 母線電壓為232 kV比補(bǔ)償前上升7 kV，崗市500 kV 母線和220 kV 母線電壓分別為530 kV，232 kV 比補(bǔ)償前分別上升2 kV，3 kV。

2)增加創(chuàng)元電廠無功功率出力，將創(chuàng)元電廠2 臺機(jī)滿發(fā)時的功率因數(shù)從0.97 降至0.89，使電廠經(jīng)過升壓變后提供給創(chuàng)元鋁業(yè)的無功功率達(dá)到217 Mvar，則創(chuàng)元鋁業(yè)從系統(tǒng)吸收的無功功率減少至14 Mvar，此時崗市變下網(wǎng)無功為222 Mvar，比補(bǔ)償前下降79 Mvar;創(chuàng)元鋁業(yè)220 kV 母線電壓為232 kV，比補(bǔ)償前上升7 kV，崗市500 kV 母線和220 kV 母線電壓分別為530 kV，232 kV，比補(bǔ)償前分別上升2 kV，3 kV。

3)在崗市變加裝150 Mvar 的容性無功補(bǔ)償設(shè)備，則崗市變下網(wǎng)無功降至227 Mvar，比補(bǔ)償前下降74 Mvar。此時創(chuàng)元鋁業(yè)仍從系統(tǒng)吸收159 Mvar的無功功率。創(chuàng)元鋁業(yè)220 kV 母線電壓為229 kV比補(bǔ)償前上升4 kV，崗市500 kV 母線和220 kV 母線電壓分別為530 kV，232 kV 比補(bǔ)償前分別上升2 kV，3 kV。

冬大方式下3 種方案的潮流計算結(jié)果對比見表2 所示。

表2 3 種無功補(bǔ)償方案的潮流計算結(jié)果對比

對比3 種方案的潮流計算結(jié)果可知，方案1(在創(chuàng)元鋁業(yè)加裝無功補(bǔ)償設(shè)備)和方案2 (增加創(chuàng)元電廠機(jī)組無功功率出力)均能明顯減少創(chuàng)元鋁業(yè)從系統(tǒng)吸收的無功功率，從而降低500 kV 崗市變下網(wǎng)的無功功率。方案3 (在崗市變加裝無功補(bǔ)償設(shè)備)雖然降低了崗市變下網(wǎng)的無功功率，但是大量無功功率仍然通過崗市—鐵山—創(chuàng)元線路被創(chuàng)元鋁業(yè)吸收。

2.2 網(wǎng)損分析

在冬大方式下，3 種無功補(bǔ)償方案補(bǔ)償前后全網(wǎng)網(wǎng)損計算結(jié)果見表3 所示。

表3 補(bǔ)償前后網(wǎng)損計算結(jié)果 MW

從網(wǎng)損計算結(jié)果可知，方案1 (在創(chuàng)元鋁業(yè)加裝無功補(bǔ)償設(shè)備)和方案2 (增加創(chuàng)元電廠機(jī)組無功功率出力)由于減少崗市下網(wǎng)無功功率的同時也減少了大量無功功率通過線路輸送到創(chuàng)元鋁業(yè)，因此網(wǎng)損水平基本相同，均比補(bǔ)償前要小;方案3(在崗市變加裝無功補(bǔ)償設(shè)備)雖然減小了崗市下網(wǎng)的無功功率，但是仍有大量無功功率通過線路送往創(chuàng)元，因此網(wǎng)損水平雖比補(bǔ)償前低，但比方案1和方案2 要高。

2.3 暫態(tài)穩(wěn)定分析

在冬大方式下，3 種方案補(bǔ)償前后對常益張地區(qū)500 kV 線路、主變和220 kV 線路進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定計算，結(jié)果表明:

1)常益張地區(qū)500 kV 線路發(fā)生三相故障，3種方案補(bǔ)償前后電網(wǎng)均能保持穩(wěn)定。

2)崗市變、復(fù)興變的高壓側(cè)、中壓側(cè)發(fā)生三相故障，3 種方案補(bǔ)償前后電網(wǎng)均能保持穩(wěn)定。

3)常益張地區(qū)220 kV 線路發(fā)生三相故障，3種方案補(bǔ)償前后暫穩(wěn)計算結(jié)果沒有明顯變化。

從暫態(tài)穩(wěn)定分析的結(jié)果可知，3 種無功功率補(bǔ)償方案對常益張地區(qū)電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定水平均沒有明顯影響。

3 結(jié)論

潮流、網(wǎng)損和暫態(tài)穩(wěn)定的對比計算分析結(jié)果表明:方案1 (在創(chuàng)元鋁業(yè)加裝無功補(bǔ)償設(shè)備)和方案2 (增加創(chuàng)元電廠機(jī)組無功功率出力)均能夠有效減少創(chuàng)元鋁業(yè)從系統(tǒng)吸收無功功率，從而降低崗市變下網(wǎng)的無功功率，同時沒有降低系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性;方案3 (在崗市變加裝無功補(bǔ)償設(shè)備)雖然也能降低崗市變下網(wǎng)的無功功率，但是較方案1 和方案2 效果要略差，網(wǎng)損水平也高之。

當(dāng)創(chuàng)元電廠發(fā)生故障或停電檢修時，方案2 所受影響要比方案1 大。因此，為解決崗市變無功下網(wǎng)較大的問題，建議采用方案1，即在創(chuàng)元鋁業(yè)加裝無功補(bǔ)償設(shè)備。無功補(bǔ)償設(shè)備的容量與創(chuàng)元電廠的運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)，若考慮創(chuàng)元電廠2 臺機(jī)組的功率因數(shù)均保持在0.97，創(chuàng)元鋁業(yè)基本不與系統(tǒng)發(fā)生無功交換，則需要裝設(shè)的無功補(bǔ)償設(shè)備容量約為160 Mvar;若考慮創(chuàng)元電廠全停，創(chuàng)元鋁業(yè)基本不與系統(tǒng)發(fā)生無功交換，則需要裝設(shè)的無功補(bǔ)償設(shè)備容量約為230 Mvar。

〔1〕國家電網(wǎng)公司華中分部. 華中主網(wǎng)2012 年冬季穩(wěn)定規(guī)定〔S〕. 2012.

〔2〕湖南省電力公司. 2013 年度湖南電網(wǎng)運(yùn)行方式(強(qiáng)電部分)〔R〕. 2012.

〔3〕湖南電力公司常德電業(yè)局. 2013 年度常德電網(wǎng)運(yùn)行方式〔R〕. 2013.

〔4〕國家電網(wǎng)公司. Q/GDW 212—2008 電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償配置技術(shù)原則〔S〕. 北京:中國電力出版社，2008.