引黃工程北干線平魯泵站無(wú)功補(bǔ)償淺析

李 鵬

（山西黃河水文化發(fā)展有限公司，山西 太原 030002）

1 引黃工程北干線簡(jiǎn)介

萬(wàn)家寨引黃工程位于山西省西北部，該工程由總干線、南干線和北干線組成，長(zhǎng)約449 km?？偢删€由萬(wàn)家寨大壩至偏關(guān)縣下土寨分水閘；南干線由下土寨分水閘至寧武縣頭馬營(yíng)；北干線由下土寨分水閘向東和至大同市附近。年設(shè)計(jì)引水總量12億m3，南干線向太原市供水6.4億m3，北干線經(jīng)偏關(guān)、平魯、朔州、山陰、懷仁至大同市附近供水5.6億m3。北干線工程主要包括1座平魯?shù)叵卤谜尽?座調(diào)節(jié)水庫(kù)及3座調(diào)流閥室等。北干線每年10月至次年7月引水期間，平魯泵站運(yùn)行向大梁水庫(kù)蓄水，以解決八九月停止引水期間北干線各供水區(qū)的用水。

2 平魯泵站供電、運(yùn)行方式

2.1 供電方式

平魯泵站年運(yùn)行約7300 h（每年除八九月外，其他時(shí)間基本連續(xù)運(yùn)行）。泵站負(fù)荷包括泵站用電和大梁水庫(kù)用電等。泵站最大用電負(fù)荷約8.8 MW，泵站電源采用雙回線路主備供電，主電源采用引自井坪變電站的110 kV進(jìn)線，線路全長(zhǎng)5.57 km；備用線路為下土寨變電站的下大線，線路全長(zhǎng)47 km；另外引一條10 kV母線作為泵站備用電源。供電系統(tǒng)110 kV側(cè)采用單母線接線方式，10 kV側(cè)采用單母分段接線方式，站內(nèi)安裝2臺(tái)SZ10-8000/110主變壓器。

2.2 機(jī)組運(yùn)行方式

平魯泵站安裝有5臺(tái)單級(jí)雙吸臥式機(jī)組，正常工況3臺(tái)運(yùn)行、2臺(tái)備用，最大負(fù)荷時(shí)考慮同時(shí)運(yùn)行4臺(tái)，1臺(tái)備用。5臺(tái)機(jī)組各配套1臺(tái)變速異步電動(dòng)機(jī)，機(jī)組容量1800 kW，額定功率因素為0.86（滯后），額定電壓10 kV，對(duì)應(yīng)設(shè)置5臺(tái)變頻器裝置用于機(jī)組啟動(dòng)和變速運(yùn)行，轉(zhuǎn)速變化范圍為100%~90%，且機(jī)組也可退出變頻器做定速運(yùn)行，定速運(yùn)行時(shí)無(wú)功補(bǔ)償裝置投入運(yùn)行。

3 平魯泵站無(wú)功補(bǔ)償容量分析

根據(jù)供水需求的變化，北干線機(jī)組運(yùn)行方式會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，考慮4臺(tái)機(jī)組同時(shí)運(yùn)行，其所帶泵機(jī)負(fù)荷的功率因數(shù)按0.85考慮，通過(guò)計(jì)算得出以下兩種方式運(yùn)行時(shí)無(wú)功補(bǔ)償容量為：平魯泵站負(fù)荷由井坪站110 kV線供給（井坪接自鋪上）；平魯泵站負(fù)荷由方城站110 kV線供給（方城經(jīng)下土寨至平魯）。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，平魯泵站10 kV母線電壓達(dá)到10.2 kV時(shí)，以上兩種方式運(yùn)行需裝設(shè)2.6 Mvar并聯(lián)電容器，此時(shí)主變二次側(cè)功率因數(shù)均可達(dá)到0.94以上。按照電網(wǎng)實(shí)際要求，系統(tǒng)側(cè)功率因數(shù)一般需達(dá)到0.97左右，因此需將無(wú)功容量補(bǔ)至3.2 Mvar以上，平魯泵站在兩種不同運(yùn)行方式下功率因素才能滿足電網(wǎng)要求，泵站母線電壓在允許范圍內(nèi)，滿足運(yùn)行要求。

4 平魯泵站無(wú)功補(bǔ)償裝置

平魯泵站無(wú)功補(bǔ)償為SVG（靜止無(wú)功發(fā)生器），設(shè)備型號(hào)為XDVAR-L10/3.2/3.2，型式為鏈?zhǔn)?，額定輸出容量為3200 kvar。SVG無(wú)功補(bǔ)償裝置采用一體化獨(dú)立金屬柜體設(shè)計(jì)，其中包括控制系統(tǒng)、功率單元、電抗器和啟動(dòng)裝置等，各個(gè)功能單元分別裝于一立式封閉金屬柜內(nèi)，并構(gòu)成一個(gè)緊密的整體。SVG裝置經(jīng)高壓電纜接至10 kV母線。成套裝置采用全控型元器件IGBT，系統(tǒng)總電路采用鏈?zhǔn)酱?lián)結(jié)構(gòu)，星型連接，SVG功率電力電子元器件采用直接空冷+強(qiáng)制風(fēng)冷卻方式。

此型號(hào)SVG原理是將自換相橋式電路通過(guò)變壓器或電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當(dāng)調(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值，通過(guò)控制其交流側(cè)電流就可使該電路吸收或發(fā)出滿足要求的無(wú)功電流，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康?。在補(bǔ)償容量足夠的前提下，10 kV母線側(cè)的實(shí)時(shí)功率因素?cái)?shù)值高于0.96，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間不大于10 ms。無(wú)功功率輸出特性為電流源輸出，在系統(tǒng)電壓降低到20%仍能輸出額定無(wú)功電流。

本裝置由4個(gè)功率柜、1個(gè)控制柜、1個(gè)啟動(dòng)柜和連接變壓器組成。

5 無(wú)功補(bǔ)償在平魯泵站中的作用

北干線平魯泵站10 kV母線側(cè)并聯(lián)SVG無(wú)功補(bǔ)償裝置，在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，主要控制目標(biāo)是無(wú)功功率及母線電壓，同時(shí)起到補(bǔ)償諧波的作用。

設(shè)定電壓參數(shù)后，根據(jù)目標(biāo)值調(diào)節(jié)自身的無(wú)功輸出，以滿足線路中恒定電壓的要求；裝置提供恒無(wú)功和負(fù)荷補(bǔ)償兩種方式：當(dāng)系統(tǒng)電壓低于設(shè)定的電壓值后，裝置輸出容性無(wú)功以提升系統(tǒng)電壓。當(dāng)系統(tǒng)電壓高于設(shè)定值，裝置輸出感性無(wú)功以降低系統(tǒng)電壓。

平魯泵站的高壓變頻裝置整流橋的交流側(cè)是諧波電流源，別博電流注入引黃工程供電系統(tǒng)后，會(huì)在系統(tǒng)各處電壓產(chǎn)生諧波分量，有可能與供電系統(tǒng)形成串聯(lián)或并聯(lián)諧振，還可能會(huì)引起更為嚴(yán)重的諧波放大問(wèn)題。而泵站裝設(shè)的無(wú)功補(bǔ)償裝置通過(guò)計(jì)算補(bǔ)償對(duì)象中的諧波和無(wú)功等電流分量，可對(duì)大小和頻率變化的諧波進(jìn)行補(bǔ)償，同時(shí)設(shè)定補(bǔ)償基波無(wú)功和補(bǔ)償諧波的情況下，裝置優(yōu)先補(bǔ)償基波無(wú)功，然后在容量范圍內(nèi)補(bǔ)償相應(yīng)的諧波。

通過(guò)以上方式，SVG裝置動(dòng)態(tài)跟蹤平魯泵站電能質(zhì)量變化，根據(jù)變化情況動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)無(wú)功輸出，保證了泵站的無(wú)功補(bǔ)償和無(wú)功平衡，對(duì)平魯泵站在負(fù)荷變化下的高功率因素、低損耗運(yùn)行，增加110 kV線路有功功率的輸送比例，降低線路損耗，提高經(jīng)濟(jì)效益發(fā)揮了積極作用，同時(shí)該裝置運(yùn)行調(diào)節(jié)特性好，保障了泵站機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性，提高了系統(tǒng)安全性。

目前平魯泵站已投入運(yùn)行，運(yùn)行情況良好，無(wú)功補(bǔ)償設(shè)計(jì)合理，滿足安全可靠運(yùn)行的要求。