春節(jié)低負荷時期電網(wǎng)無功倒送問題的分析與應(yīng)對

陸丹丹，夏紅光，鐘宇軍，李 程，方嬋暢

（國網(wǎng)浙江省電力公司舟山供電公司，浙江 舟山 316021）

春節(jié)低負荷時期電網(wǎng)無功倒送問題的分析與應(yīng)對

陸丹丹，夏紅光，鐘宇軍，李 程，方嬋暢

（國網(wǎng)浙江省電力公司舟山供電公司，浙江 舟山 316021）

海纜線路的充電功率會對電網(wǎng)無功平衡產(chǎn)生一定的影響，針對2016年春節(jié)低負荷時期舟山電網(wǎng)蓬萊供區(qū)發(fā)生的220 kV側(cè)無功倒送現(xiàn)象，對該供區(qū)無功平衡進行計算分析，闡述無功倒送發(fā)生的原因。對蓬萊供區(qū)2017年無功平衡情況進行計算，針對2017年春節(jié)低負荷時期可能發(fā)生的無功倒送問題，提出無功配置方案的改進建議，通過分析研究，提出了“十三五”期間蓬萊供區(qū)感性無功補償配置方案。

海纜線路；充電功率；無功平衡；感性無功補償

0 引言

浙江舟山地區(qū)具有獨特的海島地理環(huán)境，島嶼之間變電站多使用海底電纜供電。由于海纜具有較大的充電電容，相同長度和電壓等級的海纜比架空線路產(chǎn)生的無功充電功率更大。220 kV蓬萊變電站（以下簡稱蓬萊變）大量采用海纜對周邊島嶼的110 kV變電站供電，產(chǎn)生的充電功率對蓬萊供區(qū)的無功平衡造成了一定的影響。特別是在春節(jié)輕負荷時期，電力負荷水平比較低，更加無法消納海纜線路產(chǎn)生的充電功率，系統(tǒng)電壓普遍偏高，電纜充電功率對全網(wǎng)無功平衡影響尤為突出。根據(jù)舟山調(diào)度數(shù)據(jù)顯示，2016年春節(jié)低谷負荷期間，蓬萊供區(qū)曾發(fā)生主變壓器（以下簡稱主變）低壓側(cè)向220 kV高壓側(cè)倒送無功現(xiàn)象，同時220 kV蓬萊變主變高壓側(cè)功率因數(shù)達到0.99。

根據(jù)SD 325-89《電力系統(tǒng)電壓和無功技術(shù)導則》（試行），220 kV變電站在切除并聯(lián)電容器后，其一次母線功率因數(shù)高于0.98時，應(yīng)設(shè)并聯(lián)電抗器。因此，有必要對2016年春節(jié)期間發(fā)生的無功倒送現(xiàn)象進行分析，同時對2017年春節(jié)低谷期間及“十三五”期間舟山電網(wǎng)蓬萊供區(qū)無功平衡情況進行分析，并提出合理的電網(wǎng)無功補償配置方案。

1 無功平衡計算

1.1 主變損耗

變壓器的無功損耗是電網(wǎng)中主要的無功負荷，一般約占變壓器額定容量的10%～20%，主要包括空載勵磁無功損耗和負荷電流通過漏抗產(chǎn)生的無功損耗。220 kV變電站為三圈變，若以ST1，ST2，ST3表示通過變壓器三側(cè)的功率，忽略變壓器空載有功損耗時，近似計算變壓器的無功損耗QT為：

式中：SN為變壓器額定容量；QZT，QYT分別為變壓器阻抗無功損耗和變壓器勵磁支路無功損耗；Ud1%，Ud2%，Ud3%分別為變壓器高、中、低壓側(cè)繞組阻抗百分數(shù)。

1.2 海纜充電功率計算

海纜的充電功率與海纜型號、電壓等級以及導線截面都有關(guān)系。據(jù)統(tǒng)計，蓬萊供區(qū)主要使用110 kV海纜線路，電纜型號為單芯HYJQ41，導線截面為630 mm2和500 mm2。單位長度海纜線路的充電功率計算公式如下：

式中：QC為海纜充電功率；XC為海纜容性電抗；f為系統(tǒng)頻率；c為海纜計算電容；UC為系統(tǒng)平均電壓，根據(jù)舟山電網(wǎng)蓬萊供區(qū)的實際運行情況，取115 kV。

表1為不同截面的單芯110 kV海纜參數(shù)，根據(jù)式（2）計算得到的單位長度不同導線截面的海纜線路的充電功率見表2。

表1 單芯110 kV海底電力電纜參數(shù)

表2 不同截面110 kV電纜充電功率計算值

2 無功倒送原因分析

目前，蓬萊供區(qū)有220 kV蓬萊變1座，主變?nèi)萘?×180 MVA，220 kV架空出線2回，海纜線路6回（架空線路損耗不作統(tǒng)計），其中導線截面630 mm2海纜線路80.4 km，導線截面500 mm2海纜線路34 km。220 kV蓬萊供區(qū)配置電抗器容量為72 Mvar，詳見表3。

根據(jù)舟山電網(wǎng)電力調(diào)度系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示，2016年春節(jié)低谷時期，蓬萊供區(qū)發(fā)生了無功向主變220 kV側(cè)倒送的現(xiàn)象，首先通過計算分析這一現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。

表3 220 kV蓬萊供區(qū)電抗器配置情況

（1）根據(jù)變電站實際運行情況，2016年春節(jié)低負荷時期，高壓側(cè)負荷為24 MW，主變110 kV和35 kV側(cè)負荷分別16.8 MW和7.2 MW；預(yù)計2016年夏季高峰負荷時期，蓬萊變高壓側(cè)負荷為165 MW，主變110 kV和35 kV側(cè)負荷分別115 MW和49.5 MW。

（2）2016年春節(jié)期間，蓬萊供區(qū)有海纜線路4回，其中導線截面為630 mm2海纜線路66 km，截面為500 mm2海纜線路34 km，計算得到蓬萊供區(qū) 110 kV海纜線路產(chǎn)生的充電功率為80.4 Mvar；2016年4月，蓬萊供區(qū)新增110 kV變電站1座，新增導線截面為630 mm2海纜線路14.4 km，計算得到2016年夏季高峰負荷期間蓬萊供區(qū)110 kV海纜產(chǎn)生的充電功率為92.4 Mvar。

（3）根據(jù)《國家電網(wǎng)公司電力系統(tǒng)電壓質(zhì)量和無功電力管理規(guī)定》，35～220 kV變電站中，在主變最大負荷時，一次側(cè)功率因數(shù)不應(yīng)低于0.95；在低谷負荷時，功率因數(shù)不應(yīng)高于0.95。蓬萊供區(qū)充電功率比較大，根據(jù)實際運行情況，蓬萊變高壓側(cè)功率因數(shù)在高峰和低谷期間都比較高，在0.99左右。在無功平衡時要計入蓬萊變向各110 kV變電站、35 kV側(cè)提供的無功容量，對此在平衡中考慮為：高峰負荷方式，負荷側(cè)（蓬萊變110 kV和35 kV側(cè)）功率因數(shù)取0.95～0.98；低谷負荷方式，功率因數(shù)取0.92～0.95。

計算后，整個蓬萊供區(qū)無功平衡見表4，平衡中忽略了系統(tǒng)的有功損耗及線路無功損耗。

計算表明，在低負荷時期，蓬萊供區(qū)主變110 kV和35 kV側(cè)負荷水平低，負荷所需的無功容量比較低，主變無功損耗也較小，因此無法更多地消納海底電纜產(chǎn)生的容性無功，更易發(fā)生無功倒送現(xiàn)象。2016年春節(jié)低谷負荷時期，蓬萊供區(qū)產(chǎn)生72～74 Mvar的容性無功，蓬萊供區(qū)電抗器配置容量為72 Mvar，因此可能產(chǎn)生1～2 Mvar的無功倒送，計算結(jié)果與舟山電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示的2016年春節(jié)期間蓬萊供區(qū)主變倒送約3 Mvar無功的情況基本吻合；2016年夏季高峰期間，蓬萊供區(qū)新增14.4 km海纜，海纜線路充電功率增大，主變無功損耗也增大，蓬萊供區(qū)產(chǎn)生50～70 Mvar的容性無功，未發(fā)生無功倒送現(xiàn)象。

表4 蓬萊供區(qū)2016年無功平衡Mvar

3 蓬萊供區(qū)無功配置方案

對2017年蓬萊供區(qū)無功平衡情況進行分析，并提出相應(yīng)的無功補償措施，以防止2017年春節(jié)低谷負荷時期無功倒送現(xiàn)象的再次發(fā)生。

2017年春節(jié)低谷期間，蓬萊供區(qū)無新增電網(wǎng)項目投運。預(yù)計2017年春季低谷期間，高壓側(cè)負荷為30 MW，主變110 kV和35 kV側(cè)負荷分別21 MW和9 MW；2017年高峰負荷期間，高壓側(cè)負荷為180 MW，主變110 kV和35 kV側(cè)負荷分別126 MW和54 MW。蓬萊供區(qū)采取無功補償措施后，蓬萊變高壓側(cè)功率因數(shù)控制在0.98，高峰負荷方式110 kV側(cè)、35 kV側(cè)功率因數(shù)取0.95～0.98，低谷負荷方式，功率因數(shù)取0.92～0.95。

2017年春節(jié)低谷時期和夏季高峰時期的無功平衡情況見表5。

2017年高峰負荷時期，蓬萊供區(qū)可能會產(chǎn)生54～77 Mvar的無功；2017年春節(jié)低谷負荷時期，蓬萊供區(qū)可能產(chǎn)生84～87 Mvar的容性無功，根據(jù)目前蓬萊供區(qū)的電抗器配置情況，建議至少還需增加15 Mvar的容量電抗器。

“十三五”末期，蓬萊變將擴建1臺主變，屆時，蓬萊變主變?nèi)萘繛?×180+240 MVA。蓬萊供區(qū)將新增110 kV變電站1個，新增導線截面為500 mm2的海纜線路1回，長度34 km，新增導線截面為630 mm2的海纜2回，長度為8 km，計算得到海纜充電功率為124.1 MVar；預(yù)計2020年夏季高峰期間，高壓側(cè)負荷為250 MW，主變110 kV和35 kV側(cè)負荷分別175 MW和75 MW，2020年春節(jié)低谷負荷為45 MW，主變110 kV和35 kV側(cè)負荷分別31.5 MW和13.5 MW?！笆濉焙笃谂钊R供區(qū)無功平衡情況如表6所示。

表5 蓬萊供區(qū)2017年無功平衡Mvar

表6 蓬萊供區(qū)2020年無功平衡Mvar

計算表明，在2020年高峰負荷時期，蓬萊供區(qū)可能會產(chǎn)生75～106 Mvar的無功；負荷低谷期間，蓬萊供區(qū)可能會產(chǎn)生111～115 Mvar的無功，按照目前蓬萊供區(qū)容量72 Mvar的電抗器配置情況，“十三五”期間，蓬萊供區(qū)至少還需配置43 Mvar容量的電抗器。

4 結(jié)論

對于海纜線路產(chǎn)生的容性無功，一部分可通過線路末端電力負荷來消納，另一部分通過變壓器運行時的無功損耗來消納。但是在輕負荷時期（比如春節(jié)低谷時期），負荷急劇降低，居民負荷占比升高，無功需求減少，導致海纜線路產(chǎn)生的無功無法被消納，且由于變壓器在輕載運行狀態(tài)下，無功損耗也變小，因此在海纜線路產(chǎn)生的充電功率沒辦法被消納的情況下，導致了線路末端電壓升高，從而進一步導致海纜線路充電功率的增大。因此在變電站設(shè)計中，要以節(jié)假日輕負荷時期的數(shù)據(jù)為依據(jù)，充分考慮電纜充電功率的影響，提高感性無功補償裝置配置的準確性。

目前，舟山電網(wǎng)蓬萊供區(qū)已發(fā)生感性無功補償裝置配置不足的問題，到2017年春節(jié)前，蓬萊供區(qū)至少需要增加15 Mvar的電抗器； “十三五”期間，隨著新建變電站的投入，海纜線路進一步增多，海纜充電功率進一步增大，將需配置至少43 Mvar感性無功補償裝置。

[1]趙璞，蔡軾，董丹煌，等.輕負荷時期高壓電纜充電功率對電網(wǎng)無功平衡的影響[J].浙江電力，2013，32（2）∶20-30.

[2]葉斌，葛斐，王莉婭.合肥電網(wǎng)220 kV板橋變電站無功配置分析[J].安徽電力，2011，28（2）∶22-24.

[3]章正國，郁單，徐英，等.大長度高電壓海底電纜的無功補償設(shè)計研究[J].電力電容器與無功補償，2010，31（6）∶32-38.

[4]車仁青，劉凌波，宗占誼，等.電纜線路對 110 kV變電站無功補償設(shè)計計算的影響[J].電力電容器與無功補償，2011，32（1）∶13-15.

[5]季敏劍，周武.基于遺傳算法的無功優(yōu)化配置[J].浙江電力，2015，34（9）∶15-18.

[6]丘文千.電力系統(tǒng)與無功規(guī)劃的綜合優(yōu)化方法[J].浙江電力，2008，27（3）∶1-5.

[7]唐兆希，李萬年.溫州城網(wǎng)無功規(guī)劃及其技術(shù)經(jīng)濟效益分析[J].浙江電力，2005，24（5）∶44-46.

（本文編輯：徐 晗）

Analysis and Treatment of Inverse Reactive Power Feeding of Power Grid in Low-load Period during Spring Festival

LU Dandan，XIA HongGuang，Zhong Yujun，LICheng，F(xiàn)ANG Chanchang
（State Grid Zhoushan Power Supply Company，Zhoushan Zhejiang 316021，China）

∶Charging power of submarine cable has impact on reactive power balance of power grid.On the basis of inverse reactive power feeding from 220 kV side in Penglai power supply area of Zhoushan power grid during low load in Spring Festival of 2016，reactive power balance in the area is calculated and analyzed，and the causes are expounded.Furthermore，reactive power balance in the area is calculated.For the potential inverse reactive power feeding during low load in Spring Festival of 2017，improvement of reactive power configuration scheme is proposed；through analysis and discussion，a configuration scheme for inductive reactive power compensation in Penglai power supply area during"the 13th Five-year Plan".

∶submarine cable；charging power；reactive power balance；inductive reactive power compensation

.201704007

1007-1881（2017）04-0027-04

TM714.3

B

2016-11-24

陸丹丹（1987），女，工程師，主要從事電力規(guī)劃工作。