220kV變電站無功補(bǔ)償容量計(jì)算與分析

陽水財(cái)

摘 要：目前許多變電站普遍存在負(fù)荷過重的狀況，需要加裝無功補(bǔ)償裝置來提高電網(wǎng)輸送能力。本文從電網(wǎng)變壓器產(chǎn)生無功損耗的機(jī)理出發(fā)，對220kV電力變壓器無功功率進(jìn)行了分析和計(jì)算，旨在提高輸電設(shè)備的利用率，降低電力系統(tǒng)設(shè)備的耗損和有功網(wǎng)損，減少能耗和發(fā)電費(fèi)用，供相關(guān)人員參考借鑒。

關(guān)鍵詞：電力變壓器；無功補(bǔ)償裝置；無功損耗；容量計(jì)算

中圖分類號： TM41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）24-246-2

0 引言

變電站要提高電網(wǎng)輸送能力、降低電網(wǎng)的工作損耗，就需要對變電站無功補(bǔ)償容量進(jìn)行計(jì)算，并通過計(jì)算結(jié)果設(shè)置合理的無功補(bǔ)償裝置，從而提高變電站工作效率，保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

1 220kV電力變壓器無功功率分析及計(jì)算

當(dāng)前社會上應(yīng)用的電力變壓器中由內(nèi)部鐵芯中的激磁產(chǎn)生的無功功率（Q1），以及副邊漏磁產(chǎn)生的無功功率（Q2）即變壓器總的無功功率（Q）。

在變壓器輸入輸出電壓穩(wěn)定時(shí)，鐵芯所產(chǎn)生的無功功率等于變壓器的空載試驗(yàn)無功功率：

符號解釋：i0為變壓器激磁電流百分值；SN為變壓器額定容量；Q0為變壓器空載試驗(yàn)時(shí)的無功功率。

式中的Q1是一個(gè)恒定量，與鐵損一樣，與整體變壓器的重量和材料有關(guān)，在兩端電壓不變的條件下。

電力變壓器漏磁產(chǎn)生的無功功率（Q2）與負(fù)荷電流（i）同時(shí)變化，設(shè)定主變高、中、低壓側(cè)繞組的短路電壓分別為：UK1、UK2和UK3，則有：

變壓器手冊或者是制造廠所提供的短路電壓值，均按照折算成與變壓器額定負(fù)載容量相對應(yīng)的值，基于此，三繞組變壓器的等值繞組電抗表示為公式：

符號解釋：SN為變壓器額定容量；VN為額定線電壓。

基于此，三繞組變壓器主變的無功損耗可表示為：

符號解釋：S1為主變高壓側(cè)繞組通過的負(fù)荷容量，S2為主變中壓側(cè)繞組通過負(fù)荷容量，S3為主變低壓側(cè)繞組通過的負(fù)荷容量，單位為MVA；V1為主變高壓側(cè)繞組的計(jì)算電壓，V2為主變中壓側(cè)繞組的計(jì)算電壓，V3為主變低壓側(cè)繞組計(jì)算電壓，單位，kV；XT1為主變高壓側(cè)繞組的電抗值，XT2為主變中壓側(cè)繞組電抗值，XT3為主變低壓側(cè)繞組電抗值，單位，Ω。

在變壓器電壓變化量不考慮的情況下，主變兩側(cè)阻抗電壓折算到一次側(cè)，計(jì)算電壓值取VN，即表示為公式：

符號解釋：β為變壓器負(fù)載率。

由以上公式可得出變壓器的無功損耗的計(jì)算需要得到變壓器空載電流值i0以及短路電壓值UK。變壓器出廠手冊和銘牌上均可查找到變壓器空載電流值i0以及短路電壓值UK。下文描述的表1中介紹的幾種變壓器的無功損耗可以通過計(jì)算得出（表中的KQ是變壓器的電力損耗系數(shù)，即，KQ=Q1+Q2/β·SN）。

2 220kV輸電線路無功損耗

圖1是交流輸電系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。在高壓輸電線路，單位長度的電阻和電抗的比值較小，所以在對輸電線路進(jìn)行輸送能力分析的時(shí)候，電阻值忽略不計(jì)。

由上圖可知：

①當(dāng)P*<1，即P0，線路發(fā)出無功。反之，則線路吸收無功。

②隨著線路變長，吸收和發(fā)出的無功功率也隨著負(fù)荷的變化而變化，因此在進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電時(shí)需要進(jìn)行無功補(bǔ)償。

③當(dāng)輸電距離固定，有功功率與無功功率存在非線性關(guān)系，輸送的有功功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及消耗的無功功率增長得快。

3 計(jì)算算例

某區(qū)域電網(wǎng)中220kV變電站規(guī)劃如圖3所示，本期建設(shè)2臺180MVA主變。擬采用SFSZ10-180000/220型號的變壓器。

①主變無功損耗。當(dāng)運(yùn)行一臺180MVA主變帶，且負(fù)荷為80%時(shí)，三繞組主變無功損耗19.77Mvar；負(fù)荷為45%時(shí)，損耗為5.77Mvar。

②電壓層間無功缺額計(jì)算。主變帶負(fù)荷為80%時(shí)，220kV、110kV和10kV的功率因數(shù)分別按0.95、0.95、0.9計(jì)算，電壓層間無功缺損為：130×SIN（COS-10.95）+50×SIN（COS-10.9）-144×SIN（COS-10.95）=17.4Mvar。

③線路無功損耗。將C站側(cè)負(fù)荷認(rèn)為是60%，線路吸收無功3.4Mvar。

如果同時(shí)運(yùn)行兩臺，當(dāng)主變帶負(fù)荷為80%時(shí)，損耗的無功功率是39.54Mvar，電壓層間無功缺損34.8Mvar。將C站側(cè)負(fù)荷認(rèn)為是60%，線路吸收無功3.4Mvar。則C站無功缺額為77.7Mvar。

4 結(jié)語

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過對220kV變電站電網(wǎng)進(jìn)行無功補(bǔ)償容量計(jì)算，合理安裝無功補(bǔ)償裝置，可以提高電網(wǎng)質(zhì)量，也降低了供電虛高造成的單位電量造價(jià)虛高，同時(shí)減少了電網(wǎng)損失，對于電力系統(tǒng)的運(yùn)行起到了極大的促進(jìn)作用。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 嚴(yán)浩軍.變電站電壓無功綜合控制策略的改進(jìn)[J].電網(wǎng)技術(shù)，1997（10）.

[2] 國海，李詠鹿.無功補(bǔ)償方案的確定及其問題的解決[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2006（11）.