220kV變電站無(wú)功補(bǔ)償容量配置研究

袁明陽(yáng)

摘 要：220 kV某變電站進(jìn)行主變?cè)鋈莞脑鞎r(shí)，對(duì)遠(yuǎn)期進(jìn)行潮流計(jì)算分析，確定無(wú)功補(bǔ)償容量。并在變電站該期方案確定的基礎(chǔ)上，對(duì)遠(yuǎn)期提出兩種無(wú)功補(bǔ)償容量的配置方案。通過(guò)對(duì)補(bǔ)償裝置投切時(shí)的電壓波動(dòng)與無(wú)功補(bǔ)償容量進(jìn)行理論分析，并運(yùn)用仿真進(jìn)行驗(yàn)證，合理選擇出最優(yōu)的無(wú)功補(bǔ)償方案。

關(guān)鍵詞：無(wú)功補(bǔ)償 配置方案 電壓波動(dòng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM711 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）06（a）-0035-03

系統(tǒng)由于負(fù)荷增長(zhǎng)而新建變電站或主變?cè)鋈莞脑鞎r(shí)，應(yīng)合理確定無(wú)功補(bǔ)償容量。根據(jù)規(guī)程要求，無(wú)功補(bǔ)償容量[1]配置應(yīng)該滿(mǎn)足電網(wǎng)無(wú)功功率分層分區(qū)平衡，盡量減少線路上的無(wú)功交換，滿(mǎn)足降損調(diào)壓的需要[2]。無(wú)功平衡是保證電壓穩(wěn)定的基本條件，無(wú)功不足會(huì)引起電壓偏低，反之會(huì)使得電壓偏高[3]，而保證變電站的無(wú)功平衡和抑制電壓波動(dòng)則必須依靠無(wú)功補(bǔ)償裝置。

該文以江蘇某220 kV變電站為例，在該期補(bǔ)償方案確定的基礎(chǔ)上，分析遠(yuǎn)期的無(wú)功缺額。綜合考慮過(guò)電壓和諧波情況，合理選擇遠(yuǎn)期方案，使得功率因數(shù)和電壓波動(dòng)符合規(guī)程要求。

1 電壓波動(dòng)對(duì)無(wú)功功率的影響

對(duì)于一個(gè)具體的電力網(wǎng)絡(luò)而言，已知線路首端電壓為和首端功率為，則首端到末端電壓降落的計(jì)算公式為。其中，，。在通常情況下，可以忽略電壓降的恒分量，即認(rèn)為，則 。

又考慮到在高壓電力網(wǎng)中，一般XR，為了便于分析，令R=0。則電壓降落為。當(dāng)系統(tǒng)無(wú)功缺失時(shí)，通常采用并聯(lián)電容器或電抗器來(lái)提高功率因數(shù)。

當(dāng)R=0時(shí)，則補(bǔ)償前線路末端電壓為。若投入一容量為Qc的電容器時(shí)，則此時(shí)末端電壓為。因此，投入電容器前后電壓變化為）。又由于補(bǔ)償前后首端電壓波動(dòng)一般不大，所以。因此，電壓變化為，電壓波動(dòng)率為。因此，當(dāng)投入容量越大時(shí)，電壓波動(dòng)也越大；容量過(guò)小時(shí)，補(bǔ)償設(shè)備投入臺(tái)數(shù)就增多，占地面積增大。因此，選擇一個(gè)合適的配置方案對(duì)主變的增容改造至關(guān)重要。

2 并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償方案

根據(jù)江蘇省電網(wǎng)規(guī)劃方案，提出在220 kV一線路開(kāi)斷環(huán)入某變電站，另外新建1回線路。現(xiàn)已確定該期補(bǔ)償配置方案，還有待解決的是遠(yuǎn)期的補(bǔ)償配置方案。下面結(jié)合該220 kV輸變電站的該期規(guī)模，通過(guò)理論與仿真兩個(gè)方面進(jìn)行研究分析，綜合考慮過(guò)電壓與諧波問(wèn)題，合理選擇遠(yuǎn)期的配置方案，使得各側(cè)的功率因數(shù)和電壓波動(dòng)符合規(guī)程要求。

根據(jù)相關(guān)規(guī)程要求，新建變電站和主變壓器增容改造時(shí)，應(yīng)合理確定無(wú)功補(bǔ)償裝置容量，以保證35～220 kV變電站在主變壓器最大負(fù)荷時(shí)，其高壓側(cè)功率因數(shù)應(yīng)不低于0.95；在低谷負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)不應(yīng)高于0.95，且不應(yīng)低于0.92。其中遠(yuǎn)期240 MVA主變無(wú)功平衡計(jì)算結(jié)果表明，主變一次側(cè)的功率因數(shù)為0.93，不滿(mǎn)足要求。為此，需要通過(guò)投切電容器或者電抗器來(lái)使系統(tǒng)側(cè)功率因數(shù)滿(mǎn)足要求，投切無(wú)功補(bǔ)償裝置后的無(wú)功平衡計(jì)算結(jié)果如表1所示。

根據(jù)表1計(jì)算結(jié)果，無(wú)功補(bǔ)償容量需配置低壓并聯(lián)電抗器18 Mvar，并聯(lián)電容器96 Mvar或者108 MVar時(shí)，功率因數(shù)均滿(mǎn)足要求。為此，該站遠(yuǎn)期無(wú)功補(bǔ)償容量配置存在兩種方案：（1）每臺(tái)主變低壓側(cè)配置4×8 Mvar的并聯(lián)電容器，1×6 Mvar的并聯(lián)電抗器；（2）每臺(tái)主變低壓側(cè)配置2×10（12%的串抗率）+2×8（5%的串抗率）Mvar的并聯(lián)電容器，1×6 Mvar的并聯(lián)電抗器。

2.1 理論計(jì)算

為了便于分析，將系統(tǒng)進(jìn)行等效處理。為此，可以得到該系統(tǒng)簡(jiǎn)化圖為如圖1所示。

已知三相短路電流38.460 kA，變壓器容量240 MVA，變比220/115/10.5，短路電壓百分?jǐn)?shù)為Uk12%=13，Uk23%=47，Uk13%=64。由于在高壓電網(wǎng)中，無(wú)功補(bǔ)償裝置一般在變電站的變壓器低壓側(cè)進(jìn)行投切，而低壓側(cè)的電壓波動(dòng)也是最大的，為此主要是對(duì)低壓側(cè)的電壓波動(dòng)進(jìn)行分析。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算，可得在投入不同容量電抗器時(shí)低壓側(cè)的電壓波動(dòng)如表2所示。

根據(jù)《電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償配置技術(shù)原則》（Q/GDW 212—2008），各電壓等級(jí)變電站無(wú)功補(bǔ)償裝置的分組容量選擇，應(yīng)根據(jù)計(jì)算確定，最大單組無(wú)功補(bǔ)償裝置投切引起所在母線電壓變化不宜超過(guò)電壓額定值的±2.5%。因此，從電壓波動(dòng)和功率因數(shù)的角度而言，兩種方案均是可行的。

2.2 仿真驗(yàn)證

為了更好地進(jìn)行驗(yàn)證，運(yùn)用Matlab/Simulink仿真軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行潮流計(jì)算分析，可搭建如圖2所示的仿真圖。

根據(jù)仿真結(jié)果可知，當(dāng)投入一組10 Mvar電容器時(shí)，電壓波動(dòng)為2.7%，超出了要求的±2.5%波動(dòng)率。但是當(dāng)投入8 Mvar的電容器時(shí)，電壓波動(dòng)為2.1%，滿(mǎn)足要求。因此，方案一是可行的。

同理，為了驗(yàn)證方案二的可行性，我們采用PASAP潮流計(jì)算軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算分析。由分析可知，當(dāng)投入一組10 Mvar電容器時(shí)，電壓波動(dòng)為2.95%，超出了規(guī)程要求。但是當(dāng)投入單組10 Mvar（12%的串抗率）電容器時(shí)，電壓波動(dòng)僅為2.4%，是滿(mǎn)足要求的。另外，由于投入8 Mvar的電容器時(shí)，電壓波動(dòng)也在規(guī)定范圍以?xún)?nèi)。所以，當(dāng)投入一組8 Mvar（5%的串抗率）的電容器時(shí)，也必定是滿(mǎn)足要求的。因此，從仿真計(jì)算結(jié)果可得，方案二可行。這與理論分析結(jié)果相一致。

2.3 方案比較分析

由于本工程10 kV電容器回路斷路器采用智能相控?cái)嗦菲鳎悄芟嗫丶夹g(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)過(guò)零點(diǎn)投切，有效地避免涌流和過(guò)電壓及暫態(tài)諧波的產(chǎn)生，使得關(guān)合電容器時(shí)的涌流抑制在1.18倍以?xún)?nèi)，過(guò)電壓抑制在1.17倍以?xún)?nèi)，從而保障無(wú)功補(bǔ)償裝置能夠安全可靠地投入和切除。因此，從抑制過(guò)電壓的角度，兩種方案都可取。

由于投入的并聯(lián)電容為5%和12%兩種類(lèi)型，不僅能夠起到降低電壓波動(dòng)的作用，而且含電抗率為12%的10 Mvar電容器組能消除系統(tǒng)中的三次諧波，含電抗率為5%的8 Mvar電容器組能消除系統(tǒng)中的五次諧波，起到消除諧波的作用。且兩種含電抗率的電容器組在三次諧波和五次諧波對(duì)外都顯感性，均不會(huì)發(fā)生三次諧振和五次諧振，從這個(gè)角度而言，方案二較方案一更優(yōu)。

綜合比較兩種方案，確定遠(yuǎn)期每臺(tái)主變配置2組8 Mvar電容器（電抗率為5%）和2組10 Mvar電容器（電抗率為12%），1組6 Mvar電抗器的無(wú)功補(bǔ)償配置方案。

3 結(jié)語(yǔ)

該文主要是通過(guò)對(duì)江蘇某220 kV變電站遠(yuǎn)期的無(wú)功補(bǔ)償容量配置進(jìn)行分析，結(jié)合本期規(guī)模，通過(guò)理論與仿真兩個(gè)方面進(jìn)行研究分析，合理選擇遠(yuǎn)期的最優(yōu)無(wú)功補(bǔ)償配置方案。主要結(jié)論如下：（1）電壓波動(dòng)與投入的無(wú)功容量成正比，與母線電壓的平方成反比。無(wú)功越大，母線電壓越小，電壓波動(dòng)越大。（2）通過(guò)對(duì)該站遠(yuǎn)期潮流計(jì)算的基礎(chǔ)上，確定了兩種無(wú)功補(bǔ)償方案，并綜合考慮投切過(guò)電壓和抑制諧波，最終確定方案二為最優(yōu)無(wú)功配置方案。

參考文獻(xiàn)

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